Схема электронного дросселя источника питания транзистор­ного УМЗЧ

Радикальное снижение пульсаций напряжения питания при помощи активного сглаживающего фильтра. Плавный пуск и защита от перегрузки всего на одном полевом транзисторе

Электронный дроссель – это устройство, представляющее собой активный фильтр на силовом транзисторе и предназначенное для снижения пульсаций постоянного напряжения, поступающего с выхода выпрямителя источника питания.
Основное своё применение электронные дроссели находят в ламповой технике для фильтрации от пульсаций анодного напряжения. И действительно, токи там не такие высокие, как в транзисторных устройствах, работающих при эквивалентной мощности, поэтому даже существенное падение напряжения на таких фильтрах не приводит к радикально высоким значениям тепловой мощности, выделяемой на силовом транзисторе.
Для высокотоковых цепей, которыми, к примеру, являются полупроводниковые усилители мощности, приходится задумываться о повышении КПД такого дросселя. А КПД будет тем выше, чем меньшую величину составит падание напряжения на силовом транзисторе. При этом напряжение, поступающее с выхода выпрямителя, для поддержания работы полупроводника в активном режиме должно быть отфильтровано до определённого уровня.

Приведённая на Рис.1 схема электронного дросселя имеет ряд преимуществ перед устройствами, ранее опубликованными в различных источниках. К числу таких преимуществ относятся:
1. Очень высокий коэффициент фильтрации (он же коэффициент сглаживания), позволяющий уменьшить пульсации напряжения практически в 1000 раз;
2. Высокий КПД, связанный с применением MOSFET-транзистора с низким напряжением отсечки, а также с поддержанием на постоянном уровне величины падения напряжения на силовом транзисторе (независимо от величины поступающего напряжения);
3. Защита от короткого замыкания на выходе.

Область применения – усилители, работающие в классе А (хотя и не только) и требующие наличия качественного источника питания с низким уровнем пульсаций, такие как: усилитель мощности JLH Джона Линсли-Худа (ссылка на схему), однотактники Зена (ссылка на схему), УМЗЧ на полевых транзисторах класса А с ламповым звучанием (ссылка на схему) и многие, многие другие.


Рис.1 Схема электронного дросселя на полевом транзисторе

Посредством диода D1 формируется величина постоянного напряжения на затворе силового транзистора. Это величина будет всегда на 0,6...0,7 вольт меньше напряжения, поступающего с выхода диодного моста. А это, в свою очередь, обеспечит постоянство напряжения Uси, которое никак не будет зависеть от входного напряжения и лишь в небольших пределах меняться при изменении тока нагрузки. Причём величины этого смещения, как показали измерения, будет вполне достаточно для ослабления пульсаций, амплитуда которых простирается вплоть до пиковых значений ±2 В.

Элементы R2, C2, R3, C3 образуют двухзвенный RC-фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза около 0,3 Гц, который и сглаживает пульсации напряжения на затворе, а соответственно, и на истоке транзистора, который в данном включении выполняет функцию повторителя напряжения. К тому же, эта цепь обеспечивает плавный рост выходного напряжения при включении блока питания в течении 2...3 сек, что также весьма полезно для звуковой аппаратуры с точки зрения предотвращения щелчков в акустике.

Стабилитрон D2 помимо стандартной задачи защиты транзистора от превышения допустимого напряжения Uзи, выполняет функцию ограничения тока при возникновении нештатных ситуаций, в том числе КЗ. При указанных на схеме типах транзистора и стабилитрона ограничение тока происходит на уровне примерно 7,2 А. Это значение ниже максимально допустимого тока сток-исток IRL530 и не приведёт к его тепловому пробою при длительном КЗ. Естественно, что для таких ситуаций наличие предохранителя, рассчитанного на рабочий ток, не только желательно, но и необходимо.
При выборе другого транзистора напряжение стабилизации стабилитрона следует выбирать таким, чтобы оно на 1,2...1,3 вольт превышало напряжение отсечки конкретного экземпляра транзистора.

Использование транзистора IRL530 с низким напряжением отсечки было продиктовано требованием достижения максимального значения КПД. Тепловая мощность, выделяемая на полупроводнике при выходном токе 3А, не превышает 10 Вт. А с широким перечнем других MOSFET транзисторов с подобными низкими напряжениями отсечки можно познакомиться на странице – Ссылка на страницу.

Как уже было написано раньше, напряжение, подаваемое на вход электронного дросселя, может сопровождаться пульсациями вплоть до пиковых значений ±2 В, однако в данном случае лучше перестраховаться и ограничить их на уровнях – не более 1...1,5 вольт. Сделать это необходимо посредством выбора соответствующего номинала конденсатора С1, ёмкость которого можно рассчитать на калькуляторе – Ссылка на страницу.
С указанными на Рис.1 номиналами элементов уровень пульсаций на выходе электронного дросселя не превышает 0,7 мВ.

Дополнительного улучшения характеристик устройства можно достичь, используя в выпрямителе диоды Шоттки.