Схема защиты ас усилителя. Схема защиты акустических систем от постоянного напряжения и перегрузки: принцип работы и варианты реализации

Почему необходима защита акустических систем в усилителях мощности. Как работает схема защиты АС от постоянного напряжения и перегрузки. Какие элементы входят в состав типовой схемы защиты динамиков. На что обратить внимание при выборе и настройке устройства защиты АС.

Зачем нужна защита акустических систем в усилителях

Защита акустических систем (АС) является важной частью любого мощного усилителя звуковой частоты. Она необходима по нескольким причинам:

• Предотвращение выхода из строя динамиков при неисправности усилителя
• Защита от щелчков и хлопков при включении/выключении питания
• Ограничение максимальной мощности для предотвращения перегрузки АС
• Отключение АС при появлении постоянного напряжения на выходе

Без схемы защиты даже кратковременное появление постоянного напряжения на выходе усилителя может привести к повреждению дорогостоящих акустических систем. Поэтому наличие надежной защиты АС является обязательным для любого качественного усилителя мощности.

Принцип работы типовой схемы защиты акустических систем

Большинство схем защиты АС работают по следующему принципу:

1. При включении питания усилителя АС подключаются к выходу с задержкой в несколько секунд
2. Постоянно контролируется наличие постоянного напряжения на выходе усилителя
3. При обнаружении постоянного напряжения выше порогового значения АС мгновенно отключаются
4. Также происходит отключение АС при превышении допустимой мощности
5. При выключении питания АС отключаются до того, как в усилителе начнутся переходные процессы

Такой алгоритм позволяет эффективно защитить акустические системы от основных опасных факторов — постоянного напряжения, перегрузки и переходных процессов при включении/выключении.

Основные элементы схемы защиты акустических систем

Типовая схема защиты АС обычно содержит следующие функциональные блоки:

• Реле для подключения/отключения акустических систем
• Детектор постоянного напряжения на выходе усилителя
• Схему задержки включения при подаче питания
• Ограничитель максимальной мощности
• Схему быстрого отключения при выключении питания

Ключевым элементом является электромагнитное реле, которое физически подключает и отключает акустические системы от выхода усилителя. Остальные узлы обеспечивают управление этим реле в соответствии с заданным алгоритмом работы.

Варианты реализации схемы защиты АС

Существует несколько основных подходов к построению схем защиты акустических систем:

1. На дискретных элементах (транзисторах, операционных усилителях)
2. На специализированных микросхемах защиты АС
3. На микроконтроллерах с программной реализацией алгоритма

У каждого варианта есть свои преимущества и недостатки. Схемы на дискретных элементах просты, но требуют настройки. Специализированные микросхемы компактны, но менее гибкие. Микроконтроллерные системы самые функциональные, но сложнее в разработке.

На что обратить внимание при выборе схемы защиты АС

При выборе или разработке схемы защиты акустических систем следует учитывать следующие важные моменты:

• Диапазон рабочих напряжений питания схемы защиты
• Время задержки включения АС после подачи питания
• Порог срабатывания по постоянному напряжению
• Максимальный коммутируемый ток через контакты реле
• Наличие защиты от перегрузки по мощности
• Скорость отключения АС при аварийной ситуации

Правильно подобранные параметры обеспечат надежную защиту акустических систем без ложных срабатываний в нормальном режиме работы усилителя.

Особенности настройки и эксплуатации устройств защиты АС

При настройке и использовании схем защиты акустических систем важно учитывать следующие моменты:

• Необходимо правильно рассчитать номиналы элементов схемы под конкретный усилитель
• Следует проверить порог срабатывания защиты от постоянного напряжения
• Нужно убедиться в отсутствии щелчков при включении/выключении
• Важно использовать качественное реле с подходящими параметрами
• Рекомендуется периодически проверять работоспособность схемы защиты

При правильной настройке и эксплуатации схема защиты АС обеспечит надежную работу акустических систем в течение длительного времени.

Типовые неисправности схем защиты акустических систем

Наиболее распространенными проблемами в работе устройств защиты АС являются:

• Ложные срабатывания при воспроизведении громких басовых звуков
• Отсутствие отключения АС при появлении постоянного напряжения
• Щелчки в динамиках при срабатывании или отпускании реле
• Залипание контактов реле при коммутации больших токов
• Выход из строя элементов схемы из-за перегрева или перенапряжения

Большинство этих проблем можно устранить путем корректировки номиналов элементов или заменой вышедших из строя компонентов. В сложных случаях может потребоваться полная переработка схемы защиты.

