Линейный блок питания для ЦАП Topping D50 и других

Вы купили новый прекрасный ЦАП на просторах китайкой народно республики, вскрываете коробку, а внутри лежит, нечто напоминающее зарядку от телефона.

И это та самая штука, что должна обеспечить ваш ЦАП хорошим питанием, для получения максимального качества звучания?

А есть примеры и более интересные, когда вы открываете коробку с ЦАП Topping D50, а блока питания внутри вообще нет, только указывается, что нужно обеспечить питание 5V 1A и лежит короткий проводок посредством которого вы можете взять питания для ЦАП с USB-порта вашего компьютера.

Качественное питание заметно влияет на качество звучания — такие эксперименты проводил и я — смотрите видеообзор ЦАП SU0 XMOS U8 на AK4490 и конечно же другие любители Hi-Fi.

С хорошим питанием в ЦАП SU0 заметно повышалась ясность звучания.

В тот раз я специально для SU0 соорудил самодельный линейный блок питания, о чем рассказывалось в обзоре ЦАП и его питание .

SU0 требовалось 9 вольт, и это было достигнуто использованием стабилизатора LM7809.

ЦАП SU0 у меня давно уже нет, но возникла проблема с новым ЦАП Topping D50, с которым в комплекте не было никакого блока питания.

Я попробовал разные телефонные зарядки — они ожидаемо звучали удручающе мутно, поэтому решил переделать старый линейный блок питания с 9 на 5 вольт.

Посмотрите на прежнее творение очумелых ручек — часть конденсаторов (шунтирующих) с обратной стороны платы.

А теперь вопрос, что нужно сделать, чтобы переделать этот блок питания с 9 вольт на 5?

Заменить стабилиpатор LM7809 выдающий стабилизированные 9 вольт на стабилизатор LM7805 выдающий стабилизированные 5 вольт.

Работа стабилизатора LM78xx проста — вы подаете на него постоянное напряжение, а на выходе получаете заявленное значение.

Только имейте ввиду, что сам чип LM7805 потребляет от 1 во 2,5 вольт, в зависимости от нагрузки, поэтому можно считать, что для его нормальное работы, чтобы он выдал заявленные точные 5 вольт нужно подать на него напряжение  минимум 5+2 = 7  вольт, а лучше и 8.

R-Core трансформатор лежащий в основе моего линейного хенд-мейд блока питания имел выводы на 9 вольт 0,8А.

Соответственно когда он использовался в линейном блоке питания (ЛБП) на 9 стабилизированных вольт, как это получалось?

Трансформатор выдает 9 вольт, но переменного тока, а стабилизатору LM78xx, да и вашему ЦАП нужен постоянный ток на 9 вольт, поэтому после трансформатора мы должны преобразовать переменный ток в постоянный.

Для этого используется диодный мост, который разруливает положительный и отрицательный ток по разным направлениям, в результате после него мы получаем выпрямленный ток с + и — на конкретных проводах. В результате преобразования переменного тока в постоянный значение напряжения увеличивается на 1,4142 разу. И следовательно скромные 9 вольт переменного тока превращаются в 9*1,4142=12,7 вольт постоянного тока.

Что происходило ранее в ЛБП.

После диодного мостика стабилизатор LM7809 получал 12,7 вольт. 2-2,5 вольта ему нужно было для своей работоспособности, соответственно оставались лишние 12,7 -2,5 (работа LM7809 — 9 вольт стабилизированного) =1,2 вольт, а учитывая, что сила тока 0,8 А, то это была мощность в 1,2*0,8=0,96 или 1 ватт, которые рассеивались в воздух через радиатор. 1 ватт — это мало, и используемый радиатор был чуть теплый.

Но посмотрите, как изменилась задача — в существующей схеме мы хотим заменить лишь чип LM7809 на LM7805.

Что произойдет?

Посчитаем.

Теперь 12,7 вольта трансформатора будет потрачено на 2,5 вольта работы + 5 вольт стабилизированного питания итого:

12,7 — 5 -2,5 = 5 вольт * 0,8= 4 ватт

Теперь нужно будет рассеивать уже 4 ватта тем же радиатором.

И здесь уже я столкнулся с тем, что радиатор стал греться так сильно, что я с трудом мог держаться за него больше 30 секунд.

Я решил, что запас прочности работы стабилизатора заложен высокий, поэтому пусть греется, а «итак сойдееет!»

В результате  через небольшое время — несколько дней на попытку включения ЦАП Topping D50 я не увидел приветственных надписей, ЦАП не включался. Я замерил ЛБП и ожидаемо обнаружил, что напряжение на его выходе нет — блок питания сломался.

Я посмотрел в закромах на предмет нахождения более мощного радиатора и нашел радиатор, который когда-то охлаждал транзистор в усилителе Вега У-122С, но попытка засунуть его в тонкий корпус от CD-ROM оказалась неудачной.

Так как повторить конструкцию не составляет никаких сложностей, я решил сделать все с нуля в корпусе от компьютерного блока питания.

А раз так, то и трансформатор я взял другой — ТПП-261.

В нем можно было объединить пару обмоток по 2,6 вольта 0,475 А.

