przetwornica car-audio + jaki dławik?

witam! mam zamiar zrobić przetwornicę pod wzmacniacz tda7294 12V -> 2*35V 200W (avt2732 schemat na dole). przeczytałem kilka postów i zauważyłem że kolega Roman proponuje wpiąć dławik na wyjściu. w tym miejscu chciałbym powiedzieć że nie chciałbym aby ten post stał się kolejnym polem bitwy o sensowność stosowania dławików.

chciałbym się spytać o parametry dławika jaki mam zastosować. czy ma to być skompensowany na rdzeniu toroidalnym czy może lepiej dwa oddzielne? jaką ma mieć indukcyjność i jaki prąd maksymalny? to pytanie szczególnie kieruję do kolegi Romana gdyż zauwazyłęm że ma dużą wiedzę na ten temat.

z góry dziękuję za wszystkie odpowiwedzi!

Odróżnijmy dwie sprawy: dławik skompensowany stosuje się do eliminacji zakłóceń wspólnych - najczęściej po stronie wejścia zasilania. W takim zastosowaniu strumienie magnetyczne pochodzące z pożądanej energii znoszą się.
W przetwornicach wielonapięciowych dławik wyjściowy jest tak podłączony, że strumienie sumują się i dławik działa również jak transformator. Tylko w takim przypadku napięcia wyjściowe się nie rozjeżdżają w zalezności od obciążenia. Przy podłączeniu jak dławik skompensowany wspólna stabilizacja napięć byłaby niemożliwa.

Stosowanie dwóch oddzielnych dławików również uniemożliwia uzyskanie w pełni symetrycznego napięcia.

Liczenie dławika sprzężone jest bardzo trudne. Przede wszystkim bardzo trudno o _konkretny_ algorytm. Jedno, co jest pewne: ilość zwojów ma być proporcjonalna do napięć na poszczególnych wyjściach. W przypadku przetwornic z wyjściowym napięciem symetrycznym problem się rozwiązuje, bo napięcia są równe - czyli ilość zwojów też jest równa.

Ponieważ nigdy nie udało mi się dotrzeć do źródeł na temat liczenia indukcyjności dławików sprzężonych, działam trochę po omacku i stosuję indukcyjność taką, jaką stosowałbym dla pojedynczego napięcia i to działa.

Do liczenia indukcyjności dławika (i przy okazji transformatora) w przetwornicy przeciwsobnej najprościej uzyć strony: http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps_e/vgw_smps_e.html pamiętając, że liczy ona transformator dla pojedynczego uzwojenia pierwotnego oraz pojedynczego uzwojenia wtórnego. Trzeba też pamiętać o tym, że strona ta liczy transformatory bardzo ostrożnie, zakładając ciągłą pracę z pełną mocą przetwornicy.

Jak użyć tej strony? Przede wszystkim trzeba określić zakres napięć wejściowych, uwzględniając wszelkie spadki napięcia - na przewodach, na tranzystorach kluczujących, ewentualnych rezystorach kontroli prądu. W przypadku zasilania z samochodowej instalacji bezpieczną wartością minimalną jest 10V. Jako maksymalną przyjmujemy 14.4V.
Jako napięcie wyjściowe podajemy jedno z napięć, czyli dla przetwornicy 2*35V będzie to 35V. Jako prąd wyjściowy - prąd szczytowy wzmacniacza. Jesli go nie znamy, to bezpiecznie będzie przyjąć iloraz przyjętego napięcia (jednego!) i znamionowej impedancji obciążenia. Przy założonym napięciu 2*35V i impedancji obciążenia wzmacniacza 4 om prąd szczytowy przyjęty do obliczeń wyniesie 8.75A.
Jak łatwo policzyć, moc obliczeniowa przetwornicy wyniesie 35V * 8.75A = ok. 300W co jest zazwyczaj sporą przesadą ale dobrym punktem wyjścia.

Kolejny punkt to założenie częstotliwości pracy. Ja wychodzę z założenia, że lepiej użyć większego rdzenia i mniejszej częstotliwości pracy niż męczyć się z szukaniem strat w nieudanej przetwornicy. Oczywiście częstotliwość pracy musi leżeć ponad pasmem akustycznym. Załóżmy częstotliwość 30 kHz. Klikamy na 'Calculate' i uzyskujemy wartość dławika: ok. 60 uH. Po kliknięciu na 'Coil data' uzyskujemy propozycję użycia na dławit rdzenia ETD39, ze szczeliną 1 mm.

I wszystko fajnie - mamy policzoną przetwornicę o nadmiernej mocy (w rzeczywistości aż takiej nie potrzebujemy) i dławik. Jak to teraz wszystko pogodzić?
Najwięcej zależy od tego, jaką pojemność zastosujemy na wyjściu przetwornicy. Są dwie szkoły:

1. Używanie małej pojemności wyjściowej - składowa wolnozmienna, wynikająca z sygnału akustycznego (sygnał akustyczny większość energii niesie w niskich tonach) musi być w pełni przeniesiona przez dławik i transformator - nie możemy zmniejszyć wielkości transformatora.