Схема защиты АС

Практически все мощные усилители звука, выполненные на транзисторах или на микросхемах, несут в себе опасность вывода из строя нагрузки, которой являются акустические системы (АС). В случае пробоя транзисторов выходного каскада постоянное напряжение начинает поступать прямо на динамики колонок. Секунды достаточно, чтобы катушка динамической головки сгорела, а стоимость хороших АС может даже превышать цену самого усилителя ЗЧ. Не спасает часто и система защиты внутри микросхем, ведь если в документации на интегральную микросхему написано о наличии встроенной системы защиты акустики от постоянного напряжения, то это не означает, что все в порядке и можно иметь 100% гарантию защиты. Микросхема с защитой иногда тоже может сжечь звуковые катушки динамиков в том случае, когда детали защиты и выходной каскад уже сгорели.    Поэтому вы должны использовать в любой усилитель, особенно мощностью более 20 ватт, блок защиты громкоговорителей. Простая и хорошо повторяемая схема показана на рисунке ниже. Схема защиты АС Первая часть — DC детектор. Эта цепь будет инициировать срабатывание, если постоянное напряжение присутствует на входной звуковой аудиолинии. Сигнал проходит через фильтр низких частот, а затем с помощью диодов детектируется. Если замечено появление постоянного тока на входе, схема приведёт к открытию двух транзисторах, которые будут открывать Q3, который вызывает выключение АС через коммутационный модуль.    Блок реле, которые разрывает выход УМЗЧ на АС, управляется двумя транзисторами BC549 (их аналог кт815). Сигнал на него идёт от предыдущих блоков. Питание здесь однополярное, в пределах 12-30 вольт. Все диоды — обычные выпрямительные на ток от 0,5 ампер. Схема защиты АС — второй вариант    Второй вариант схемы состоит из диодного распределителя (VD1–VD6) и электронного реле на транзисторах VT1–VT4. К выходам каналов УМЗЧ оно подключается вместе с громкоговортелями через контакты реле. Цепи R1C1, R2C2 предотвращают срабатывание устройства на колебания звуковой частоты. При необходимости число контролируемых каналов можно увеличить простым подключением соответствующего числа дополнительных цепей, аналогичных цепи R1C1VD1VD2, и применением электромагнитного реле с большим числом контактных групп. При включении питания (это может быть блок питания УМЗЧ) начинает заряжаться через резистор R9 конденсатор С3, поэтому транзистор VT4 закрыт и реле обесточено. По мере зарядки напряжение на конденсаторе растёт, транзистор VT4 начинает открываться и через несколько секунд его эмиттерный ток возрастает настолько, что реле срабатывает и подключает АС к выходу УМЗЧ.    Актуальность использования модуля защиты АС вызвана тем, что все современные усилители НЧ построены с использованием двухполярного источника питания и с непосредственной связью с нагрузкой. Такая структура усилителя имеет существенный недостаток — возможность появления на выходе усилителя в случае его неисправности постоянного напряжения и выхода из строя дорогостоящей высококачественной АС. Это и вызывает необходимость в использовании специальных защитных устройств, отключающих нагрузку при появлении на выходе усилителя постоянного напряжения. Понравилась схема — лайкни! ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ Смотреть ещё схемы усилителей        УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ       УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ

Схема защиты ас усилителя бриг. Домашний усилитель

Что система защиты акустических систем в современном усилителе мощности быть должна и определились с требованиями, предъявляемыми к подобным системам.

Одно из основных требований — это быстродействие . При любом потенциально опасном для колонок воздействии они должны быть отключены от выхода усилителя мощности как можно быстрее.

Рассмотрим систему защиты последовательно: от входа до выхода (реле), и определим, как различные узлы системы влияют на её быстродействие.

На входе системы защиты акустических систем для выделения из звукового сигнала постоянной составляющей обычно устанавливается фильтр низкой частоты (ФНЧ).

Чтобы оптимизировать быстродействие системы защиты и в тоже время исключить ложные срабатывания необходимо определить верхнюю граничную частоту ФНЧ . На практике для однополосных систем предел в 20Гц вполне достаточен и обеспечивает минимальную задержку в 25 мс. Для реального звукового сигнала из-за несимметричности полуволн на более высоких частотах большей задержки не требуется. Кроме того, в широкополосных акустических системах средне- и высокочастотные динамики чаще всего подключаются через конденсаторы фильтров кроссовера, которые обеспечивают их дополнительную защиту от постоянной составляющей.

Для систем bi-amping или tri-amping придётся использовать несколько систем защиты, пересчитав номиналы элементов ФНЧ для повышения быстродействия системы и надёжной защиты более чувствительных к постоянной составляющей СЧ- и ВЧ-динамиков.

В качестве ФНЧ обычно используется простой однозвенный фильтр с наклоном характеристики 6 дБ/октаву. Может показаться, что лучше более сложные фильтры: двух или трёхзвенные. Но, как показали эксперименты, с ними быстродействие системы защиты получается хуже, т.к. обеспечивая лучшую фильтрацию высоких частот, они хуже (с большей задержкой) выделяют постоянную составляющую сигнала.

В таблице приведены значения ёмкости конденсатора фильтра для использования системы защиты с различными системами усиления: широкополосными, bi-amping, tri-amping и с различными частотами разделения для многополосных систем:

Резистор (R1 и R2) во всех случаях используется на 100 кОм.

Не следует использовать в качестве конденсатора С1 полярные электролитические конденсаторы , потому как даже небольшое напряжение обратной полярности часто приводит их к выходу из строя, что снижает надёжность системы. Если есть проблемы с неполярным электролитическим конденсатором, то его легко можно заменить двумя полярными, включив их по представленной схеме:

Если с некоторыми типами музыки на большой громкости будут наблюдаться ложные срабатывания системы защиты, то ёмкость конденсатора фильтра придётся увеличить. Но максимум до 47мкФ иначе время задержки будет недопустимо велико.

Следующий элемент влияющий на быстродействие системы — детектор напряжения. Именно он определяет порог срабатывания системы . Разумеется, чем ниже порого срабатывания, тем мы имеем более быстродействующую систему.

Рассмотрим несколько типовых схем детекторов.

Довольно типичная схема даже для промышленных аппаратов:

При тестировании схема показала надёжное срабатывание при положительном напряжении на входе порядка 0,8-1В и отрицательном напряжении свыше -4В. Если для положительного напряжения порог срабатывания хороший, то для отрицательного напряжение полученное значение оставляет желать лучшего.

Другая схема, довольно популярная на просторах Рунета показала примерно аналогичные результаты:

Не буду утомлять вас описанием всех исследованных схем. Приведу пример схемы, которая показала очень хорошие результаты — одинаковые значения напряжения срабатывания (порядка 0,7В) для положительного и отрицательного входных напряжений:

Увеличение по клику

Кроме того данная схема обеспечивает задержку подключения акустических систем после включения усилителя и отключение акустических систем при пропадании любого из напряжений питания усилителя.

В качестве оптронов здесь отлично работают оптроны PC817 из компьютерных блоков питания. Такие же (или аналогичные) оптроны можно найти в блоках питания мониторов, DVD-проигрывателях и даже зарядках для мобильных телефонов и смартфонов.

Следующий способ повышения быстродействия системы защиты довольно экзотический, так как в радиолюбительских конструкциях практически не встречается (из-за некоторого усложнения схемы). Способ состоит в снижении напряжения на катушке реле после её срабатывания. Дело в том, что указанное на реле напряжение — это напряжение срабатывания. Большинство современных реле позволяют после замыкания контактов снизить напряжение на катушке в 2-3 раза. При этом контакты останутся по-прежнему надёжно замкнуты, а время отпускания контактов (т.е. по сути время срабатывания защиты) сократится в несколько раз. Но, как уже было сказано, такой способ требует усложнения схемы.

Следующий способ повышения быстродействия системы защиты достаточно простой, дешёвый, но почему-то так же редко встречается в практических конструкциях.

Сначала немного теории. Как известно, обмотка реле по сути является катушкой индуктивности из-за чего при подключении или отключении напряжения на её контактах в катушке возникает противо-ЭДС. Чтобы вы имели представление о величине противо-ЭДС приведу результаты экспериментов.

Для реле с относительно небольшой катушкой на 24 В (сопротивление обмотки было 730 Ом) напряжение противо-ЭДС, которое наводилось на обмотке при отключении составило свыше 500В . Понятно, что без принятия соответствующих мер по снижению напряжения противо-ЭДС, надёжность такой системы будет весьма сомнительной. Существует риск выхода из строя и самого реле при частых срабатываниях, и силового транзистора, управляющего реле. Либо нам потребуется дорогой высоковольтный транзистор.

Избавится от противо-ЭДС можно простым народным методом — поставить диод в обратном включении параллельно обмотки реле:

Однако, многие радиолюбители не знают, что эта мера приводит к существенному снижению быстродействия реле. Эксперименты проводились для реле типа OMRON G6B-2214P-US-DC12. Без применения защитного диода время размыкания контактов составило около 1,2 мсек. После установки защитного диода время размыкания контактов увеличилось до 8 мсек, т.е. в разы!

Существенно сократить время размыкания реле при наличии защитного диода поможет… стабилитрон :

Как показали эксперименты, для такого варианта время размыкания контактов составляет всего 2,5 мсек, т.е. всего в два раза выше, чем без защитных цепей.

Стабилитрон необходимо выбирать с напряжением стабилизации равному напряжению срабатывания реле.

Приведенные выше советы и схемы позволяют радиолюбителям довольно легко доработать уже имеющиеся системы защиты акустических систем как в самодельных, так и в промышленных аппаратах с целью повышения их быстродействия.

Как мы уже выяснили в , для обеспечения надёжной защиты акустических систем наша система защиты должна быть надёжной сама по себе. О том, что влияет на надёжность схемы и как её улучшить поговорим в следующий раз.

Продолжение следует.

Устройство для защиты от выхода из строя динамиков акустических систем

Часто, при включении усилителя, мы слышим неприятный «хлопок» в динамиках своей акустики. Если регулятор громкости был близок к максимуму громкости, то мы рискуем «спалить» динамики в своих АС. Для того, чтобы защитить динамики и собственные уши от «хлопков» переходных процессов в момент включения, необходимо либо принять специфические решения в схемотехнике самого выходного каскада усилителя, либо просто обеспечить подключение акустических систем к выходу усилителя с небольшой задержкой, достаточной для бесшумного пуска усилка…

Предлагаемое устройство обеспечивает задержку по времени в момент включения усилителя (время задержки регулируется от 1 до 6 секунд) и обеспечивает защиту дорогостоящих динамиков при выходе из строя — пробое транзисторов выходного каскада или специализированных микросхем — аудио усилителей. В случае пробоя в выходном каскаде акустические системы будут мгновенно отключены, останутся целыми невредимыми.

Данное устройство защиты может использоваться совместно с любым стерео усилителем мощности с напряжениями питания выходного каскада до ±50В. Само устройство питается от однополярного источника питания напряжением 12В. Защитное устройство собрано на плате размерами 70х45 мм.

Подключение проводов от усилителя, к разъёмам подключения АС и к источнику питания осуществляется при помощи винтовых клемм установленных на плате. Максимальный ток, коммутируемый реле составляет 10А. По заказу возможно изготовление устройств защиты на токи до 30А. Данным устройством можно дооборудовать любой существующий усилитель либо применить в «новострое».

Стоимость собранного и проверенного устройства: 160 грн.

Стоимость набора для сборки: 120 грн.

Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: 55 грн.

Защита акустических систем (АС) просто необходима, и если ее не использовать, то можно лишиться своей акустики из-за неисправности усилителя НЧ. Существует множество схем обеспечивающих защиту АС. В этой статье представлена рабочая, проверенная временем и любителями звука схема, которая представляет приближенную копию защиты акустической системы усилителя БРИГ.

Схема обеспечивает защиту от напряжения постоянного тока на выходе усилителя НЧ (в случае его неисправности), а также обеспечивает задержку подключения АС до тех пор, пока не закончатся все переходные процессы в усилителе и блоке питания. Без такой задержки, при включении усилителя в сеть, в АС слышны щелчки, хлопки, звон и т.д.

Основные характеристики защиты акустической системы

Напряжение питания постоянным током от +27В до +65В.

Время задержки подключения АС от 1 секунды до 3 секунд.

Чувствительность по напряжению постоянного тока на входе защиты ±1,5В.

Схема защиты акустической системы

На элементах VD5, VD6, VT5, R13 собран стабилизатор напряжения, который обеспечивает широкий диапазон питающих напряжений. На VT5 необходимо установить небольшой радиатор. Диоды VD3 и VD4 необходимы для исключения помех от самоиндукции обмотки реле во время коммутации. Транзисторы VT3, VT4 являются управляющими для обмоток реле K1 и K2. Диоды VD1 и VD2 защищают транзисторы VT1 и VT2 от пробоя, в случае появления на входе схемы отрицательного напряжения. Электролитические конденсаторы C3 и С4 напрямую влияют на время задержки, чем больше емкость, тем больше время.

Элементы схемы

Все резисторы должны быть мощностью 0,25Вт, резистор R13 можно установить на 0,5Вт, особенно при напряжении питания схемы от 40В и выше. Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в полтора раза больше чем напряжение питания схемы (я установил на 63В). Хотя только на C5 присутствует напряжение питания схемы, а на остальных электролитах единицы Вольт.

Вместо BDX53 можно применить BD875, КТ972. Расположение выводов у всех транзисторов разное, поэтому будьте внимательны в случае замены.

Транзистор 2n5551 является очень распространенным и присутствует на многих прилавках, но все же его можно заменить на КТ3102, BC546, BC547, BC548. Расположение выводов также разное.

Существует множество вариантов зашиты АС от постоянного напряжения, щелчков при включении и выключении. Самые совершенные из них собраны на микроконтроллерах, управляют большим числом каналов, имеют дополнительные функции, например — датагорский кит

Удобны, функциональны и малогабаритны так же устройства на специализированных микросхемах. К сожалению, они не всегда доступны, их доставка по почте может занять много времени.