Я объединил последовательно две обмотки 19-20 и 21-22 получив 2,6+2,6=5,2 вольт переменного тока, но посчитал, что и сила тока двухкратно увеличится до 0,475+0,475 =  0,95.

Это НЕВЕРНО.

При последовательном соединении обмоток (конец одной обмотки соединяем с началом другой, а напряжение снимаем с краев объединенной обмотки) напряжение обмоток суммируется, но сила тока остается неизменной.

В итоге я получил 5,2 вольта но с все теми-же 0,475А, а для Topping D50 нужно 1А (хотя и на 0,8А работало).

Есть другой трюк — параллельное соединение обмоток — тогда при параллельном соединении обмоток (они должны быть одинаковые, на одинаковое напряжение) напряжение не изменяется, а вот  сила тока суммируется. Как видите, такого варианта, чтобы и напряжение и ток суммировались одновременно нет, или то, или другое.

Эту ошибку я не сразу понял, а собрал блок питания, замерил — ЛБП выдавал 4,8 вольта. Да, немного меньше 5, но у LM78хх есть определенная погрешность точности, а может и напряжение немного не хватило, ведь:

5,2в*1,4142=7,35 вольта.

7,35 — 2,5 на работу чипа-5=-0,146

Как видите, конструкция получилась ошибочной.

Я включил Topping D50, он заиграл, и довольно хорошо, но через 30-60 секунд вдруг выключился.

Я снова включил — та же история.

Я не понял проблемы, ибо ошибочно считал, что сила тока 0,95А и решил, что используемый трансформатор не совсем исправен.

Поэтому я подобрал другой, еще менее мощный (а для ЦАП больших мощностей и не требуется) — ТПП-247, зато более маленький и аккуратный, вообще проигнорировав силу его тока, ослепленный парой обмоток с требуемым в сумме напряжением 2,59+2,58=5,17 вольта.

А вот сила тока была лишь 0,223А и как вы понимаете, последовательное соединение обмоток 19-20 + 21-22 увеличивало (суммировало) лишь напряжение, но не ток.

В итоге я собрал снова линейный блок питания — замерил напряжение на выходе мультиметром и получил 4,8 вольта.

Подключил к Topping D50 и ЦАП даже не захотел включаться и тут то, что-то и щелкнуло в моей голове и я посмотрел на силу тока, которая была в 5 раз ниже требуемой.

Сила тока — это работа, которую можно выполнить, но в данном случае такой хилый работник был неспособен включиться даже слабенький по потреблению ЦАП.

В третий раз, устав уже разбирать свой хендмейд блок питания, и жадничать, я взял уже приличный трансформатор ТПП-268.

Сила тока этого источника питания 1,62А, с запасом для Topping D50.

Я объединил обмотки последовательно 19-20 + 21-22 и получил 5,12 вольта или 5,12*1,4142=7,24 вольта выпрямленного тока.

Итого на выходе получилось опять 4,8 вольта.

Включив Topping D50 я наконец смог спокойно слушать его в качестве, а блок питания не грелся.

Я думаю, кто-то сейчас скажет — фу-фу-фу использовать LM78xx, нормальные люди делают на транзисторах и тд.

На самом деле есть разные подходы, цель которых — получить стабилизированное питание.

LM78xx прекрасно подходит для случаев, когда потребителю нужен ток в пределах 1 Ампера. Даташит указывает, что максимум 1,5А для LM78xx.

Т.е. очень большое количество устройств будут отлично работать с LM78xx и «лучше» им не нужно.

А что такое «лучше» — давайте разберемся.

Смотрите — вы радиолюбитель-производитель, решили выпускать линейный блок  питания.

Вы его делаете на LM7805 для 5 вольт 1А.

Но новый заказчик просит вас ЛБП на 9 или 12 вольт.

И вы паяете новые радиокомопоненты на плату + приходится  думать о тепловыделении, о перекоммутации обмоток трансформатора и тд, и в какой-то момент вы решаете отказаться от такого варианта ради универсальности.

Вы ставите транзистор и используете другую схему, и теперь вы можете подстроечным резистором задавать нужное напряжение, но вы при этом, раз уж универсальность, и радиатор и трансформатор ставите с запасом на большие значения, а значит покупатель будет просто переплачивать за универсальность, которая ему не нужна до кучи оплачивая и избыточно мощный трансформатор и радиатор и более емкие конденсаторы получая в  итоге тот-же результат.

Главный плюс транзисторных схем линейного блока питания — возможность дать потребителю большую силу тока.

Если ваше устройство требует 2-3-5А, то LM78xx вам просто не подойдет по параметрам — он стабилизирует ток с силой не более 1-1,5А.

Можно ли улучшить использованную мной схему линейного блока питания — конечно. Добавить ЕМИ-фильтр, перекоммутировать вторичные обмотки дав немного больше запаса по напряжению и тд — здесь уже наступает элемент творчества.

Но если вы не радиолюбитель и хотите получить блок питания, на который не страшно смотреть и встретив его в темноте вы не обделаетесь, то прекрасным решением будет покупка линейного блока питания в Китае — там все будет красиво и хорошо — заводские платы, красивые корпуса, дисплеи с подсветкой, но и цена будет не 3 копейки, как у самоделки — тут уже выбирать вам.