Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Nízkofrekvenčný spínaný zosilňovač veľkého výkonu

číslo 10/2002

Hlavní články

Nízkofrekvenčný spínaný zosilňovač veľkého výkonu

doc. Ing. Jaroslav Dudrík, CSc., doc. Ing. Jozef Ondera, CSc., Ing. Peter Višnyi, CSc.,
katedra elektrických pohonov a mechatroniky, FEI TU v Košiciach,
Ing. Pavol Rindoš, Ing. Peter Lenhardt, Telegrafia s. r. o.

Fakulta elektrotechniky a informatiky Technické univerzity v Košicích představuje na poli elektrotechniky Slovenské republiky významné středisko aplikovaného výzkumu. Vzhledem k univerzálnosti časopisu ELEKTRO, a tudíž ke stále funkčním vazbám na slovenské elektrotechniky, si dovolujeme čtenářům předložit článek, který se opírá o uplatnění výzkumného úkolu zpracovaného katedrou elektrických pohonů a mechatroniky v konkrétní praxi. Přestože využití výsledného produktu – nízkofrekvenčního zesilovače velkého výkonu – je směrováno spíše do oblasti zvukové techniky, jeho konstrukční část, měření, vyhodnocování a celkový postup řešení vycházejí výlučně z oblasti měničové „silnoproudé“ techniky. Přestože článek svým obsahem nezasahuje zcela přesně okruh „obvyklých“ čtenářů našeho časopisu, může svou informační hodnotou přispět k všeobecnému přehledu té části elektrotechnické veřejnosti, kterou časopis ELEKTRO pravidelně oslovuje. Pro doplnění informace uvádíme, že podobnou tematikou se v sedmdesátých letech v rámci tehdejších možností úspěšně zabýval podnik Tesla Hloubětín.

Príspevok popisuje vlastnosti a princípy riešenia zosilňovača veľkého výkonu pracujúceho v spínacom režime. Zosilňovač je určený pre elektronické sirény s celkovým sínusovým výkonom 300 až 1 200 W. Zariadenie pozostáva z dvoch typov meničov, ktoré sú osadené výkonovými tranzistormi Mosfet. Sú tu uvedené základné namerané parametre zosilňovača, blokové zapojenie a skúsenosti získané pri prevádzke sirén.

1. Úvod

Nízkofrekvenčné zosilňovače veľkých výkonov sú určené na ozvučenie veľkých priestorov. Požadované hodnoty výkonu dodaného do reproduktorov môžu dosahovať hodnoty stoviek wattov až jednotiek kilowattov. Pri konštrukcii zosilňovačov veľkých výkonov má rozhodujúci význam dosiahnutie dobrej účinnosti zariadenia a odvod stratového tepla z výkonových polovodičových súčiastok zosilňovača. Pri použití klasických zapojení výkonových zosilňovačov nie je možné ani pri maximálnom vybudení prekročiť teoretickú hranicu účinnosti 78,5 %. Pri menších vybudeniach je účinnosť zosilňovača ešte nižšia. Vhodnou cestou pri riešení problému strát a účinnosti zosilňovačov je konštrukcia zosilňovačov pracujúcich v spínacom režime. V súčasnosti sa takéto riešenia využívajú pre veľké i malé výkony v tých aplikáciách, v ktorých sa vyžadujú malé straty. S výnimkou najväčších výkonov sa spínané zosilňovače bežne konštruujú aj ako integrované obvody. Pre výkony nad 300 W je však typická konštrukcia zosilňovača využívajúca diskrétne prvky.

Tento príspevok sa zaoberá technickým riešením a vlastnosťami nízkofrekvenčného spínaného zosilňovača. Zosilňovač je určený pre poplašné zariadenie ako elektronická náhrada klasickej sirény, súčasne je však určený aj pre zosilnenie rečového signálu.

2. Technické požiadavky na riešenie výkonového nízkofrekvenčného zosilňovača

Zosilňovač bol riešený na základe požiadaviek pre potreby elektronických sirén, ktorými je modernizovaný systém civilnej ochrany na Slovensku. Každá siréna je vybavená dvomi zosilňovačmi, z ktorých každý je navrhnutý na trvalý sínusový výkon 320 W. Elektrický výkon jedného zosilňovača je spracovávaný v dvoch paralelne zapojených tlakových reproduktoroch s vysokou citlivosťou, vzájomne pootočených v horizontálnej rovine. Každý reproduktor má ohmický odpor 8 W, takže paralelne zapojená dvojica reproduktorov vytvára menovitý zaťažovací odpor zosilňovača 4 W.

