Схема защиты ас. Схема защиты акустических систем от постоянного напряжения: принцип работы и реализация

Как работает схема защиты акустических систем от постоянного напряжения. Какие компоненты используются в такой схеме. Почему важно защищать акустические системы от постоянного тока. Как собрать и настроить схему защиты АС своими руками.

Принцип работы схемы защиты акустических систем

Схема защиты акустических систем (АС) от постоянного напряжения является важным элементом любого усилителя мощности звука. Её основная задача — предотвратить повреждение динамиков при возникновении неисправностей в выходном каскаде усилителя.

Принцип работы такой схемы основан на быстром отключении акустических систем от выхода усилителя при появлении на нем постоянного напряжения. Типовая схема защиты включает в себя следующие основные элементы:

• Детектор постоянного напряжения
• Пороговый элемент (компаратор)
• Коммутирующее реле
• Цепь задержки включения

Ключевые компоненты схемы защиты АС

Рассмотрим подробнее основные компоненты, используемые в схемах защиты акустических систем:

Детектор постоянного напряжения

Обычно реализуется на основе RC-цепочки и диодов. Позволяет выделить постоянную составляющую из выходного сигнала усилителя.

Компаратор

Сравнивает напряжение с детектора с пороговым значением. При превышении порога формирует управляющий сигнал.

Коммутирующее реле

Отключает акустические системы от выхода усилителя при срабатывании защиты. Обычно используется электромагнитное реле.

Цепь задержки

Обеспечивает задержку подключения АС при включении усилителя для подавления щелчков. Реализуется на RC-цепочке.

Необходимость защиты акустических систем

Защита акустических систем от постоянного напряжения крайне важна по следующим причинам:

• Постоянный ток может привести к перегреву и выгоранию звуковых катушек динамиков
• Даже кратковременное воздействие постоянного напряжения способно повредить динамики
• Стоимость качественных АС часто превышает стоимость самого усилителя
• Встроенная защита в микросхемах усилителей не всегда надежна

Схемотехнические решения для защиты АС

Существует несколько основных схемотехнических решений для реализации защиты акустических систем:

Схема на операционном усилителе

Использует ОУ в качестве компаратора. Отличается высокой точностью и быстродействием. Типовая схема включает:

• ОУ (например, LM358)
• Делитель напряжения на входе
• Цепь положительной обратной связи для гистерезиса
• Выходной транзистор для управления реле

Схема на дискретных элементах

Более простое решение на биполярных транзисторах. Основные компоненты:

• Входной RC-фильтр
• Пороговый элемент на транзисторах
• Транзисторный ключ для реле

Расчет и настройка схемы защиты АС

При разработке схемы защиты акустических систем важно правильно рассчитать основные параметры:

• Пороговое напряжение срабатывания (обычно 0.7-1 В)
• Время задержки включения АС (1-3 секунды)
• Коэффициент усиления компаратора
• Номиналы резисторов делителя и обратной связи

Настройка схемы производится подстроечными резисторами:

1. Установка порога срабатывания
2. Регулировка времени задержки включения
3. Подстройка гистерезиса компаратора

Рекомендации по реализации схемы защиты

При практической реализации схемы защиты АС следует учитывать следующие рекомендации:

• Использовать быстродействующие реле с контактами на токи не менее 5-10 А
• Обеспечить надежную изоляцию силовых цепей от управляющих
• Применять прецизионные компоненты для повышения точности
• Использовать плату из стеклотекстолита для снижения шумов
• Экранировать чувствительные участки схемы

Тестирование и отладка схемы защиты АС

После сборки схемы защиты акустических систем необходимо провести ее тщательное тестирование:

1. Проверка срабатывания при подаче постоянного напряжения
2. Измерение порога и времени срабатывания
3. Контроль работы при различных уровнях сигнала
4. Проверка устойчивости к помехам
5. Тестирование в составе реального усилителя

При необходимости производится подстройка параметров схемы для обеспечения надежной работы.

Заключение

Схема защиты акустических систем от постоянного напряжения является важным элементом любого качественного усилителя звука. Правильно спроектированная и настроенная схема защиты позволяет предотвратить повреждение дорогостоящих акустических систем при возникновении неисправностей в усилителе. При самостоятельной реализации такой схемы важно уделить внимание расчету параметров, выбору компонентов и тщательному тестированию.

Схема защиты акустических систем от постоянного напряжения

Схема защиты акустических систем от постоянного напряжения является первостепенной задачей при построении любого звукоусиливающего или аудио воспроизводящего проекта. Одна из причин выхода из строя колонок заключается в том, что при возникновении неполадок в усилителе мощности звука в его выходном тракте может появится постоянный ток.

