Время неумолимо движется вперед. В системах счастливых аудиофоилов появляются новые Macmini серий M1…M4, для которых требуются новые, усовершенствованные линейные блоки питания.

Почему так? Дело в том, что для этих моделей требуется линейный блок питания довольно высокой мощности ~ 150W, при этом выходное напряжение осталось прежним = 12V – то есть требуемый ток, который блок питания должен легко и непринужденно отдавать в нагрузку, должен быть не менее 12,5A. Ну и еще такая “мелочь” как распайка разъема шлейфа блока питания – она тоже изменилась.

Если с разъемом и шлейфом все более-менее ясно –

То с требуемым током нагрузки все не так однозначно. 🙂 Стандартное прямое решение вроде высококачественного интегрального стабилизатора тут не подойдет, требуется более сложная схема. Помимо этого, если предполагается непрерывная работа линейного блока питания без отключения и “отдыха” – то требуется применить ряд обязательных конструктивно-технологических решений – пассивные радиаторы охлаждения значительной площади, монтажные проводники с сечением не менее расчетного из чистых материалов (медь 99.99, серебро), топология монтажа, учитывающая тепловое взаимодействие элементов и очень надежные разъемы, расчитаные на долговременное прохождение по контактам постоянного тока величиной не менее 15A.

С разъемом легче всего – Neutrik SpeakOn подходит идеально – номинальное рабочее напряжение до 250V AC с постоянным током нагрузки на контакт 30A RMS – и да, это надежные и удобные разъемы.

Со схемой – несколько сложнее. Из линейных стабилизаторов, расчитанных на большой ток нагрузки широко известны два основных решения – с интегральным стабилизатором и мощными регулирующими транзисторами NPN или PNP типа. Схемы таких “мощных” блоков питания широко гуляют по просторам интернета и, как правило, содержат критические ошибки перерисовки, делающие их совершенно неработоспособными. Казалось бы – схема из пяти деталей – какие могут быть ошибки? – А они есть. Собственно, обсуждение таких схем обычно начинается с вопроса типа – “я собрал, а оно почему-то не стабилизирует – подскажите, что мне делать?” 🙂

Мой личный опыт со схемами линейных стабилизаторов напряжения восходит к 80-м годам прошлого века, к блокам питания для микропроцессорных систем на ИС KP580ВМ80A, ИМ1821ВМ85А (советские аналоги Intel 8080 и Intel 8085). В общем, уже в те стародавние времена было совершенно очевидно, что конфигурация “интегральный стабилизатор + эмиттерный повторитель + общая ОС по напряжению с выхода” имеет худшую температурную стабильность и менее быструю реакцию на ступенчатое изменение нагрузки, чем вариант “резистор – датчик тока + мощный регулируемый источник тока параллельно интегральному стабилизатору напряжения”. Таким образом, схемотехническое решение очевидно:

Несколько слов о принципе работы схемы.

Максимальный ток нагрузки линейного стабилизатора напряжения LM1084- Adj = 5A. Если нагрузка не потребляет ток, то “группа” транзисторов T1 – закрыта. Как только нагрузка начинает потреблять ток, то он протекает через резистор R1 и IS1, который стабилизирует напряжение на нагрузке. Когда ток, потребляемый нагрузкой, достигает такой величины, что падение напряжения на резисторе R1 будет около 0.8V, начнет приоткрываться “группа” транзисторов T1 и часть тока нагрузки будет протекать как через IS1, так и через нее, при этом IS1 все так же продолжит стабилизировать напряжение на нагрузке. Со стороны нагрузки динамическое внутреннее сопротивление “группы” T1 составляет десятки килоом, то есть фактически T1 работает как регулируемый источник тока и он никак не мешает работе стабилизатора напряжения IS1. Ток, при котором T1 подключается параллельно IS1 задается номиналом R1. Выбор значения этого тока в некоторой степени является “know-how” разработчика, но на схеме есть подсказка – направления и примерные значения тока через выводы T1. Резисторы R2 нужны для “выравнивания” характеристик параллельно соединенных транзисторов группы T1. Если T1 только один, то R2 не нужен и его можно заменить проволочкой 🙂 Исходя из характеристик транзисторов 2N2955 и реальных возможностей радиаторов корпуса, я выбрал максимальный долговременный рабочий ток через каждый транзистор = 5А, таким образом для тока нагрузки 12…15A в “группе” T1 необходимо применить 3 транзистора, соединенных параллельно. Учитывая, что максимальный ток нагрузки стабилизатора LM1084-Adj = 5A, максимальный допустимый долговременный ток нагрузки может достигать 20A. А учитывая предельные параметры 2N2955 (Vcev = -70V, Ic = -15A), в защите транзисторов при превышении тока нагрузки нет необходимости, обычного предохранителя вполне достаточно.

Блок питания собран в алюминиевом корпусе размером 240x250x90 mm с боковыми сторонами – радиаторами, дополнительный внешний СLC фильтр (FilTeR) расположен внутри корпуса Macmini, на месте его “родного” блока питания. FilTeR я приобрел готовый с шлейфом и разъемом питания, схемотехнических особенностей он не имеет. Трансформатор блока питания изготовлен на заказ, его мощность около 200W.

Несколько фото –

Основные характеристики блока питания:

• Номинальное выходное напряжение при номинальном токе нагрузки = 12V
• Номинальный ток нагрузки <= 15A
• Максимальный долговременный ток нагрузки <= 20A
• Максимальный пиковый (t=~ 0.1C) ток нагрузки = 25A, при превышении этого тока срабатывает плавкий предохранитель и напряжение на выходе блока питания становится = 0. Для восстановления работоспособности требуется замена предохранителя, при необходимости допускается применение предохранителя меньшего номинала, например 15A.
• Диапазон изменения выходного напряжения при изменении тока нагрузки от 0A до номинального <= 0.5%
• Коэффициент подавления пульсаций входного напряжения, не менее = 60dB (~1000)
• Уровень шума на выходе (в диапазоне частот 10Hz…10kHz), в % от выходного напряжения, не более = 0.003%, это уровень шума без учета его дополнительного подавления внешним многозвенным СLC фильтром, расположенным в корпусе macmini, коэффициент подавления помех этим фильтром (согласно заявлению разработчика) не менее 20dB 

Апрель 2025 г.Владивосток