В последнее время всё больше желающих использовать импульсный преобразователь в качестве блока питания, например усилителя ЗЧ. Понятно, что такой блок питания работает на частотах, которые охотно проникают в звуковой сигнал и их гармоники вызывают искажение музыки, добавляя определенное шипение — неприятный цифровой окрас звука, причём слышный во всём акустическом диапазоне. Нехорошо это и для твитеров (ВЧ динамиков), которым приходится иметь дело с ненужной повышенной мощностью.
Конечно есть блоки питания, разработанные специально для аудио, работающие по принципу преобразования выпрямленного сетевого напряжения в напряжение питания усилителя, которые не выпускают такие помехи за пределы БП, но это уже специализированные блоки питания, предназначенные для конкретных усилителей, поэтому труднодоступны для любителя, и в частности для новичков.
Но по сравнению с сетевым трансформатором импульсный блок питания имеет ряд преимуществ — высокий КПД, малый вес и вместе с выпрямительным мостом, фильтрующими конденсаторами и другими элементами, занимающими меньше места внутри корпуса.
Здесь необходимо уделить несколько слов сути основного дефекта, вызывающего те помехи — откуда они берутся? Как им удается проникать в звуковые сигналы и, самое главное, как их можно избежать.
Они возникают в связи с принципом работы преобразователя — сетевое напряжение необходимо выпрямить выпрямительным мостом, отфильтровать большую часть пульсаций конденсатором, а затем подать на (в простейшем случае) транзистор, работающий по принципу «закрыто/открыто» с очень высокой (иногда более 100 кГц) частотой. Такое напряжение можно снова подать на трансформатор, в котором за счет соотношения числа витков первичной обмотки к числу витков вторичных обмоток, получаем напряжения соответствующей величины — переменные напряжения с частотой как указано выше, поэтому их нужно выпрямлять заново — и тут еще одно преимущество — конденсатор с меньшей емкостью, чем в сетевых 50 Гц.
Преимущества, получаемые таким образом, заключаются в более низкой емкости конденсаторов. Потому что чем выше частота, тем короче периоды между полуволнами напряжения, поэтому меньшей емкости достаточно для поддержания напряжения на максимальном значении при том же токе, что и в классическом блоке питания.
Трансформатор меньшего размера, потому что чем выше частота — тем меньше сердечник трансформатора, тем меньше количество витков. Правда трансформатор должен иметь сердечник приспособленный для работы с гораздо большей частотой, чем сердечник сетевого трансформатора, но он намного дешевле. В результате импульсный трансформатор имеет габариты на порядок меньше классического трансформатора — работающего на частоте сети, и меньший вес.
Меньше потерь — просуммировав все детали получаем и меньше потерь, возникающих в самом блоке питания — конкретная цифра зависит от конструкции блока питания, и прежде всего от рабочей частоты.
Вот только такой блок питания требует применения специально доработанных методики маршрутизации путей, радиоэлементы, специально адаптированные к этим условиям — так что и знания нужны, и более дорогие детали, иногда сгорающие транзисторы, конденсаторы должны выдерживать высокие частоты пульсаций, а работая в таких неблагоприятных условиях быстрее изнашиваются.
И конечно просачивание помех от источника питания в звуковой сигнал. Есть два доступных пути для помех: первый — это проникновение по линиям электропитания, а второй — электромагнитные волны.
Электромагнитные волны (даже излучаемые трансформатором) можно исключить из этого списка, например, с помощью экрана, поэтому их относительно легко устранить. Хуже с помехами, проникающими по проводу — и фильтр, описанный в этой статье, можно успешно использовать для их устранения.
Представленный фильтр не идеален. Впрочем, для несложных построений он отлично подходит.
Схема фильтра подавления ВЧ помех
Вот китайская принципиальная схема:
Плата имеет размеры 78 x 43 мм и высоту около 35 мм. Он не большой, но тоже занимает немного места в корпусе БП или УМЗЧ.
Кроме использования в ИБП, производитель задумал его как фильтр помех, возникающих в электросети автомобиля (заводские радиоприемники и усилители, предназначенные для автомобилей, уже имеют нечто подобное на борту (внутри корпуса). Этот фильтр предназначен для любителей, желающих собрать оборудование для собственной машины.
Результат измерения напряжения перед фильтром (для питания усилителя):
А после фильтра (ток не превышал допустимого тока фильтра — 2 А), где фильтр был подключен к блоку питания с 50 см провода сечением 1 мм2):
Как видите, эффект весьма впечатляющий.
Сама плата сделана аккуратно — двухсторонний текстолит с большими медными полями, по которым течет ток, имеет большие поверхности, а клеммы подключения позволяют соединять достаточно толстые провода. Единственное, к чему есть сомнения, так это к отсутствию монтажного клея. Это необходимое усиление — особенно катушек фильтра, намотанных на тороидальные сердечники, их единственное крепление — выводы обмоточного провода — довольно тонкие, около 0,6 мм. При вибрациях он точно сломается быстрее, особенно для автомобиля. Впрочем, это можно легко пофиксить с помощью горячего клея.
Плата универсальная — на одну и ту же производитель монтирует фильтры на разные токи, а значит и другие элементы (особенно индуктивные).
И, наконец, основной недостаток этого фильтра — цена. Для нескольких элементов данного типа она кажется несколько чрезмерной (почти 1000 рублей) — радиолюбитель может заиметь все элементы по цене сгоревшего компьютерного блока питания. Понятно, что не каждый новичок был бы в состоянии рассчитать необходимые индуктивности, но в любом случае, взяв за основу эту конструкцию от китайцев, можно попробовать её повторить с нуля.