Содержание

1. Схема защиты акустических систем от постоянной составляющей
2. Схема защиты громкоговорителя
3. Схема защиты динамика

Именно постоянное напряжение в выходной цепи усилителя может стать убийцей акустической системы. Схема защиты динамика определяет появившееся напряжение постоянного тока на выходе усилителя и отключает громкоговоритель. Уровень постоянного напряжения, который схемы защиты может обнаружить, очень низкий (0,7… 1 В), поэтому динамик надежно защищен от воздействия постоянного напряжения.

Схема защиты акустических систем подключается к выходным цепям усилителей мощностью 2×200 или 1×400 Вт с помощью двух-контактного реле, при этом нет необходимости делать какие-либо дополнительные действия на имеющемся усилителе.

Принцип работы устройства защиты заключается в подключении релейного выхода усилителя в схеме защиты громкоговорителей с акустической системой. При этом обеспечивается задержка включения АС в соответствии с установленным временем, тем самым предотвращая появление акустического щелчка в динамиках.

Другими словами, громкоговорители защищены от моментального подключения нагрузки, которая происходит при первом включении усилителя, а время задержки регулируется с помощью подстроечного резистора 100 кОм.

Кроме того, я добавил в схему термопредохранитель, чтобы предотвратить сбои, которые могут возникнуть из-за перегрева усилителя. Тепловой предохранитель, установленный на радиаторе усилителя, отключает напряжение схемы защиты при достижении высокой температуре. Происходит это путем размыкания контактов реле и разъединяет цепь акустических колонок от схемы усилителя. Номинал термопредохранителя может составлять 70… 75 градусов.

Схема защиты громкоговорителя

Схема имеет выпрямитель переменного напряжения, собранного на стабилизаторе 7812 12V, который рассчитан на работу с переменным напряжением от 2x12v до 2X24v AC. Вы можете использовать его напрямую с одним источником постоянного напряжения. Входное напряжение стабилизатора 7812 составляет 35v постоянного тока.

Но поскольку кулер небольшой, я не рекомендую использовать полное напряжение в вольтах. Лучше будет, если вы добавите резистор 2… 3 Вт (RES) ко входу стабилизатора 7812, чтобы использовать его при напряжении 35v или выше.

Тестирование схемы защиты акустической системы проводилось с использованием резистора номиналом 22 кОм на аудиовходе.

Разводка печатной платы схемы была сделана с помощью программы Sprint 6. Односторонняя печатная плата. Размеры: 47×49 мм

Схема защиты динамика

Скачать печатную плату: PCB

Схема защиты АС

Схема защиты сети переменного тока 230 В от перенапряжения

Большинство современных источников питания очень надежны благодаря развитию технологий и лучшему дизайну, но всегда есть вероятность выхода из строя из-за производственного дефекта, или это может быть основной переключающий транзистор или МОП-транзистор выходит из строя. Кроме того, существует вероятность того, что он может выйти из строя из-за перенапряжения на входе , хотя защитные устройства, такие как металлооксидный варистор (MOV) , могут использоваться в качестве защиты входа, но как только MOV срабатывает, это делает устройство бесполезным.

Чтобы решить эту проблему, мы собираемся построить устройство защиты от перенапряжения с операционным усилителем , которое может обнаруживать высокое напряжение и отключать входную мощность за доли секунды, защищая устройство от перенапряжения высокого напряжения . Кроме того, будет проведен подробный тест схемы, чтобы проверить наш дизайн и работу схемы. Следующее исследование дает вам представление о процессе сборки и тестирования этой схемы. Если вы занимаетесь проектированием SMPS, вы можете ознакомиться с нашими предыдущими статьями о советах по проектированию печатных плат SMPS и методах снижения электромагнитных помех SMPS.

Существует много причин отказа цепи питания, один из них из-за перенапряжения . В предыдущей статье мы сделали схему защиты от перенапряжения для цепи постоянного тока, вы можете проверить это, если это вас интересует. Защиту от перенапряжения можно проиллюстрировать как функцию, при которой блок питания отключается при возникновении условия перенапряжения, хотя ситуация перенапряжения возникает реже, когда это происходит, блок питания становится бесполезным. Кроме того, воздействие состояния перенапряжения может распространяться от источника питания на основную цепь, когда это произойдет, вы получите не только неисправный источник питания, но и разорванную цепь. вот почему схема защиты от перенапряжения становится важной в любой электронной конструкции.

Итак, чтобы спроектировать схему защиты от перенапряжения, нам нужно разобраться в основах защиты от перенапряжения. В наших предыдущих руководствах по схемам защиты мы разработали множество базовых схем защиты, которые можно адаптировать к вашей схеме, а именно: защита от перенапряжения, защита от короткого замыкания, защита от обратной полярности, защита от перегрузки по току и т. д.

В этой статье мы сконцентрируйтесь только на одном, а именно на создании схемы защиты входной сети от перенапряжения, чтобы предотвратить ее выход из строя.

