Regulirano napajanje za pojačalo

[Khadgar2007]

istina Ilimzne, dvostruko više za mene...

[ilimzn]

Pitanje ti je dugo, a odgovor kratak. Što snažniji transformator i što veći ukupni kapacitet kondezatora, to bolje. Problem je pri uključivanju takvog kapaciteta što je jedno vrijeme transformator u kratkom spoju. Za to savladati služi soft start. Također je bitna stavka i kvaliteta elektrolita odnosno niska ukupna impedancija ispravljača. Obrazloženje je u tome da svaki pad napona u ispravljaču koji je uzrokovan nelinearnim opterećenjem pojačala je "novi zvuk".
Sve ostalo na ovu temu je "akademska" rasprava u svrhu marketinga.
Naravno ako razmatramo što je racionalno ili ekonomski opravdano onda je računica kompleksnija. U to se ne bih upuštao.

Kritično je samo punjenje pri uključivanju, kako sam već napisao. Poslije transformator samo uživa.

Ja bih preporucio da ponovno sam procitas sto si napisao, jer ovako koliko vidim je to toliko neprecizno da je posve neupotrebljivo, a u nekim segmentima i krivo. Ja nisam bas primijetio da sam u bilo kojoj raspravi o dimenzioniranju ispravljac ai filtera zaradio i jednu jedinu kunu, stovise, dalo bi se pokazati da sam poprilican broj izgubio, tako da je reci da je 'sve ostalo na ovu temu akademska rasprava u svrhu marketinga' u najmanju ruku netocno, ako vec ne i uvredljivo. Po pitanju 'novog zvuka' apsolutno svaki ispravljac ima neku valovitost pa je 'novi zvuk' nemoguce izbjeci u ispravljacu. S druge strane TONE istrazivanja i rijesenja postoje da se spreci da pojacalo prenosi bilo kaku AC komponentu iz napajanja u izlaz, pa je za pretpostaviti da se to radilo s nekim razlogom.
O uzivanju transformatora... bit cu prostojan pa cu pokusati objasniti: da, trafo 'uziva' na nekom opterecenju ispod granice kad prestane uzivati, a ta je granica u ispravljacima koji su projektirani po sistemu 'sto snazniji transformator i veci filterski kapacitet' puno niza nego sto bi se ocekivalo bez puno dodatnog pametovanja o izvedbi transformatora i kapaciteta, tako da je odgovor sve samo ne kratak.

A evo malo o uzivanju transformatora:

Ispravljanje.gif (13.33 KiB) Pogledano 8613 put/a.

Za primjer je uzet transformator za 24V izlaznog napona, pri punom opterecenju 1A (znaci 24VA), i s regulacijom 5% (sto znaci da na punom opterecenju pad napona u odnosu na prazni hod iznosi 5%), sto znaci da je u praznom hodu napon veci. Takav trafo ima unutrasnji otpor namotaja 1.2 ohma.
Pokusajmo sad izvuci iz tog transformatora izvuci 24W snage.

Slucaj 1, plavi graf: otporno opterecenje, otpornik 24 ohma. Kao sto je za ocekivati, vrsna struja je efektivna (1A) puta korijen iz dva i to je sve OK. Ako je trafo motan do ruba maksimuma gustoce polja (za toroid oko 2T), ovo je ujedno i maksimalna vrsna struja kroz namotaj, iznad toga vrlo brzo nastupa zasicenje. Iz sekundara je 25.13W, pri cemu se 1.13W potrosi na unutrasnjem otporu namota, dakle ne racunam ostale gubitke gledano s primara.

