Устройство защиты акустических систем на базе схемы А. Котова. Универсальное, простое, надёжное

Существует множество вариантов зашиты АС от постоянного напряжения, щелчков при включении и выключении. Самые совершенные из них собраны на микроконтроллерах, управляют большим числом каналов, имеют дополнительные функции, например — датагорский кит Project-004 «Gatekeeper» (сервисный блок УМЗЧ, защита АС, включение одной кнопкой, управление вентиляторами и пр.)

Удобны, функциональны и малогабаритны так же устройства на специализированных микросхемах. К сожалению, они не всегда доступны, их доставка по почте может занять много времени.

Мне стало интересно — какая схема из дискретных элементов проста, дёшева, функциональна и нуждается в минимальной настройке. Наиболее отвечающую, на мой взгляд, этим требованиям схему, предлагаю вашему вниманию.
Поскольку статья рассчитана в основном на начинающих радиолюбителей, я постараюсь подробно описывать даже простые вещи.

↑ Прототип защиты АС — схема А. Котова

На первый взгляд, есть широкий выбор схем, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что они имеют недостатки — много деталей, дефицитные детали, низкая чувствительность, необходимость настройки, работоспособность в узком диапазоне напряжений питания и т. п.

Наиболее подходящей оказалась схема защиты А. Котова.

Однако, и эта схема не лишена недостатков:
 — нет быстрого отключения АС при выключении усилителя,
 — строго определенное напряжение питания,
 — весь потребляемый ток протекает через светодиод,
 — режим работы с «оторванной базой» VT10.
Кроме того, нет диаграммы напряжений и рекомендаций по настройке, нет рисунка печатной платы.

↑ Усовершенствованная схема устройства защиты акустических систем

Эти недостатки легко устранимы, вот доработанный мной вариант.

Сохранена и продолжена нумерация деталей схемы А. Котова.
Хочу отметить достоинства и особенности схемы:
 — задержка включения составляет оптимальные 4 секунды, определяется цепочкой R5C3,
 — цепь D5R8R9C4 при выключении из сети позволяет быстро обесточить реле и отключить АС,
 — после срабатывания защиты (отключении реле), конденсатор С3 разряжается быстро, а заряжается через резистор R5 медленно, поэтому не будет быстрых хаотичных переключений,
 — устройство работает в широком диапазоне напряжений, от напряжения срабатывания реле (и плюс 2 В) до 36 В (предел для TL431),
 — практически единственный резистор, требующий подбора — R7 служит для погашения избыточного для реле напряжения, номиналы остальных резисторов могут отличаться в несколько раз и не требуют замены в широком диапазоне напряжений питания,
 — все элементы, кроме TL431, работают при очень малых токах, что обеспечивает высокую надежность,
 — применение TL431 обеспечивает ключевой режим работы реле,
 — напряжения на конденсаторах кроме С4 очень малы, не более 2,5 В, что позволяет использовать емкости на низкие напряжения, поэтому я испытал вариант с одиночными полярными конденсаторами С1 и С2 на низкое напряжение,
 — годится любой светодиод (лучше яркий) т. к. ток через него задается резистором,
 — чувствительность очень высока (порядка 1 В), ее лучше загрубить, для этого на плате предусмотрены площадки под SMD резисторы (на схеме серым цветом).

↑ Собственный БП

Если запитать УЗ от основного БП усилителя (как у А. Котова), при выключении сети, реле не отпустит сразу из-за больших емкостей БП и возможен щелчок, треск и т. п. Здесь же из-за очень малой ёмкости С4 = 1-4,7 мкФ реле отпускает сразу.

Можно взять переменку с трансформатора основного БП УНЧ, тогда возможно придется изменить делитель R8R9, чтобы снизить напряжение.

Для «универсальности» данной схемы нужен блок питания с маломощным трансформатором с низким напряжением вторичной обмотки. Я использовал трансформатор ~230/12 В, мощностью 2 ВА. Блок питания выполнен на плате той же ширины, что и узел защиты, их удобно разместить на одной плате.

Наличие отдельного блока питания позволяет использовать узел защиты с любым усилителем, в том числе с макетируемым, что особенно удобно т. к. АС подвергаются повышенной опасности именно в этом случае.