2. Używanie dużej pojemności - składowa wolnozmienna staje się w praktyce średnim prądem pobieranym przez wzmacniacz - możemy użyć mniejszego transformatora. Ale kłopotliwy staje się start przetwornicy - bezwzględnie trzeba stosować układ soft-start, który łagodnie naładuje kondensatory wyjściowe po włączeniu, bez puszczenia z dymem tranzystorów kluczujących.

Co ciekawe - w obu przypadkach nie zmienia się wielkość dławika wyjściowego. W układzie z małą pojemnością wyjściową występuje wyższy prąd szczytowy (ale i tak nie wyższy niż policzyliśmy) tylko na jednym uzwojeniu dławika a w układzie z dużą pojemnością prąd płynie przez oba uzwojenia dławika ale jest on znacznie niższy (w idealnym układzie: dwukrotnie). Czyli w żadnym przypadku nie nastepuje nasycenie dławika.

Na razie tyle.

super wykład wiele się dowiedziałem. wielkie dzięki!!!

myślałem że dławik skompensowany to taki gdzie na jeden rdzeń toroidalny jest nawiniętych kilka zwojów.

częstotliwośc tej przetwornicy to 40kHz. planowałem pod nią podłączyć 2 wzmacniacze więc wpisałem wartość prądu 17,5A. dławik wyszedł mi 22uH. jeśli nie wiemy z jakim głośnikiem będzie pracował wzmacniacz to lepiej zamontowac dławik który posauje pod głośnik 4 czy 8 ohm?

w takim przypadku jakim drutem musiałbym nawinąć dławik? zwoje w tym samym czy w przeciwnym kierunku? jak mam je nawinąć? jedno obok drugiego czy jedno na drugim?

stronka jest świetna a czy znalazłby się taki kalkulator do przeliczenia wszystkiego dla dławików nawiniętych na zwoju toroidalnym? np na takim jak bym mógł wyciągnąć z zasilacza do kompa.

Rozumiem, że ma to być klasyczny wzmacniacz stereo? TDA7294 nie da rady przy 4 omach i 2*35V _stabilizowanego_ napięcia (a w przetwornicy z dławikiem napięcie wyjściowe musi być stabilizowane) - przegrzeje się. Radziłbym zmniejszyć do 2*30V a nawet do 2*28V.

Nawijanie dławika sprzężonego - najpierw trzeba oszacować, jaki prąd średni będzie płynął w każdej gałęzi. Dla jednego TDA7294 można bezpiecznie przyjąć średni prąd przy pełnej mocy, w każdej gałęzi = 2A. W przypadku wzmacniacza stereofonicznego będzie to 2*2A. Przy nawijaniu na rdzeniu toroidalnym można zupełnie spokojnie przyjąć gęstość prądu rzędu 5A/mm^2 - teoretycznie wystarczy drut 1 mm. Ale pozostaje zjawisko naskórkowości - przy 40 kHz prąd wnika w drut na głębokość ok. 0.35 mm czyli, żeby nie wprowadzać dodatkowych strat należałoby zastosować drut o średnicy 0.7 mm. Taki drut ma dwukrotnie mniejszy przekrój niż drut 1 mm, czyli należy zamiast jednego drutu użyć dwóch.
Ponieważ nawijamy dławik sprzężony dla dwóch napięć - nawijamy go łącznie 4-ma drutami 0.7 mm równocześnie. Po nawinięciu należy rozpoznać końce drutów i połączyć w dwie grupy.
W ten sposób uzyskujemy dławik z dwoma uzwojeniami. Dla napięcia dodatniego początek łączymy z mostkiem a koniec z kondensatorami a dla napięcia ujemnego koniec drugiego uzwojenia do mostka a początek do kondensatorów.

Co do nawijania na rdzeniu proszkowym z zasilacza AT/ATX - problemem jest nieznajomość danych tego rdzenia. Na dokładkę indukcyjność dławika nawijanego na rdzeniu proszkowym jest silnie zależna od składowej stałej prądu płynącego przez dławik, co dość skutecznie utrudnia proste określenie parametrów. Jeśli nie dysponujesz oscyloskopem, miernikiem indukcyjności i układem do badania zachowania rdzeni (np. AVT2382) - daruj sobie nawijanie na rdzeniu proszkowym - zbyt duża loteria.
Jeśli jednak jesteś odważny, to możesz zaryzykować i przyjąć, że rdzeń proszkowy ma współczynnik AL = 50 nH/zw^2, czyli dla uzyskania indukcyjności 22 uH potrzebujesz sqrt(22000/50) = 21 zwojów. Pamiętaj, że przy nawijaniu rdzeni jako jeden zwój liczy się przejście drutu przez otwór w rdzeniu a nie ilość pełnych opleceń rdzenia - stąd nie ma mowy o połówkach zwoju
W praktyce: bierzesz 4 kawałki drutu 0.7 mm (możesz je delikatnie skręcić dla wygody i nawijasz. Po nawinięciu masz z jednej strony 4 końce - łączysz po dwa a z drugie strony, przy pomocy omomierza - lokalizujesz własciwe końce i też łączysz po dwa.