Полная принципиальная схема нашей защиты от перенапряжения сети приведена ниже. Работа схемы обсуждается ниже.

Чтобы понять основы схемы защиты от перенапряжения, давайте разберем схему, чтобы понять основной принцип работы каждой части схемы.

Сердцем этой схемы является операционный усилитель, сконфигурированный как компаратор . На схеме у нас есть базовый операционный усилитель LM358, а на его выводе 6 у нас есть опорное напряжение 9.0004, который генерируется стабилизатором напряжения LM7812 IC , а на контакте 5 у нас есть входное напряжение, которое поступает от основного напряжения питания. В этой ситуации, если входное напряжение превышает опорное напряжение, выход операционного усилителя станет высоким, и с этим высоким сигналом мы можем управлять транзистором, который включает реле, но в этой схеме кроется огромная проблема. , Из-за шума во входном сигнале операционный усилитель будет колебаться много раз, прежде чем стабилизироваться,

Решение заключается в добавлении гистерезиса действия триггера Шмитта на вход. Ранее мы создали такие схемы, как счетчик частоты с использованием Arduino и измеритель емкости с использованием Arduino, обе из которых используют Schmitt триггер входы , если вы хотите узнать больше об этих проектах, ознакомьтесь с ними. Конфигурируя операционный усилитель с положительной обратной связью, мы можем расширить запас на входе в соответствии с нашими потребностями. Как вы можете видеть на изображении выше, мы предоставили обратную связь с помощью R18 и R19 Таким образом, мы практически добавили два пороговых напряжения, одно из которых является верхним пороговым напряжением , а другое — нижним пороговым напряжением .  

Если мы посмотрим на схему, то у нас есть сетевой ввод, который мы выпрямим с помощью моста 0 подайте его через делитель напряжения, который сделан с R9, R11 и R10, то фильтруем через конденсатор 22 мкФ 63В .

После расчета делителя напряжения мы получим выходное напряжение 3,17 В , теперь нам нужно рассчитать верхнее и нижнее пороговые напряжения. Допустим, мы хотим отключить питание, когда входное напряжение достигает 270 В. . Теперь, если мы снова выполним расчет делителя напряжения, мы получим выходное напряжение , равное 3,56 В, , что является нашим верхним порогом. Наш нижний порог остается на уровне 3,17 В, так как мы заземлили операционный усилитель.

Теперь, с помощью простой формулы делителя напряжения, мы можем легко рассчитать верхнее и нижнее пороговые напряжения. Принимая схему за основу, расчет показан ниже,