↑ Применённые детали и настройка

Установлено реле «OMRON G2R-2» на 12VDC в прозрачном корпусе. Это сделано не случайно — хотя оно имеет габариты большие, чем у аналогичных в неразборном непрозрачном корпусе, его можно открывать и чистить контакты. Рекомендую при использовании неразборного реле, заранее осторожно распилить его корпус так, чтобы крышку с него можно было бы снимать и ставить на место. Особенно советую в случае б/у реле.

Герметичные реле обычно меньше по размерам, поэтому легко устанавливаются с минимальными доработками печатной платы. Поскольку я расположил реле и зажимы с винтовыми клеммами достаточно плотно, при повторении платы надо убедиться в идентичности размеров зажимов, в противном случае чуть-чуть подкорректировать печатную плату. Можно обойтись без зажимов, это даже надежнее, но неудобно, особенно при настройке макетов усилителей.

При отсутствии ошибок в монтаже и исправных деталях, схема начинает работать сразу, надо только рассчитать резистор ограничения тока через обмотку реле.
Например, питание +18 В, реле на 12 В сопротивлением 280 Ом. Рабочий ток реле 12 В/280 Ом = 43 мА.
Погасить надо 18В − 12В − 2В (падение напряжения на открытом TL431) = 4 Вольта.
4 В / 43 мА = 100 Ом. Мощность резистора 43 мА х 4 В = 170 мВт, т. е. нужен резистор от 0,25 Вт и выше. На плате этот резистор «стоит», это сделано, чтобы можно было ставить резисторы разных габаритов и с запасом по мощности до 2 Вт.

Все диоды, кроме шунтирующего обмотку реле, практически любые маломощные, надо только не забыть, что маркировка полоской на корпусе диодов КД522 и других советских, обратная импортной маркировке.

При проблемах в работе, в первую очередь надо проверить правильность установки деталей, особенно диодов, транзисторов и TL431. Затем проверить качество паек (у меня плохо паялись выводы диодов), для этого надо хорошо промыть плату и осмотреть пайки с лупой (или с хорошим глазом).
Затем проверить режимы по постоянному току, напряжения на базах транзисторов должны соответствовать указанным на схеме ± 0,1 В.

Поскольку среди начинающих любителей есть страсть к гигантомании и усилителям мощностью в сотни Ватт и с напряжением питания усилителей порядка ± 50 В, надо помнить, что чем больше мощность усилителя, тем большие токи протекают через контакты реле, при высоких напряжениях возрастает вероятность возникновения дуги между разомкнутыми контактами реле.

В этом случае на данной плате может быть установлено любое реле с одной группой контактов, это реле будет промежуточным и управлять другим, более мощным реле с контактами, рассчитанными на бОльший ток и с увеличенным расстоянием между разомкнутыми контактами. К этому мощному реле можно будет подвести провода бОльшего сечения.

Универсальность данного узла защиты со «своим» питанием и в том, что его можно подключить к выходам мостового (как правило, повышенной мощности) усилителя. Общий провод соединяют не с общим проводом усилителя, а с одним выходом усилителя, а один вход узла защиты со вторым выходом мостового усилителя.

При установке узла защиты в готовую конструкцию, надобность в отдельном блоке питания отпадает (для обычного, не мостового усилителя).

↑ Итого

Я сделал два экземпляра — с обычными резисторами и SMD, плата позволяет это сделать. Впечатления от устройств очень хорошие. Длину платы можно уменьшить на 1…2 см, особенно с резисторами SMD, но я предпочитаю широкие дорожки, позволяющие неоднократно перепаивать детали и прощающие смещения при сверлении отверстий; достаточные промежутки между дорожками.

Не надо забывать, что подобное устройство защищает только НЧ-головки от постоянных напряжений и все головки от переходных процессов в усилителе, в том числе при выходе усилителей из строя и не защищает ВЧ-головки при перегрузках и возбуждении усилителей. Вместе с тем, данное схемное решение позволяет подключать датчики перегрева, ограничения (клиппирования), возбуждения для сохранности всех головок АС.

Кроме того (что используется в ряде усилителей) можно управлять подключением к выходу усилителя одной или несколькими пар АС с помощью переключателя на лицевой панели усилителя, при этом не надо пропускать сильноточные сигнальные цепи через данный переключатель.

↑ Файлы

Печатную плату в формате LAY прилагаю.
🎁ASsmd.zip  19.07 Kb ⇣ 412

Спасибо за внимание!

↑ Добавки от читателей

17/10/2021 Камрад Дмитрий (Aknodik) повторил конструкцию с небольшими вариациями. Применил питание блока защиты от трансформатора УМЗЧ.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации