電源を備えた自動車用UMZCH。スキーム、説明

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電源を備えた車載用 UMZCH。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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オンボードネットワークの電圧によって車載 UMZCH の電力が制限されますが、この状況はスイッチング電源電圧コンバータを使用することで克服できます。この記事では、KR1114EU4 チップに基づく強力なコンバータを内蔵した強力な XNUMX チャネル UMZCH の設計について説明します。

現在、カーオーディオ機器としては、さまざまなモデルのカーラジオが発売されています。最新のラジオテープレコーダーには通常 4 チャンネルのアンプが搭載されており、メーカーが公表している出力は数十ワットです。しかし、出力電力を示す前面パネルの刻印 (たとえば、40x4、50x14,4 W) は、一般に受け入れられているパラメータに対応していますか? 多くの場合、そのピーク出力電力が示されます（原則として、負荷 4 オームで電源電圧 XNUMX V の場合）。

実際には、カーラジオの定格出力は通常、チャンネルあたり 10 ～ 12 W を超えません [1]。

実際の電力増加のために、UMZCH はブリッジ接続で使用されます。より強力な負荷を得るために、カーラジオにはパワーアンプが追加されています。ほぼすべてのカースピーカーシステムと広く使用されているほとんどのスピーカーの電気抵抗が 4 オームであるという事実に基づいて、車両のオンボードネットワークの電圧が不十分であるため、UMZCH には二次電源を使用する必要があります。

ここで紹介する車載用0,5チャンネルパワーアンプはスイッチング電源と組み合わせたもので、回路設計が簡単でアマチュア無線家でも製造できるのが特徴です。非線形歪み率 2% の UMZCH の定格出力電力は、「ステレオ」モードで約 70x2 W (4x150 オーム)、「モノラル」モードで約 8 W (XNUMX オーム) です。チューニングはほとんど必要ありません。

増幅器。アンプは 1 つのチップ DA2、DA7294 で構成されています。 TDA7294 集積回路は高性能パワーアンプであり、比較的安価です。 TDA145 の最終段と前段は電界効果トランジスタで構築されており、出力の過熱と短絡に対する保護機能を備えています。クリスタルの温度が 150°C に達すると、保護ユニットはマイクロ回路を「MUTE」モードに切り替え、XNUMX°C に達すると「STAND-BY」モードに切り替えます。

供給電圧の範囲が広いため、TDA7294 チップは、出力電力を大幅に損なうことなく、抵抗が 8 オームを超える負荷と組み合わせて使用できます。ブリッジ回路に接続された 16 つの超小型回路を使用する場合、抵抗の上限は 4 オームに上昇します。供給電圧を最適に選択すると、低抵抗負荷 (10 オーム以下) での最大出力電力は、最終段の最大許容電流 (100 A に相当) によってのみ制限され、0,5 W に達します。高調波歪み率 70% の超小型回路は、最大 2 ワットの電力を負荷に供給します。マイクロ回路に関するより詳細な情報は、[XNUMX] または ST マイクロエレクトロニクスの Web サイトから入手できます。

電源なしのUMZCHの回路図を図1に示します。 XNUMX。

電源付きの自動車用UMZCH

提案方式では、アンプの電源がオンになっているため、「STAND-BY」および「MUTE」機能は使用されません。抵抗 R1、R4 は UMZCH の入力インピーダンスを設定します。要素 R1、C1 および R4、C4 のペアは、両方のチャンネルの入力でハイパスフィルターを形成し、アンプの帯域幅を下から制限します。同様に、OOS チェーン内の要素 R2、C2 および R5、C5 は帯域幅の下限を定義します。抵抗比 R3/R2、R6/R5 は UMZCH ゲインを設定します。要素 R2、R3、R5、R6 の指定された定格では、電圧ゲインは 30 dB です。

SA1 スイッチは、UMZCH の「ステレオ / モノラル」動作モードを選択します。「ステレオ」モードでは、DA1 および DA2 マイクロ回路は 2 つの独立した非反転アンプとして動作します。「モノラル」モードでは、DA6 アンプはゲインが Kj = R5 / R1 + 1 の非反転アンプからユニティゲインの反転アンプ。図上の SA1 の位置は「ステレオ」モードに対応します。 UMZCH をブリッジモードで使用する場合、出力「+」AC は出力 DA2 に接続され、出力「-」は出力 DAXNUMX に接続されます。

アンプ電源コンバーター (図 2) は、主に、Texas Instruments から輸入された TL1114CN の類似品である KR4EU494 チップ上に構築されています。

電源付きの自動車用UMZCH

マイクロ回路の詳細な説明は[3]にあり、そのブロック図は図に示されています。 3. パルス幅変調器 (PWM) とその制御回路が含まれています。マイクロ回路は、出力パルスの持続時間を制御するための十分な機会を提供します。 TDA7294 マイクロ回路には独自の保護ノードがあるため、電源自体でそれらを使用する必要はありません。