Jeśli nie jesteś tak odważny - patrzysz co podpowiedziała stronka i używasz dławika na rdzeniu ferrytowym o znanych parametrach. Ilość drutów i sposób połączenia - tak samo jak dla rdzenia proszkowego. Ilość zwojów - zgodnie z podpowiedzią stronki. Nie zapomnij o szczelinie - jeśli masz rdzeń bez szczeliny - możesz zastosować przekładkę pomiędzy połówkami rdzenia o grubości równej połowie podanej w tabelce.

Sprawa transformatora też jest istotna. To, co policzylismy w pierwszym kroku liczyliśmy dla danych szczytowych. Czyli mniej-więcej dwukrotnie zawyżając moc transformatora. Chcąc uzyskać informacje o rzeczywistych parametrach transformatora musimy mu podać rzeczywiste dane. Wcześniej założyliśmy średni prąd na jedną gałąź równy 2A, czyli liczymy transformator dla napięcia wejściowego w zakresie 10 - 14.4V i wyjsciowego 28V oraz prądu 8A. Przy częstotliwości 40 kHz strona proponuje rdzeń ETD44.

Ponieważ jest to przetwornica push-pull z odczepem oraz wyjściem symetrycznym, to proponowane ilości zwojów mnożymy * 2 a przekroje dzielimy /2.
Czyli uzwojenie pierwotne powinno mieć 2 * 4 zwoje a wtórne 2*13 zwojów.
Przekrój uzwojenia pierwotnego powinien wynieść 3.74 mm^2 a wtórnego 1.33 mm^2. Już wiemy, że nie możemy użyć drutu grubszego niż 0.7 mm. Przekrój jednego drutu o średnicy 0.7 mm wynosi ok. 0.4 mm^2 (dokładniej: 0.385 mm^2). Na uzwojenie pierwotne potrzebujemy 10 drutów. Ponieważ jednak obie połówki uzwojenia należy nawijać równocześnie - uzwojenie pierwotne trzeba nawijać garścią 20 drutów 0.7 mm.
W przypadku uzwojenia wtórnego postępujemy podobnie - ale już mniejszą garścią drutów - wystarczy 2*4 druty, czyli razem 8 drutów.

Podobnie jak było to w przypadku dławika - trzeba wyprowadzenia drutów podzielić na grupy - w przypadku pierwotnego - po 10 drutów a w przypadku wtórnego - po 4 druty. Jeden z końców uzwojenia pierwotnego łączymy z drugim początkiem pierwotnego uzyskując w ten sposób odczep. Podobnie czynimy z uzwojeniem wtórnym.

Oczywiście należy bardzo uważać, żeby nie pomyliły nam się druty należące do różnych połówek - przed łączeniem połówek należy sprawdzić omomierzem, czy nie ma zwarcia między połówkami, co świadczyłoby o pomyłce. Taka pomyłka oznacza zwarcie na transformatorze, ze wszelkimi tego skutkami.

Lojalnie uprzedzam: bardzo rzadko udaje się nawinąć dobrze transformator za pierwszym podejściem. Zazwyczaj uzwojenia nie chcą się mieścić a nawijanie garścią drutów kojarzy się z pracą Syzyfa.

Opisany powyżej sposób postępowania przy obliczaniu transformatora jest sposobem zakładającym jak najbardziej poprawne policzenie transformatora, zgodnie ze wszelkimi kanonami, przy założeniu, że wzmacniacz stale pracuje przy pełnej mocy. W warunkach rzeczywistych można znacznie oszczędzić pamiętając o tym, że średnia moc pobierana przez wzmacniacz jest nawet kilkakrotnie mniejsza od mocy maksymalnej a transformatory są przeciążalne.
Dlatego też w rzeczywistych konstrukcjach stosuje się mniejsze rdzenie, grubsze druty i mniejsze przekroje uzwojeń czyli mniejszą ilość drutów.

Ja zazwyczaj stosuję rdzeń o numer mniejszy czyli w tym wypadku zastosowałbym rdzeń ETD39 i tak liczę ilość drutów, żeby możliwie najdokładniej wypełnić dostępne miejsce.

Natomiast absolutnie nie wolno oszczędzać na dławiku - wejście dławika w nasycenie oznacza gwałtowny spadek indukcyjności i zupełną utratę pożądanych właściwości.

jeszcze raz bardzo dziękuję za wyczerpująca odpowiedź za kilka tygodni będę robił tą przetwornicę więc jak by jeszcze było coś nie tak to napiszę.

pozdrawiam!!