Мне стало интересно — какая схема из дискретных элементов проста, дёшева, функциональна и нуждается в минимальной настройке. Наиболее отвечающую, на мой взгляд, этим требованиям схему, предлагаю вашему вниманию.
Поскольку статья рассчитана в основном на начинающих радиолюбителей, я постараюсь подробно описывать даже простые вещи.

Прототип защиты АС — схема А. Котова

На первый взгляд, есть широкий выбор схем, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что они имеют недостатки — много деталей, дефицитные детали, низкая чувствительность, необходимость настройки, работоспособность в узком диапазоне напряжений питания и т. п.

Наиболее подходящей оказалась .

Однако, и эта схема не лишена недостатков:
— нет быстрого отключения АС при выключении усилителя,
— строго определенное напряжение питания,
— весь потребляемый ток протекает через светодиод,
— режим работы с «оторванной базой» VT10.
Кроме того, нет диаграммы напряжений и рекомендаций по настройке, нет рисунка печатной платы.

Усовершенствованная схема устройства защиты акустических систем

Эти недостатки легко устранимы, вот доработанный мной вариант.

Сохранена и продолжена нумерация деталей схемы А. Котова.
Хочу отметить достоинства и особенности схемы:
— задержка включения составляет оптимальные 4 секунды, определяется цепочкой R5C3,
— цепь D5R8R9C4 при выключении из сети позволяет быстро обесточить реле и отключить АС,
— после срабатывания защиты (отключении реле), конденсатор С3 разряжается быстро, а заряжается через резистор R5 медленно, поэтому не будет быстрых хаотичных переключений,
— устройство работает в широком диапазоне напряжений, от напряжения срабатывания реле (и плюс 2 В) до 36 В (предел для TL431),
— практически единственный резистор, требующий подбора — R7 служит для погашения избыточного для реле напряжения, номиналы остальных резисторов могут отличаться в несколько раз и не требуют замены в широком диапазоне напряжений питания,
— все элементы, кроме TL431, работают при очень малых токах, что обеспечивает высокую надежность,
— применение TL431 обеспечивает ключевой режим работы реле,
— напряжения на конденсаторах кроме С4 очень малы, не более 2,5 В, что позволяет использовать емкости на низкие напряжения, поэтому я испытал вариант с одиночными полярными конденсаторами С1 и С2 на низкое напряжение,
— годится любой светодиод (лучше яркий) т. к. ток через него задается резистором,
— чувствительность очень высока (порядка 1 В), ее лучше загрубить, для этого на плате предусмотрены площадки под SMD резисторы (на схеме серым цветом).

Собственный БП

Если запитать УЗ от основного БП усилителя (как у А. Котова), при выключении сети, реле не отпустит сразу из-за больших емкостей БП и возможен щелчок, треск и т. п. Здесь же из-за очень малой ёмкости С4 = 1-4,7 мкФ реле отпускает сразу.

Можно взять переменку с трансформатора основного БП УНЧ, тогда возможно придется изменить делитель R8R9, чтобы снизить напряжение.

Для «универсальности» данной схемы нужен блок питания с маломощным трансформатором с низким напряжением вторичной обмотки. Я использовал трансформатор ~230/12 В, мощностью 2 ВА. Блок питания выполнен на плате той же ширины, что и узел защиты, их удобно разместить на одной плате.

Наличие отдельного блока питания позволяет использовать узел защиты с любым усилителем, в том числе с макетируемым, что особенно удобно т. к. АС подвергаются повышенной опасности именно в этом случае.

Применённые детали и настройка

Установлено реле «OMRON G2R-2» на 12VDC в прозрачном корпусе. Это сделано не случайно — хотя оно имеет габариты большие, чем у аналогичных в неразборном непрозрачном корпусе, его можно открывать и чистить контакты. Рекомендую при использовании неразборного реле, заранее осторожно распилить его корпус так, чтобы крышку с него можно было бы снимать и ставить на место. Особенно советую в случае б/у реле.

Герметичные реле обычно меньше по размерам, поэтому легко устанавливаются с минимальными доработками печатной платы. Поскольку я расположил реле и зажимы с винтовыми клеммами достаточно плотно, при повторении платы надо убедиться в идентичности размеров зажимов, в противном случае чуть-чуть подкорректировать печатную плату. Можно обойтись без зажимов, это даже надежнее, но неудобно, особенно при настройке макетов усилителей.