Slucaj 2, zuti graf: otporno opterecenje iza punovalnog ispravljaca s silicijevim diodama, i filterskim kapacitetom dovoljnim da na 24 ohma imamo 1A efektivno, dakle snagu od 24W. Filterski kondenzator je, mozda nekom iznenadjujuce, prilicno malen - 220uF. Ali, vrsna je struja ravno dva puta veca. Nekako bas ne bi rekao da trafo uziva. Bez zasicenja, snaga iz sekundara je 28.5W, dakle 4.5W ode u toplinu na unutrasnjem otporu sekundara i diodama, od toga 2.515W u samom transformatoru - vise od dvostruko u odnosu na rad s cistim otpornim opterecenjem. iz sekundara se moze izvuci tek oko 60% snage a u trafou ode nekih 12W, sto za 24VA trafo znaci pregrijavanje. Da, ukupno ispadne vise od 100% nominalne snage jer je ista deklarirana za sinusni valni oblik, a radi zasicenja to nece biti, pa je moguce izvuci nesto vecu ukupnu snagu iz mreze, no ona samo sluzi za unistenje trafoa. Ovako nesto bi se dogodilo kad bi se radilo o trafou za halogenu rasvjetu - dakle, u praksi bi iz njega mogli izvuci tek oko pola nominalne snage u VA.

Slucaj 3, zeleni graf: otporno opterecenje iza punovalnog ispravljaca sa silicijevim diodama, i stabilizatora napona na 24V. Ovo na ulazu stabilizatora zahtijeva da je donji rub valovitog napona oko 26V, za stabilizator je uzet LM317. Da bi se to postiglo, potreban je filter kondenzator od 3300uF. Pri tome je vrsna struja kroz trafo citavih 4.3A, malo vise od trostuko veca od nominalne. Ukupna snaga iz sekundara je 35.22W pri cemu se 11.22W gubi na unutrasnjem otporu trafoa, diodama i stabilizatorima. Od toga 4.181W u samom trafou, sto je za 25VA trafo vec opasno vruce, a ako je u pitanju trafo za halogenu rasvjetu, pricamo o pozaru. Stvarno, uzivancija, pravi wellnes tretman s masazom i maskarom od krastavca i koktelom kasnije.

Sto se moze zakljuciti iz prilozenog? Oni koji su za kratke i jednostavne odgovore ce zakljuciti da im treba barem duplo veci trafo za slucaj dva, i malo vise od trostruko veci za slucaj 3. K tome jos nismo ni provjerili sto bi bilo da se recimo stavi dva puta veci filterski konenzator, tko zna koliko bi onda bio veci potreban trafo... za dogmatike imam samo jedno za reci: proizvodjaci trafoa vas obozavaju, jer im ostavljate puno novaca. Sto se mene tice, mjesto dogmi je u crkvi a ne u elektronici. Zato postoji optimum odnosa snage trafoa i velicine filtera, a postize se motanjem trafoa na manji iznos gustoce polja na nominalnoj snazi, sto daje vecu rezervu u pikovima struje, iz cega se odabire optimalni kapacitet koji iz tog transformatora izvlaci maksimum snage u W (sto je uvijek manje od VA). No to je vec druga tema.

[audio kutak]

lijepo si to objasnio Željko.... i meni, koji baš neznam puno, je tvojim primjerom i objašnjenjem istog postalo
jasno što se zbiva sa trafićem....

isto tako znam, ako se trafo preveć grije, ili je slab ili nešto ne drugo ne valja

[pinco]

Ilimzn ima živaca ovo pisat bar po 4x, svaka mu ćast...........
Ja san odavno isprinta njegove tekstove o dizajniranju napajanja, od tada pa nadalje svako napajanje dizajniran po tome, dvv tutorijale o napajanima san davno iskoristija za potpalu vatre
Moj PSU za 100W u AB klasi koristi toroide od 300VA po kanalu motani na 1,2T, na sekundaru zobel, diode fast soft rec. onda snubber i elektrolite kapaciteta od 22000uF po grani. Mislin da je to optimum šta se tiće kvalitete i cijene i samih dimenzija.