  UT = R18 / (R18+R19) * Vвых = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47В   LT = R18 / (R18+R19) * -Vвых = 62К / (1,5М + 62К) = 0В триггерный уровень с помощью положительной обратной связи.
  Примечание:  Обратите внимание, что наши практические значения будут немного отличаться от наших расчетных значений из-за допусков резисторов.
 Конструкция печатной платы цепи защиты от перенапряжения в сети 
 Печатная плата нашей схемы защиты от перенапряжения в сети предназначена для одной боковой платы. Я использовал Eagle для проектирования своей печатной платы, но вы можете использовать любое программное обеспечение для проектирования по вашему выбору. 2D-изображение моей платы показано ниже.
 Используется дорожка достаточного диаметра, чтобы силовые дорожки могли пропускать ток через печатную плату. Вход сети переменного тока и секция входа трансформатора расположены слева, а выход — снизу для удобства использования. Полный файл дизайна для Eagle вместе с Gerber можно скачать по ссылке ниже.
  GERBER для цепи защиты от перенапряжения 
 Теперь, когда наш дизайн готов, самое время припаять плату. После травления, сверления и пайки плата выглядит так, как показано на рисунке ниже.
 Проверка цепи защиты от перенапряжения и тока 
 Для демонстрации используется следующее оборудование
 Мультиметр Meco 108B+TRMS
Мультиметр Meco 450B+TRMS
 Осциллограф Hantek 6022BE
 Трансформатор 9-0-9
 Лампа накаливания 40 Вт (тестовая нагрузка)
 Как видно из изображения выше, я подготовил эту тестовую установку для проверки этой схемы, я припаял два провода к контактам 5 и 6 операционного усилителя, и мультиметр meco 108B+ показывает входное напряжение и мультиметр meco 450B+ показывает опорное напряжение.
 В этой схеме трансформатор питается от сети 230В, а оттуда питание подается на вход схемы выпрямителя, выход с трансформатора также подается на плату, так как он обеспечивает питание и  опорное напряжение на цепь  .
 Как видно из изображения выше, цепь включена, а входное напряжение мультиметра meco 450B+ меньше опорного напряжения, что означает, что выход включен.
 Теперь, чтобы смоделировать ситуацию, если мы уменьшим опорное напряжение, выход выключится, обнаружив состояние перенапряжения, а также загорится красный светодиод на плате, вы можете наблюдать это на изображении ниже.
 Дополнительные усовершенствования 
 Для демонстрации схема построена на печатной плате с помощью схемы, эту схему можно легко модифицировать для улучшения ее характеристик, например, резисторы , которые я использовал, имеют допуск 5% ,  с использованием Резисторы номиналом 1%  могут повысить точность схемы.
 Надеюсь, вам понравилась статья и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете оставить их в разделе комментариев ниже или использовать наши  форумы , чтобы опубликовать другие технические вопросы.
 Цепь защиты от перенапряжения сети переменного тока 230 В 
  8 месяцев назад   14 марта 2022 г.  by Shagufta Shahjahan
 4384 просмотра
 Большая часть блоков питания в настоящее время достаточно надежна благодаря техническим достижениям и лучшим конструктивным предпочтениям из-за дефектов производства, выхода из строя основного переключающего транзистора или полевого МОП-транзистора. Он также может выйти из строя из-за перенапряжения на входе, в то время как защитные устройства, такие как металлооксидный варистор (MOV), но устройство бесполезно, если MOV срабатывает.
 Чтобы решить эту проблему, мы можем построить операционный усилитель поверх защитного устройства, которое может обнаруживать высокие напряжения и отключать входную мощность за долю секунды, защищая систему от скачков высокого напряжения.
 Buy from Amazon
 Hardware Component 
 The following components are required to make Over Voltage Protection Circuit
 S .No
 Component
 Value
 Quantity
1
 IC
 LM358
 1
 2
 Transistor
 BD139
 1
 3
 Screw Terminal
 5mm
 6
 4
 Diode
 1N4007
 9
 5
 Capacitor
 0. 1uF
 2
 6
 Resistor
 56K,1W
 2
 7
 Resistor
 1.5K, 1K, 1M, 560K, 62K
 1, 2, 1, 2, 1
 8
 Potentiometer
 10k
 1
 9
 PCB Relay SRD
 12VDC-SL-C
 1
 10
 Voltage Regulator
 LM7805
 1
 11
 LED
 –
 1
 12
 Clad Доска
 Generic 50x 50mm
 1
 LM358 Pinout 
 For a detailed description of pinout, dimension features, and specifications download the datasheet of LM358
 LM7805 Pinout 
 For a detailed description of pinout, dimension features, и спецификации загрузить техническое описание LM7805
 Схема защиты от перенапряжения 
 Работа схемы 
 Давайте разберем схему, чтобы понять основной принцип работы каждой части основного принципа работы схемы, чтобы понять основной принцип работы. ,
 Операционный усилитель сконфигурирован как компаратор в основе этой схемы. У нас в схеме есть базовый операционный усилитель LM358 и его вывод 6, наше опорное напряжение, генерируемое микросхемой регулятора напряжения LM7812. На выводе-5 наше входное напряжение создается основным напряжением питания. Если входное напряжение превышает опорное напряжение, выход операционного усилителя выше, и мы можем управлять транзистором с высоким сигналом, который включает реле. Тем не менее, схема находится в серьезной проблеме из-за шума во входном сигнале.
 Решение состоит в том, чтобы добавить гистерезис Шмитта к входному триггеру. Если операционный усилитель сконфигурирован с положительной обратной связью, мы расширим входной запас в соответствии с нашими потребностями. Мы обеспечили обратную связь, используя R18 и R19, как вы можете видеть на этом изображении, добавив два пороговых напряжения, одно из которых является верхним пороговым напряжением, а другое — нижним пороговым напряжением.
 Расчет значений компонентов для защиты от перенапряжения 
 Если мы посмотрим на схему, наш основной вход выпрямляется с помощью мостового выпрямителя. Делитель напряжения создан с R9, R11, и R10, а дальше вход фильтруем с помощью конденсатора 22мкФ 63В.
 После расчета делителя мы можем получить выходное напряжение 3,17 В, и теперь мы должны вычислить верхнее и нижнее напряжения порога; скажем, мы хотим отключить питание, когда входное напряжение достигает 270 В. Если мы снова рассчитаем делитель напряжения, мы получим выходное напряжение 3,56 В, наш верхний порог. Наш нижний порог составляет 3,17 В, а операционный усилитель заземлен.
 Теперь мы можем удобно рассчитать верхнее и нижнее пороговые напряжения, используя простую формулу делителя напряжения. Расчет показан ниже, с использованием схемы в качестве справки,
  UT = R18 / (R18+R19) * Vвых = 62К / (1,5М + 62К) = 0,47В ) = 0 В 
 После расчета мы видим, что мы установили ваше верхнее пороговое напряжение на 0,47 В выше уровня срабатывания с помощью положительной обратной связи.