При отсутствии ошибок в монтаже и исправных деталях, схема начинает работать сразу , надо только рассчитать резистор ограничения тока через обмотку реле.
Например, питание +18 В, реле на 12 В сопротивлением 280 Ом. Рабочий ток реле 12 В/280 Ом = 43 мА.
Погасить надо 18В − 12В − 2В (падение напряжения на открытом TL431) = 4 Вольта.
4 В / 43 мА = 100 Ом. Мощность резистора 43 мА х 4 В = 170 мВт, т. е. нужен резистор от 0,25 Вт и выше. На плате этот резистор «стоит», это сделано, чтобы можно было ставить резисторы разных габаритов и с запасом по мощности до 2 Вт.

Все диоды, кроме шунтирующего обмотку реле, практически любые маломощные, надо только не забыть, что маркировка полоской на корпусе диодов КД522 и других советских, обратная импортной маркировке.

При проблемах в работе, в первую очередь надо проверить правильность установки деталей, особенно диодов, транзисторов и TL431. Затем проверить качество паек (у меня плохо паялись выводы диодов), для этого надо хорошо промыть плату и осмотреть пайки с лупой (или с хорошим глазом).
Затем проверить режимы по постоянному току, напряжения на базах транзисторов должны соответствовать указанным на схеме ± 0,1 В.

Поскольку среди начинающих любителей есть страсть к гигантомании и усилителям мощностью в сотни Ватт и с напряжением питания усилителей порядка ± 50 В, надо помнить, что чем больше мощность усилителя, тем большие токи протекают через контакты реле, при высоких напряжениях возрастает вероятность возникновения дуги между разомкнутыми контактами реле.

В этом случае на данной плате может быть установлено любое реле с одной группой контактов, это реле будет промежуточным и управлять другим, более мощным реле с контактами, рассчитанными на бОльший ток и с увеличенным расстоянием между разомкнутыми контактами. К этому мощному реле можно будет подвести провода бОльшего сечения.

Универсальность данного узла защиты со «своим» питанием и в том, что его можно подключить к выходам мостового (как правило, повышенной мощности) усилителя. Общий провод соединяют не с общим проводом усилителя, а с одним выходом усилителя, а один вход узла защиты со вторым выходом мостового усилителя.

При установке узла защиты в готовую конструкцию, надобность в отдельном блоке питания отпадает (для обычного, не мостового усилителя).

Итого

Я сделал два экземпляра — с обычными резисторами и SMD, плата позволяет это сделать. Впечатления от устройств очень хорошие. Длину платы можно уменьшить на 1…2 см, особенно с резисторами SMD, но я предпочитаю широкие дорожки, позволяющие неоднократно перепаивать детали и прощающие смещения при сверлении отверстий; достаточные промежутки между дорожками.

Не надо забывать, что подобное устройство защищает только НЧ-головки от постоянных напряжений и все головки от переходных процессов в усилителе, в том числе при выходе усилителей из строя и не защищает ВЧ-головки при перегрузках и возбуждении усилителей. Вместе с тем, данное схемное решение позволяет подключать датчики перегрева, ограничения (клиппирования), возбуждения для сохранности всех головок АС.

Кроме того (что используется в ряде усилителей) можно управлять подключением к выходу усилителя одной или несколькими пар АС с помощью переключателя на лицевой панели усилителя, при этом не надо пропускать сильноточные сигнальные цепи через данный переключатель.

Цепь защиты усилителя выщелачивания

Цепь защиты усилителя выщелачивания

На рис. 1 показана упрощенная версия драйвера и выходных каскадов с добавленной схемой защиты. Показаны только два выходных транзистора. Q10 контролирует напряжение на R45, а Q11 контролирует напряжение на R46. В норме эти транзисторы обрезаны. Чрезмерные токи в R45 или R46 вызовут отключение транзисторов Q10 и Q11. Это удаляет сигнал возбуждения с баз Q14 и Q15, чтобы ограничить максимальный ток в Q18 и Q19.. R28–R31, R37 и R38 устанавливают порог ограничения тока, который зависит как от напряжения нагрузки, так и от тока нагрузки.

Рис. 1. Упрощенный драйвер/выходной каскад со схемой защиты.

Рисунок 2 иллюстрирует работу схемы защиты. На рисунке показана зависимость выходного тока усилителя от выходного напряжения. Незаштрихованная область — это область, в которой схема ограничителя не активируется. Ток, при котором ограничивается схема, определяется выходным напряжением. На рисунке показаны линии нагрузки для сопротивлений нагрузки 2, 4 и 8 Ом, все из которых остаются внутри незаштрихованной области. Графики на рисунке основаны на теоретических уравнениях, которые требуют оценки пороговых напряжений, при которых транзисторы и диоды в цепи включаются.

Рис. 2. Рабочий диапазон ограничителя VI.

