Схема защиты усилителя APM-50AB

Добрый день.

Пока Денис готовит пост о финишной сборке усилителя APM-50AB, я воспользуюсь паузой и отвечу на вопросы про схему защиты примененную в нем.

Как уже отмечено в предыдущих постах, микросхема TDA7294, на базе которой построен усилитель, имеет встроенные защиты от перегрузки по току и от перегрева. Но, к сожалению, не имеет защиты от появления постоянного напряжения на выходе усилителя. А между тем данный вид защиты очень желателен.

Появление постоянного напряжения на выходе усилителя возможно, например, в случае повреждения выходных транзисторов микросхемы (причин тому может быть много) или сбоев в работе петли обратной связи. Последствие такого сбоя, чаще всего, печально -  повреждение динамиков колонок.

Мы, конечно, не могли оставить этот вопрос без внимания и встроили в усилитель защиту. Но сделали это немного не так как обычно. Чаще всего защиту реализуют отключением акустики от усилителя. Мы не могли поступить так же, так как выходных реле у нас просто нет. Вместо этого наша система отключает усилитель от источника питания.

Общая схема включения модуля защиты показана на рисунке:

Трансформатор (точнее его вторичная обмотка), RC цепочка, диодный мост, и конденсаторы C2, C3 - это элементы источника питания. 

Схема защиты питается от напряжений предназначенных для усилителя и управляет контактами K1 и K2, подключая (а в случае аварии отключая) усилитель от источника питания. При этом сама схема подключена к источнику постоянно.

Схема модуля защиты:

Состоит из двух блоков выполняющих разные функции: блок датчика и блок "триггера". Верхний (по рисунку) блок является датчиком появления постоянного напряжения. 

Схема датчика для одного канала выглядит так:

+U и -U - напряжения питания канала усилителя за выходом которого следит датчик. Если питание общее у всех каналов (как в нашем случае), то все датчики объединены. Но с тем же успехом питание для датчиков можно разделить.

Схема очень простая.  На входе стоят RC цепочки для выделения из сигнала постоянной составляющей. Сигнал с фильтра через повторитель подается на оптрон и зажигает его. 

Повторитель можно было сделать и на одном транзисторе, но примененный вариант, имеющий более высокую точность и температурную стабильность, позволил исключить возможность ложных срабатываний из-за температурного дрейфа, и обеспечить симметричность защиты по отношению к знаку постоянного напряжения.

Датчик срабатывает (зажигается светодиод оптрона) при появлении на входе постоянного напряжения свыше 1,5-2В (напряжение зажигания светодиода оптрона)

На выходе повторителя может появиться как положительное так и отрицательное напряжение (относительно общего провода). Светодиод оптрона должен реагировать в любом случае. Проще всего добиться этого используя в схеме двунаправленные оптроны. Но с тем же успехом можно применить и однонаправленные. При этом светодиоды оптронов необходимо включить встречно-параллельно, а выходные транзисторы объединить параллельно.

На каждый канал нужен один датчик. Так как у нас двухканальный усилитель с общим питанием каналов, то имеется два таких датчика с объединенным питанием. Каждый из датчиков подключен к выходу своего канала усилителя.

Сигнал аварии формируемый датчиками является входным для "триггера":

Его задача: по входному сигналу аварии (замыкание транзистора оптрона) отпустить реле, отключив усилители от источника питания, и зафиксировать свое состояние. 

Фиксация нужна для того что бы после отключения питания от усилителя (и исчезновения постоянного напряжения на его выходе) защита сохранила аварийное состояние и не подключила усилитель повторно.

Сам "триггер" собран на транзисторах VT5 и VT6. При открывании любого из них (или шунтировании транзистором оптрона) происходит лавинное открывание обоих транзисторов и блокировки в этом состоянии. Для того что бы не допустить защелкивание защиты  при подаче питания на усилитель, в схему введен конденсатор С5. Он отфильтровывает очень короткие (ошибочные) срабатывания датчиков.

В схему введен стабилизатор  (VT9, VD3, R16). Дело в том что напряжение между +U и -U, для нашего усилителя, составляет примерно 60В. Для оптронов КР3010, используемых в схеме, требуется напряжение ниже. Но если "триггер" питать от дополнительного источника питания (например на 12В), стабилизатор можно убрать:

Вместо итога:

Схемка получилась простая, но гибкая и универсальная. Встраивается почти в любой усилитель. При необходимости ее можно расширить на любое количество каналов, А при изменении типа "датчика" реализовать на ней токовую и тепловую защиты.

С уважением, Константин М