[pinco]

Zato postoji optimum odnosa snage trafoa i velicine filtera, a postize se motanjem trafoa na manji iznos gustoce polja na nominalnoj snazi, sto daje vecu rezervu u pikovima struje, iz cega se odabire optimalni kapacitet koji iz tog transformatora izvlaci maksimum snage u W (sto je uvijek manje od VA). No to je vec druga tema.

Na ovo san mislija kad san postavija pitanje..... Ćinilo mi se dosta zanimljivo da se konaćno naućimo dizajnirat PSU za optimum iza kojega više nema smisla rasipat novac i dimenzije, plus je javlja i kontraefekt da ulažemo više a rezultati sve gori.

[zbotic]

ilimzn, najprije moj komentar nije nikako bio usmjeren prema tebi, a niti ja pratim što tko na forumu radi i čime se bavi. Za takvo nešto nemam vremena, a niti me zanima.

U primjerima bilo bi mi logičnije prikazati kako to izgleda pri jednakoj traženoj snazi transformatora (ne maksimalnoj), ovako mi se čini da uspoređujemo neusporedivo.
Rezultat koji mene zanima je kako izgleda filtrirani napon kada je količina kapaciteta duplo veća, a koristimo cca 50 - 60% snage transformatora (što je realno i puno manje).
Ovako bi ispalo da je bolje staviti manje kapaciteta jer ćemo dobiti veću iskoristivost. To me za audio pojačalo ne zanima. Barem ne za ono koje se smatra HI-FI uređajem.

[audio kutak]

Barem ne za ono koje se smatra HI-FI uređajem.

nemoj se ljutiti, ali mislim da je to "tvoj pojam" HiFi-ja. Znači li to da sva ona stara jaka pojačala od Kenwooda,
Technicsa, Sonny-a koja imaju ukupno 10.000 ili 20.000 UF, da ne valjaju? Da nisu HiFi?

Jedino što sam primjetio je to da pojačala imaju slabije trafoe nego što bi trebalo... netko se sjetio smanjiti ih jer je skužio
da večina ljudi ionako ne sluša jako muziku pa nema potrebe da stavljaju skupi trafo....

gdje sve još neće ušparati? em kučišta, em prednje ploče, em trafoi....

[ilimzn]

ilimzn, najprije moj komentar nije nikako bio usmjeren prema tebi, a niti ja pratim što tko na forumu radi i čime se bavi. Za takvo nešto nemam vremena, a niti me zanima.

U primjerima bilo bi mi logičnije prikazati kako to izgleda pri jednakoj traženoj snazi transformatora (ne maksimalnoj), ovako mi se čini da uspoređujemo neusporedivo.
Rezultat koji mene zanima je kako izgleda filtrirani napon kada je količina kapaciteta duplo veća, a koristimo cca 50 - 60% snage transformatora (što je realno i puno manje).
Ovako bi ispalo da je bolje staviti manje kapaciteta jer ćemo dobiti veću iskoristivost. To me za audio pojačalo ne zanima. Barem ne za ono koje se smatra HI-FI uređajem.

