В далеком 1996 году я прочел интервью с Владимиром Шушуриным из Lamm Audio в журнале «Аудиомагазин», и в нём запомнилось упоминание о запуске усилителя мощности без аварийных токов при заряде огромных емкостей. Идея заряда банок через балластный резистор, шунтируемый реле, оказалась востребована совсем недавно: занявшись сочинением транзисторных схем в классе А с емкостями в десятки и сотни тысяч мкФ, я столкнулся с огромными пусковыми токами, при которых в полный рост возникает проблема надежности и безопасности.

Смакетив несколько схем, я вышел на три варианта, с которыми мы сейчас и познакомимся.

СОФТ-СТАРТ – ПОЛОВИНА ДЕЛА

Принцип всех трёх схем один: при пуске зарядный ток конденсаторов фильтра питания ограничивается балластным резистором, и они плавно заряжаются до некоторого уровня, после чего балластный резистор перемыкается контактами реле и конденсаторы быстро дозаряжаются до полного значения уже небольшим током.

Напряжение в точке срабатывания реле выбирается исходя из напряжения питания и рабочего напряжения реле. Например, реле на 24 В срабатывает при 17 В, отпускает при 5 В. И 17 — 20 В достаточно для дозаряда емкостей без токовых ударов. Затем напряжение питания возрастает до нормы, реле получает свое нормальное напряжение на катушке, лишний ток ограничен гасящим резистором.

Схема №1

Питающая емкость С1 заряжается от выпрямителя Br1 через балластный резистор R1, шунтированный лампой накаливания, служащей индикатором нормального включения либо аварии на выходе выпрямителя.

После заряда емкостей до уровня срабатывания реле Rel1 его контакты шунтируют балластный резистор, и напряжение на емкости достигает расчетного. Бросок тока при включении в сеть задан мощностью трансформатора и берется с обычным запасом, соответствующим этой мощности. Предохранитель на входе моста исключает повреждение силового трансформатора при выходе из строя диодного моста.

В норме заряд емкости в 33 — 47 тыс. мкФ происходит за 2 — 3 секунды. Лампочка при этом коротко вспыхивает и гаснет, а её свечение может говорить об аварии на выходе выпрямителя, скажем, коротком замыкании или резко завышенном токе потребления.

Приступим к реализации идеи софт-старта по замыслу Владимира Шушурина (схема №2).

Схема №2

Резистор R1 750 Ом 10 Вт ограничивает пусковой ток по сети до 100 — 200 мА, что в пересчете на ток вторичной обмотки составит примерно 1 — 2 А.

Резистор R3 в нагрузке выпрямителя имитирует ток покоя усилителя мощности, примерно 100 мА, для подбора реле по уверенному срабатыванию в точке переключения и уточнению номинала балластного резистора R1.

Т.е. мы грузим выпрямитель на резистор, отбирая небольшой ток, а напряжение на выходе при этом ниже нормы, и реле обязано четко срабатывать на замыкание. В макете реле на 24 вольта срабатывало при напряжении выпрямителя 15 — 17 В, отпускало при 5 В. Дозаряд емкостей фильтра от 15 — 17 В до полных 30 — 32 В происходит совершенно спокойно, самый тяжелый момент разряженных емкостей пройден.

Как показали измерения, стартовое напряжение на первичной обмотке силового трансформатора плавно нарастает от нуля до 200 В за пару секунд и остается на этом уровне без срабатывания реле. Напряжение на выходе питания 28 В. Ток первичной обмотки в начале заряда — 100 мА, в конце заряда 40 мА. Бросок тока при срабатывании реле не более 100 мА.

Для полноты картины в цепь первичной обмотки ставились предохранители на 160, 250 и 300 мА, при срабатывании реле не было и намека на разогрев их нити. Это означает, что теперь бросок тока через первичную обмотку не зависит от случайностей типа остаточной намагниченности тороидального сердечника, приводящей к мощным броскам тока через первичку. Тревожно мигающие лампы освещения тому свидетели.

Теперь можно ограничиться предохранителем в первичной цепи, рассчитанным лишь на ток максимального отбора по питанию, пересчитанный в первичную обмотку. Для этого измерен её ток при кратковременной нагрузке вторичной обмотки током в 7 А. Тестер в первичной обмотке показал ток 0,7 А. Можно ставить предохранитель на 1 А, а по вторичной обмотке аварийный ампер на 5 — 7, в зависимости от мощности усилителя. И с безопасностью выпрямителя у нас вроде бы получилось, да и сетевой тумблер теперь можно применить без особых требований к контактам.

Осталось решить проблему плавной подачи тока в катушку реле в обеих схемах, что не вполне идейно правильно, затягивание времени срабатывания увеличивает нагрузку на контакты реле, особенно стоящего по сети. Такое решение мы сейчас рассмотрим.

Завершим поиск хорошей схемы софт-старта, подсказанной Владимиром Шушуриным в далеком 1996 году, несложным узлом, позволяющим исключить участок нечеткого срабатывания реле при плавном нарастании напряжения на его катушке (Схема 3).

Схема №3

По сути, это триггер Шмитта с гистерезисом, уменьшающим порог неопределенности срабатывания до мизерных значений, и позволяющий выставить напряжение срабатывания реле в широких пределах. Зачем — скажу позже. Схема эта есть в книге Хоровица и Хилла «Искусство схемотехники», заработала сразу и без сюрпризов.

С питанием 30 В, как указано на схеме, порог срабатывания транзистора Т1, измеренный на его базе относительно общего минуса, составляет 10 В, порог отпускания реле 7, 8 В. Гистерезис (разница между напряжением срабатывания и отпускания) составляет 2,5 В. Емкость С1 в базе входного транзистора устраняет дребезг при плавном нарастании измеряемого напряжения.

Резистором R1 можно настраивать точку срабатывания реле примерно от 10 до 30 В, что очень удобно. Но есть одна неприятность.

Представим, что мы включаем в сеть усилитель класса А с током покоя в канале, скажем, 2 А и емкостями питания по 100 — 200 тыс. мкФ. Балластный резистор по сети, ограничив ток на выходе выпрямителя, изрядно просадит само питание, и для срабатывания реле его уже не хватит. Выхода два. Либо применить заведомо низковольтное реле, вольт на 12, запитав его от стабилизатора, либо сделать отдельный блок с индивидуальным маломощным выпрямителем вольт на 30, применив данную схему. без изменений. Реле лучше всего применить из бесперебойников, его особенность, как подсказали бывалые, большой разнос между контактами, исключающий возникновение дуги. Для большей надежности, в каждый провод первичной обмотки силового трансформатора включается свой отдельный контакт реле, их там обычно две отдельные группы.

В макете было использовано реле на 24 В от ИБП с омическим сопротивлением катушки 1,2 кОм и током 20 мА. В настоящее время собирается макет на базе 12-вольтового реле Takamisawa на 60 мА чтобы обойтись без отдельного питания триггера. Данное устройство будет применено в уже работающем усилителе А класса и позволит изящно решить проблему пускового тока.

Вот как выглядит итоговая, универсальная схема плавного пуска, которая была опробована на макете и показала отличные результаты.

Успехов!