電源付きの自動車用UMZCH

KR1114EU4 マイクロ回路は、プッシュプルコンバータとシングルサイクルコンバータの両方で動作できます。動作モードは OTS 入力 (ピン 13) によって設定されます。この電源では、ピン 13 が +5 V 基準電圧源に接続されており、コンバータはプッシュプルモードで動作します。パルスのデューティサイクルは広範囲に変化する可能性があります。出力電流の上限値 (最大 16 mA) により、マイクロ回路の出力は、抵抗 R17、R1 を介してコンバータの強力なバイポーラトランジスタ VT2 および VT200 のベースに直接接続できます。

コンバータチップには出力トランジスタ（8～11ピン）のコレクタ出力とエミッタ出力があるため、トランジスタVT1、VT2の構造に応じてエミッタ接地またはコレクタ接地回路で出力トランジスタをオンにすることが可能です。 npn 構造のトランジスタを含む説明したブロックでは、18 番目のオプションが使用されます。電界効果トランジスタ (n チャネル FET) をキーとして使用する場合は、抵抗 R19 と RXNUMX を取り外します。

KR1114EU4 チップには独自の鋸歯状パルス発生器があります。要素 R8、C8 はタイミングであり、発生周波数は式 f = 1/(R8C8) で決定できます。プッシュプルモードで動作する場合、超小型回路の発振器の周波数はコンバータの出力周波数の 160 倍高くなければなりません。図に示されているタイミング回路の値では、ジェネレーター周波数は約 80 kHz、出力パルス周波数は約 XNUMX kHz です。

幅広い電源電圧におけるコンバータの安定性は、内蔵基準電圧源（ピン 14）+5 V によって提供されます。R9C7 回路は、ユニットの出力パルス幅と負荷の電力を滑らかに増加させます。電源投入後。ダイオード VD1 は、電源電圧の極性が逆になった場合のユニットの故障を防ぎます。この場合、ヒューズ FU1 のみが切れます。

電源には、フィードバックにより負荷の電圧が安定します。これは、各整流器アームから抵抗 R10 ～ R15 を介して実行されます。これらの抵抗は 1 つの分圧器を形成し、電源の出力からの電圧の一部が誤差アンプ (ピン 15、1) に送られます。電源の出力電圧を比較する電圧基準として、基準電圧源（ION）が使用されます。 DA3 内のエラーアンプの出力は、ダイオードを介して相互に接続されています。ピン 3 はアンプのゲインを制限するローカルフィードバック用です。このブロックでは、ピン 1 はコンバータの駆動に使用され、アンプはコンパレータとして機能します。パルストランス T2 からの電圧は、ダイオード VD5 ～ VD11 によって整流され、コンデンサ C14 ～ CXNUMX によって平滑化されます。

UMZCH DA1 および DA2 マイクロ回路の電力損失を削減し、アンプの最大出力電力を増加するには、負荷抵抗に基づいてコンバータの出力電圧を正しく選択する必要があります。この UMZCH は、「ステレオ」モードでは 4 オームの負荷で、ブリッジモードでは 8 オームの負荷で動作するように設計されています。特定の負荷抵抗に対してメーカーが推奨する電源電圧 DA1、DA2 の値は ±25 です。 ..27 V、パルスコンバータはこの電圧用に設計されています。

図に示されているものでは、 2 電源回路をオンにするには、十分に強力なスイッチが必要です。多くの場合、この組み込み方法は不便であるか、受け入れられません。

図上。図４は、コンバータの起動を自動制御する装置の図を示す。これにより、4 V を超える定電圧が抵抗 R20 に印加されたとき、またはオーディオ信号が少なくとも 1 V の実効電圧値でコンデンサ C15 に印加されたときに、UMZCH がオンになることが保証されます。

電源付きの自動車用UMZCH

最初のオプションは、カーラジオに外部デバイス (電動格納式アンテナなど) を制御するための出力がある場合に使用できます。サブウーファーが車に取り付けられている場合は、別のオプションも適しています。次に、コンデンサ C15 が UMZCH カーラジオの出力の 0,15 つに接続され、カーラジオの出力電力が 0,2 ... 16 W を超えるとアンプが自動的にオンになり、それ以下になるとオフになります。ラジオが無効になる可能性があるため、30 つの入力を同時にラジオに接続することはできません。コンデンサ C7 は、AC 電圧リップルを平滑化すると同時に、入力信号が消えた後のアンプのオフを遅らせます (約 8 秒の遅延あり)。ダイオード VD3、VD3 は、SHI 変調器の動作に対するスイッチング回路の影響を防ぎます。また、VT4 コレクタの電圧しきい値も設定します。このしきい値を超えると、DA4,5 出力のパルスの持続時間が徐々に減少し始め、XNUMX ... XNUMX V に達すると電源がオフになります。

このアンプがサブウーファーのみに使用される場合は、ノードが必要になります。その図を図に示します。 5. これは、カットオフ周波数が 80 Hz の 2 次ローパスフィルターです。 UMZCH に入る前にオンになります。この図では、括弧内に 3 番目のチャネルのオペアンプの結論が示されています。電源回路には統合電圧レギュレータ DAXNUMX、DAXNUMX が搭載されています。アンプがブリッジモードでのみ使用される予定の場合は、デュアルオペアンプの代わりにシングルオペアンプを使用できます。

電源付きの自動車用UMZCH

詳細と構造。アンプスイッチ SA1、ヒューズ FU1、入出力コネクタ (図には示されていません) を除く、アンプと電源のすべての部品は、片面箔が貼られた厚さ 2 mm のグラスファイバー製のプリント基板に取り付けられています。基板の図面とその上の要素の位置を図に示します。 6.