Takve je kategoricke odredbe posve neutemeljeno iznositi a kamo li postovati bez da se razumije sto uopce pojedinom pojacalu treba
Za pocetak, povecanje kapaciteta a da je sve drugo isto, SMANJUJE maksimalnu snagu koju se moze doviti iz transformatora, povecava zagrijavanje transformatora, potencijalno DRASTICNO povecava zagrijavanje dioda u grecu i samo teoretski direktno smanjuje valovitost, jer ista moze preci iz pile u nesto znacajno gore radi reverse-recovery-ja dioda u ispravljacu.
S druge strane smanjenje maksimalne idnukcije povecava maksimum snage koji se moze dobiti iz datog transformatora ako sve drugo ostaje isto, ili, omogucava povecanje filterskih kapaciteta uz istu izvucenu snagu.
Uporno pokusavas preskociti jedan korak - postotak snage u odnosuna deklarirane VA transformatora ne znaci nista bez poznavanja iznosa Bmax i kapaciteta filtracije.
Primjer koji sam ti dao je istekako relevantan jer ga ili mozes gledati kao 'kolika je vrsna struja za istu izlaznu snagu' ili, po jednostavnom pravilu proporcionalnosti, koliku snagu mozes ocekivati iz transformatora s odredjenim brojem deklariranih VA s obzirom na filterski konenzator, a da bi vrsna struja bila ista. Tako je u mom primjeru lako izracunati da u slucaju 2 mozes dobiti oko pola snage (jer je za istu snagu na izlazu struja duplo veca), ili, u slucaju 3, oko trecine snage (jer je u slucaju iste snage struja tri puta veca). Apsolutno ista odnosi vrijede za bilo koji iznos Bmax - stvar je u tome da bi 100VA toroid za ispravljac (sto znaci standardno namotan za Bmax oko 1.7T) zapravo bio deklariran za vecu snagu da se ocekuje cisto otporno opterecenje (kao npr za halogenu rasvjetu), i mjerenje koje bi islo do pojave zasicenja bi pokazalo generalno upravo iste ove odnose. Trik je u tome da treba znati za sto je trafo specificiran da bi ga se moglo korektno dimenzionirati.

Drugi moment u mom primjeru je zanemarivanje ESR kondenzatora. U principu to ne unosi veliku gresku sto se tice onog sto vidi trafo. Potreba za niskim ESR-om i ESL-om se cesto shvaca sasvim pogresno. Ona je tu zato jer je filterski kapacitet zajednicki shunt element za AC komponentu struje iz ispravljaca (vec opisani pikovi) i za AC komponentu struje iz pojacala. Cak i uz savrseno linearni ESR/ESL, sklopovi s obje strane su nelinearni, sto znaci da ako shunt element nije idealan 'AC kratki spoj', na njemu dolazi do mijesanja valnih oblika i do pojave intermodulacije. Cim je ESR/ESL nizi, to je impedancija zajednickog shunta manja u odnosu na impedanciju trafo+ispravljac, i impedanciju gledano unazad kroz napajanje pojacala. Te impedancije cine T-spoj, i signal sa strane ispravljaca moze preci u pojacalo i obrnuto tim vise, sto je impedacnija filtera veca. Kad bi bila idealna nula, tada nikakav prelaz ne bi bio moguc. No, to je opet trivijaliziranje problema. Evo primjera: vecina poluvodickihizlaznih stuonjeva, pogotovo onih s bipolarcima, 'unazad' izgledaju kao strujni izvor, i impedancija im je vrlo visoka, desetke do cak stotine k. ESR od jednog ohma bi vec davao prigusenje na niskim frekvencijama od 90-100dB BEZ da se pojacalo uopce trudi oko daljnjeg prigusenja, a kamo li ESR od 10m ohma. Po tom nas pitanju prvenstveno zanima Xc, dakle 'kapacitivni otpor' koji je u seriji s ESR-om i sluzi kao shunt na niskim frekvencijama - pocevsi od fundamenta mreze na 100Hz, ili jos bolje od najnize audio frekvencije (kako god to definirali). ESR postaje bitan na visim frekvencijama, no njegova je glavna bit smanjenje zagrijavanja samog kondenzatora. Pogledaj primjer koji sam dao. On ti govori da za bilo koju struju koju potrosi pojacalo, pikovi struje iz transsoformatora uvijek budu visi, cesto za nekoliko puta - u svim slucajevima koje sam opisao je struja u trosilo 1A efektivno, a u zadnjem slucaju je unatoc tome pik struja preko 4A. Drugim rijecima pikovi struje iz ispravljaca su ti koji najvise muce kondenzatore, ne oni z pojacala - i naravno da je jedan pogled na valni oblik tih pikova dovoljan da bude jasno da tune pricamo o 100Hz nego o valnom obliku punom harmonika koji se protezu daleko u kHz podrucje, a ako su diode brze ili pak imaju problema s recovery-jem, u MHz podrucje. Medjutim, ovdje je glavni 'filter' odnos Xc i otpora namotaja trafoa. Upravo radi toga ispravljaci kod kojihje jedan veliki filter podijeljen na vise manjih kondenzatora povezanih otporima ili reaktivnim elementima djeluje kao kvalitetniji filter, premda je u takvom sklopu unutrasnja impedancija ispravljaca veca.