Чтобы предотвратить срабатывание функции ограничения тока при быстрых переходных процессах, конденсаторы могут быть добавлены параллельно с R28 и R29. Для подавления паразитных колебаний в схеме защиты можно параллельно с R37 и R38 добавить конденсаторы. При всех четырех выходных транзисторах отдельные резисторы подключаются от эмиттера каждого к базам транзисторов схемы защиты. В предыдущей версии усилителя у меня был конденсатор параллельно каждому из этих резисторов. Однако у одного усилителя, собранного студентом, была странная проблема со схемой защиты, которую мы устранили, удалив два таких конденсатора. Я никогда не понимал этого. На полной принципиальной схеме показаны только два конденсатора.

D5-D10 — сигнальные управляющие диоды. Эти диоды должны быть либо диодами быстрого переключения, либо выпрямителями с быстрым восстановлением. Если это не так, схемы защиты могут быть активированы при пересечении нуля выходным напряжением переменного тока, что вызовет то, что выглядит как перекрестное искажение формы сигнала. D11 и D12 защищают Q18-Q20 от переходных процессов напряжения, которые могут быть вызваны на выходе индуктивными нагрузками, если усилитель работает в режиме ограничения. Эти диоды обычно имеют обратное смещение и не влияют на работу усилителя. Однажды у меня был студент, который поставил D11 и D12 на печатные платы задом наперед. В этом случае происходит прямое замыкание между плюсом и минусом питания, и усилитель будет дымить. Следы питания были снесены с его печатной платы.

При срабатывании схемы защиты либо Q10, либо Q11 могут насыщаться. Это соединяет коллектор Q12 или Q13 непосредственно с выходом громкоговорителя. Для защиты Q12 и Q13 их максимальный ток должен быть ограничен. Это достигается с помощью Q8 и Q9, показанных на рисунке 3. Чрезмерные токи через R21 и R22 вызовут отключение Q8 и Q9. Это удаляет управляющий сигнал с баз Q12 и Q13, чтобы ограничить их максимальный ток.

Рис. 3. Ограничители тока для Q12 и Q13.

У меня были люди, которые спрашивали меня об исключении цепей защиты из усилителя. Хотя я этого не рекомендую, это можно сделать, опустив Q8 — Q11, R28 — R31, R37 — R40, C17 — C20 и D5 — D8. Затем последовательно с выходом следует добавить быстродействующий предохранитель. Я рекомендую предохранитель от 3 до 5 А. Если вы хотите снять схему защиты с усилителя, в котором она установлена, все, что вам нужно удалить, это Q10 и Q11.

Однажды у меня был студент, который убрал схему защиты от своего усилителя. Один канал периодически пропадал. Он принесет усилитель в лабораторию, и мы обнаружим перегоревший предохранитель, и все в порядке. Я подозревал, что один из диодов смещения (D1-D4) треснул и периодически обрывался. Однажды ночью студент заметил, что усилитель отключился, когда он сел на кровать. В ходе расследования он обнаружил, что провод громкоговорителя для одного канала проложен под ковром и под стойкой кровати. Вес кровати сломал изоляцию на проводе, и у него было периодическое короткое замыкание на выходе усилителя. Ему повезло, что он перегорел только предохранитель, потому что силовые транзисторы обычно перегорают быстрее, чем предохранители. Если бы он поставил схему защиты в усилитель, то предохранитель бы не перегорел.

Другой студент, который собрал более мощную версию усилителя, имел интересный опыт с защитной схемой в нем. Этот усилитель назывался «Двуствольный усилитель», который я также опубликовал в журнале «Аудио». Ученик позволил своему братству использовать усилитель в их комнате до тех пор, пока он не закончил учебу. Он сказал мне, что усилитель использовался в течение некоторого времени, когда он заметил некоторое искажение. Он провел расследование за усилителем и обнаружил, что провода громкоговорителей периодически касались одного канала. Он сказал, что это, вероятно, было так в течение некоторого времени, потому что ток почти проедал провода, а они были довольно толстыми кабелями. Если бы он не поставил схему защиты на свой усилитель, он мог бы потерять несколько дорогих выходных транзисторов.

---

Эта страница не является публикацией Технологического института Джорджии, и Технологический институт Джорджии не редактировал и не изучал ее содержание. Автор этой страницы несет полную ответственность за содержание.

Схема защиты усилителя

от короткого замыкания/перегрузки – 2 обсуждаемые идеи

0003

Последнее обновление 5 мая 2022 г. , Swagatam 61 Комментарии

Короткое замыкание громкоговорителя усилителя мощности по какой-либо причине может привести к фатальному повреждению компонента усилителя. Для предотвращения этого может быть очень полезна схема защиты усилителя от короткого замыкания.

В следующей статье описаны 2 простые схемы защиты усилителя от короткого замыкания или перегрузки для защиты усилителей от перегорания.

Зачем нужна защита от короткого замыкания

При работе с конструкциями усилителей высокой мощности решающими становятся две вещи: защита усилителя и защита динамиков от случайного перегрузки по току.