電源付きの自動車用UMZCH

VD1 として、任意の文字インデックスを持つ KD2997、KD2999 シリーズのダイオードを使用できます。ダイオード KD2997B (VD2 - VD5) は、KD2997A、KD2999A、KD2999B と置き換えることができます。トランジスタ KT898A (VT1、VT2) の代わりに、他の文字インデックスを備えた KT890、KT896A、KT896B、KT898B、KP958A ～ KP958V、KP954A ～ KP954V を使用することもできます。抵抗 R48、R44 を取り外すことで、インポートされた電界効果トランジスタ IRFZ540、IRFZ640、IRF530、IRF11、IRF22、BUZ18 A、BUZ19、またはその類似品を使用できます。

強力な PSU トランジスタ VT1、VT2 とアンプマイクロ回路 DA1、DA2 は別々のヒートシンクに取り付けられています。超小型回路を絶縁なしで 8 つのヒートシンクに取り付けることは許容されますが、同時に超小型回路の金属基板の電圧が共通線に対して -Upit であるため、アンプのケースから絶縁することもできます。絶縁なしで 1 つのヒートシンクにトランジスタを取り付けることはできません。マイカは絶縁材として使用できます。パワー素子をヒートシンクに取り付ける場合は、これらの素子の熱動作を大幅に促進する熱伝導ペースト KPT-5 を使用することが望ましいです。ダイオード VDXNUMX ～ VDXNUMX は基板に対して垂直に取り付けられています。

パルストランス T1 の磁気回路は、M40NM25 フェライトを接着したサイズ K11x2000x1 の 4 つのリングで構成されています。巻線 I、II は、PEV-2 1,2 mm の 10 本のワイヤの束で 2 回巻かれます。巻線 III、IV は、PEV-0,8 5 mm の XNUMX 本のワイヤの束で XNUMX 回巻かれます。巻線 I、II および III、IV は対称でなければなりません。巻く前に、接着されたリングの鋭い端を針やすりで丸くする必要があります。巻線間には XNUMX 層または XNUMX 層のフッ素樹脂テープ絶縁体が敷かれています。変圧器は、中央に穴が開いた長方形または円形のプレートを上から押さえ、ナット付きの MXNUMX または Mb ネジを使用して、プリント基板の中央に取り付けられます。

コンバータ起動制御回路では、VD1 ～ VD3 として任意の低電力シリコンダイオードが適しています。KT3102A (VT1) は、このシリーズまたは KT315 の任意の文字インデックスを持つトランジスタに置き換えられます。ローパスフィルター (図 5 を参照) には、OU KR574UD2、KR140UD20、KR544UD4 を取り付けることができます。スタビライザー DA2、DA3 の代わりに、統合された 15 V の正および負の電圧スタビライザーを使用できます。

他の電流消費者の影響を排除するために、アンプの電源線を車のバッテリー（ヒューズボックス上）にできるだけ近づけて接続する必要があります。アンプが引き込むピーク電流は最大 15 A になる可能性があるため、電源回路には太いゲージのワイヤ (3...5 mm2) を使用する必要があります。オンボードネットワークに高周波電圧リップルにとって重要なデバイスがある場合は、静電容量 C9 を増やす必要があります。これで目的の効果が得られない場合は、高周波フィルターをオンにします。コンバーターの電源回路。

確率。保守可能な要素があれば、アンプはすぐに動作を開始します。電源の設定のみが必要です。したがって、次のように XNUMX 段階でインストールと設定を実行することをお勧めします。

プリント基板には電源素子のみが実装されています（アンプ部分は半田付けされていません）。次に、R14抵抗がはんだ付けされ、負荷相当物が共通線と電源の正出力の間に接続されます。これは、抵抗が6 ... 7オームで、電力が少なくとも100ワットの配線抵抗です。電源を入れた後、この抵抗の両端の電圧を測定します。26 ～ 28 V の範囲内である必要があります。

さらに負荷抵抗も50Ωにアップしました。同調抵抗器 R13 のエンジンを回転させることにより、100 ワットの負荷の場合と同じ電源の出力電圧が得られます。次に、R14 をはんだ付けし、R12 をはんだ付けします。 12 番目の安定化回路の設定も同様です。調整が終わったら、抵抗RXNUMXを半田付けします。

次に、UM34 部品が取り付けられ、組み立てられたデバイスの操作性が可聴周波発生器からの負荷相当量についてチェックされます。

アンプを自動的にオンにするデバイス (図 4 を参照) を構成する必要はありませんが、入力信号がない場合でもコンバータが起動すると、抵抗 R21 は VT1 の電圧が上昇する値まで減少します。コレクタは 6 ... 6,5 V の範囲にあります。

著者: A.コルガノフ、カルーガ

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