Jos jedna stvar o kojoj treba voditi racuna je da povecanje kapaciteta filtera, opet ako sve drugo ostane isto, smanjuje Xc, sto znaci da je u odnosu na njega unutrasnji otpor namota veci, sto je ujedno i razlog zasto je filtracija bolja - radi se u biti o obicnom naponskom dijelilu. No, istovremeno, radi povecanja odnosa u dijelilu, a bez da se promijenila frekvencija mreze, po jednom ciklusu u kondenzatore ulazi manje energije a ne vise. Rezervoar je veci, no dotok je manji - sto pogoduje pojacalu koje energiju uzima u pikovima, no nikako ne pogoduje trafou koji u svakom ciklusu radi sporijeg punjenja kondenzatora kad ga pojacalo isprazni, potrosi vise energije na vlastitom unutrasnjem otporu i dulje mu treba da nadoknadi potroseno. S manjim kondenzatorom, taj je proces brzi, sto je i razlog onog mita o 'brzini', i istovremeno razlog zasto se takve stvari najcesce primijete tek kod pojacala koja su relativno male snage (tako da rade blize maksimumu i cesce prazne 'rezervoar' za veci postotak joule-a, pogotovo s poddimenzioniranim trafom. S naddimenzioniranim se pojavljuje 'privid' brzine, jer je odnos Xc i unutrasnjeg otpora namota povoljniji, pa je takav veci trafo sposoban prebaciti vecu kolicinu energije u kondenzator i brze ga 'nafilati'. Ovo j eujedno i racio iza starih pojacala koja su nerijetko imala konjski trafo a male elektrolite - ukrajnosti sve se svodi na to koliko pojacalo energije moze uzeti, i koliko trafo energije moze vratiti u 20ms, koliko traje jedna poluperioda mreznog napona. hrpe joule-a rezervoara nemaju smisla ako se ne trose, niti ako se ne mogu nadopuniti na vrijeme. Valovitost je paralelni zahtjev, koji moze u jednom trenutku diktirati dimenzije ispravljaca, no koja se valovitost moze tolerirati (kako god to definitali) je funkcija topologije pojacala. Primjer - valovitost napajanja moze preko ulaznih kapaciteta uticati na visokoimpedantne izlaze stupnjeva pojacala, kao npr VAS stupanj. Vrijedi razmisliti zasto su u stara dobra vremena kvalitetna pojacala imala regulirano napajanje predstupnjeva do i ukljucivo prvog slijedila iza VAS stupnja, a ne cetverostruko predimenzionirane transformatore i elektrolite (premda daleko od toga da nisu bili predimenzionirani i veliki), a sve to s specifikacijom maksimalna snaga iz oba kanala u trajanju od 1 sat - daaaaaleko od danasnjih koja bi se redom u takvom testu zapalila.

Sto se tice toga da se post nije odnosio na mene, to je jasno, ali se postavlja pitanje na koga se uopce ovdje mogla odnositi opaska o stednji. Medjutim budi sad toliko fer pa pogledaj koliko je meni trebalo vremena da napisem ovaj i prethodne postove i odradim simulaciju i koliko mi jos treba da odradim neku koja bi bilo tebi po volji (sto sam inace jednom davno u jednoj drugoj temi i odradio), a koliko je teni trebalo da napises svoje psotove ukljucivo onaj o tome da sam mogao staviti usporedbu jabuka s jabukama, sto bi i sam vidio da jesam da si si dao samo malo vise vremena za taj post. Ako ti zelis i dalje pojednostavljivati, imajna umu da po tom sistemu mozes napraviti i 100 ispravljaca pa neces nista nauciti dok se jednog dana nesto 'neobjasnjivo' ne zadimi, jer vrc ide na vodu dok se ne razbije. Ja od pokusaja objasnjavanja i ubjeravanja nemam nikakve koristi, samo gubljenje vremena, ali bi koristi mogao imati ti, kad si vec postavio sva ta pitanja. A vjeruj, ja nisam od onih koji jako vole cuti svoj glas i citati cvoje postove e da bi sam sebi bio vazan. Molim lijepo, budimo fer.