Особенно, когда в конструкции усилителя используются дорогостоящие полевые МОП-транзисторы, конструкция становится особенно уязвимой для коротких замыканий на выходах. Короткое замыкание на выходе может быть вызвано неправильным обращением или неосведомленностью со стороны пользователя.

Какой бы ни была причина, в конце концов происходит разрушение драгоценных МОП-транзисторов внутри коробки усилителя.

Описанную выше аварию можно предотвратить, добавив небольшую схему для обнаружения условий короткого замыкания на выходах усилителя.

Работа схемы

На приведенной схеме защиты усилителя от короткого замыкания/перегрузки показана недорогая конструкция, использующая всего один транзистор для реализации намеченной функции.

Обычно на выходе MOSFET-усилителей обычно используется низкоомный резистор. Ток, развиваемый на этом резисторе, можно использовать для срабатывания реле в случае, если он превышает безопасное максимальное значение тока.

Пороговое значение тока на вышеуказанном резисторе определяется светодиодом внутри оптопары, который загорается в момент обнаружения короткого замыкания или перегрузки.

Это мгновенно запускает оптотранзистор, который, в свою очередь, включает драйвер транзистора и соответствующий релейный механизм.

Поскольку катушки реле поддерживают соединение усилителя с выходом динамика, отключает усилитель от выходного соединения, предотвращая возможное повреждение устройств усилителя.

Конденсатор на базе транзистора удерживает транзистор включенным в течение нескольких секунд, чтобы реле не колебалось случайным образом.

Следующая простая конструкция устройства защиты от короткого замыкания и перегрузки, представленная здесь, может использоваться для защиты ценных устройств, работающих от сети, таких как усилители, телевизоры, DVD-плееры или любые другие подобные устройства. Схема была запрошена г-ном Ашишем.

Технические характеристики:

Я действительно нашел в вашем блоге очень и очень полезные схемы, и я испробовал большинство из них, спасибо за это.

Я сделал 150-ваттный стереоусилитель Mosfet и искал хорошую простую схему защиты от короткого замыкания для этого усилителя. В вашем блоге я нашел только схему защиты для динамиков и добавил ее.

Я хотел простую недорогую схему защиты от короткого замыкания после стадии выпрямления для защиты чувствительных МОП-транзисторов и дорогостоящего трансформатора. Я думал, вы поможете, спасибо

Мой усилитель работает на +/- 36 В, и он мне очень нужен, так как я живу недалеко от деревни, где много проблем с питанием. Вы можете помочь ????

Дизайн

Как правило, все современные гаджеты имеют встроенную защиту от короткого замыкания, однако добавление более комплексного внешнего устройства защиты может принести только пользу подключенной системе.

Кроме того, для самодельных устройств, таких как усилители, это защитное устройство может оказаться очень эффективным и полезным. Также эта идея может быть очень полезна для любителей, которые предпочитают собирать электронные гаджеты дома.

Представленная конструкция устройства защиты от короткого замыкания работает по очень простому принципу и стоит не более пары долларов.

Давайте узнаем подробности функционирования предлагаемой схемы.

При подаче питания большой ток от входа 220 В достаточно падает на C1, выпрямляется на D1 и фильтруется на C2 для питания затвора симистора T1.

Симистор проводит и включает подключенную первичную обмотку трансформатора, таким образом, включая нагрузку, которая в данном случае является усилителем мощности.

Транзистор Q1 вместе с резисторами R1, R2 образует каскад датчика тока.

Резистор R2 специально выбран таким образом, чтобы он вырабатывал адекватное напряжение на себе при указанном пороге опасного высокого тока.

Как обычно, формула для определения R2 = 0,6/ток (А)

Как только напряжение срабатывания накапливается на R2, Q1 активируется и опускает напряжение затвора симистора на землю, заставляя его отключиться.

Регулирование продолжается до тех пор, пока не будет устранено короткое замыкание или перегрузка.

Вышеуказанная регулировка короткого замыкания гарантирует, что уровень тока выше указанного опасного уровня ограничен, защищая ценные устройства, связанные с подключенным усилителем.

Если для описанной выше конструкции требуется функция фиксации, эмиттер Q1 может быть сконфигурирован с SCR, а SCR может использоваться для фиксации и отключения симистора.

Принципиальная схема

Список деталей

• R1 = 100 Ом
• R2 = см. текст
• R3 = 1K
• R4 = 10K
• C1 = 0,33/400 В
• C2 = 1UF/250 В
• Q1 = BC547
• Z1 = 12V/1 WATTE DIODE
• Z1 = 12V/1 WATT Zener DIOD TR1 = В соответствии со спецификациями требований к нагрузке.