[ilimzn]

Glavni razlog oslabljenja transformatora a povecanja kapaciteta elektrolita (ali, ono sto je ostalo nezapazneo uglvnom je da su sad ti elektroliti puno manjih gabarita, i znacajno veceg Esr-a), je problem transportnih troskova koji se pojavio naglim rastom cijena nafte kasnih 70-ih. Problem je bila tezina. Ista je prblematika rezultirala i nekim dobrim stvarima, npr. uporabom trafoa s C ili R jezgrom, i toroida. No, zakoni masovne proizvodnje su na kraju te fine stvari izgurali u najskuplje uredjaje, a u klasiku vratile EI jezgre i poddimenzionirane transformatore.
Kljucnije dio u toj prici je kombinacija metoda da se dobiju na izgled iste specifikacije kao prije. Prvo je promjene nacina mjerenja (jedan kanal, 5 minuta!, drugo je povecanje napona napajanja daleko iznad potrebnog za deklariranu izlaznu snagu, i trece je povecanje ESR-a kondenzatora. To sve skupa jos radi 'prihvatljivo' po tim novim normama samo zato jer je odnos pik i srednje snage u glazbi velik - ili je barem bio do nedavno, od kad su sve snimke komprimirane do bola i bez dinamike, i pojacala su na mukama. Ideja je da se a konto povecanog napona poveca kolicina energije u filterima (sto je samo djelomicno uspjesno jer iako energija kondenzatora raste proporcionalno kapacitetu, ali s naponom na kvadrat, visak napona u odnosu na onaj za deklariranu snagu ode u obliku topline). Ipak, takav sustav moze reproducirati nesto dulji pik a konto veceg pocetnog napona na elektrolitima, s kojeg ce napon pasti prema minimumu. Povecani je ESR potreban radi povecanja vremena koje je potrebno da bi se rezerva nadopunila, i bez toga bi u toj fazi zagrijavanje trafoa i dioda bio veliki problem (pogotovo dioda s obzirom da i na njima stede).
Tako koncipirana pojacala zvuce 'komprimirano' i 'na mukama' kod duljih tranzijenata vece snage a pogotovo kod konstantnog rada blizu maksimumu,jer se varijacije napona napajanja i valovitost intermoduliraju s izlazom kod clippinga, sto rezultira time da svaka frekvencija na ulazu dobije na izlazu 'dodatke sa strane' na +- N puta 100Hz. U basu nastaje mutez i nedefiniranost, a u viskokima gubitak stereo slike i 'magla' na dtage-u, te kod kompleksnih stvari, utisak povecanja nivoa shuma i utapanje tisih instrumenata u istom.

[zbotic]

Rado bih nešto poduže napisao, ali ovaj tjedan mi je "tko živ tko mrtav" na poslu pa stignem samo par redaka.....
Inače cijeli svoj radni vijek smatram "humanitarnim radom" na nivou cijele Hrvatske (sada više na nivou svoje županije) s obzirom na parametre uloženo-dobiveno.
A jesam li i prije bio svjestan navedene problematike govori ovaj moj post od prije par godina:
http://www.diyaudio.rs/topic/3326-6-x-4 ... entry68861
P.S. U međuvremenu je pojačalo iz teme napravljeno i radi besprijekorno više od dvije godine.