Na rozdiel od zosilňovačov pre hudobné aplikácie má daný zosilňovač nižšie požiadavky na kvalitu zvuku, na druhej strane však má vyššie požiadavky na energetickú účinnosť, keďže sa predpokladá jeho napájanie zo záložného zdroja – akumulátorovej batérie. Frekvenčný rozsah zosilňovača je zámerne obmedzený zdola aj zhora, takže pokrýva len tú časť akustického pásma, v ktorom je ľudské ucho najcitlivejšie a ktoré má vplyv na zrozumiteľnosť reči. Požadované technické parametre zosilňovača boli stanovené zadávateľom úlohy nasledovne:

  • menovitý zaťažovací odpor: 4 W,
  • maximálny trvalý sínusový výkon: 320 W pri frekvencii 1 kHz,
  • frekvenčný rozsah zosilňovača: 250 až 5 000 Hz/–3 dB,
  • celkové harmonické skreslenie: <10 %,
  • požadovaná účinnosť: ł80 %,
  • napájacie napätie: jednosmerné 18 až 28 V,
  • teplota okolia: –20 až +40 °C.
Obr. 1.

Okrem toho sa požadovala ochrana zosilňovača proti skratu medzi výstupnými svorkami, ochrana zosilňovača proti tepelnému preťaženiu, proti atmosférickým prepätiam, ochrana reproduktorov proti náhodnému vzniku jednosmernej zložky napätia.

3. Technické riešenie a funkčné bloky zosilňovača

Principiálne zapojenie celého zosilňovača včítane napájacej časti a záťaže je na obr. 1. Technické riešenie je založené na použití dvoch spínaných meničov. Prvý z nich je zvyšovací impulzový menič, ktorý vytvára stabilizované jednosmerné napätie 65 V z jednosmerného napätia batérie. Druhý z nich je striedač, ktorý premieňa jednosmerné napätie 65 V na výsledné striedavé napätie, zodpovedajúce vstupnému signálu zosilňovača. Zvyšovací impulzový menič predstavuje blok napájania zosilňovača, striedač predstavuje koncový stupeň zosilňovača. Výkonové spínače oboch meničov sú umiestnené na spoločnom chladiči s ventilátorom, takže vytvárajú jeden konštrukčný celok.

Blok napájania (1) zabezpečuje zvýšenie a stabilizáciu napájacieho napätia akumulátora na hodnotu, pri ktorej je zosilňovač schopný dodať do záťaže plný požadovaný výkon. Veľkosť jednosmerného napätia na vstupe striedača vyplýva z požiadavky dosiahnuť takú veľkosť napätia na ohmickej záťaži 4 W, aká odpovedá maximálnemu požadovanému sínusovému výkonu. Teoretická hodnota napájacieho napätia, odpovedajúca plnému vybudeniu striedača so zanedbaním úbytkov napätia na spínačoch, je asi 50 V. S ohľadom na vytvorenie určitej rezervy napätia bola zvolená veľkosť vstupného napätia pre striedač 65 V.

Obr. 2.

Z hľadiska zapojenia je blok napájania jednokvadrantovým zvyšovacím impulzovým meničom. Obsahuje jeden výkonový tranzistor, ktorý je riadený signálom PWM. Riadiace impulzy pre tranzistor vyrába špeciálny riadiaci obvod, ktorý pôsobí ako regulátor napätia. Za normálnych podmienok blok napájania vytvára 65 V pri napätí batérie od 18 do 28 V. Blok napájania ako súčasť zosilňovača sa významnou mierou podieľa na celkových stratách a celkovej účinnosti zosilňovača. Z hľadiska výkonových strát bloku napájania, ako aj životnosti batérie, najnepriaznivejšia situácia nastáva pri poklese napätia akumulátora na jeho dolnú hranicu, pretože pri nezmenenom výkone bloku napájania znížené napätie akumulátora je spojené so zvýšeným vstupným prúdom.

Koncový stupeň zosilňovača (2) pracuje na princípe modulácie PWM konvenčného impulzového meniča s mostíkovým zapojením výkonových spínačov. Pozostáva z dvoch komplementárnych dvojíc nízkonapäťových výkonových tranzistorov typu Mosfet. Použitie komplementárnych tranzistorov zjednodušuje príslušné budiace obvody, pretože každá komplementárna dvojica tranzistorov využíva spoločný riadiaci signál z modulátora PWM. Tranzistory pracujú so spínacou frekvenciou 30 kHz. Vďaka tzv. unipolárnemu riadeniu meniča na výstupe striedača vznikajú výkonové impulzy s dvojnásobnou  frekvenciou (60 kHz), ktoré sú modulované nízkofrekvenčným vstupným signálom.

Výstupný výkonový filter zosilňovača (3) má za úlohu potlačiť vysokofrekvenčnú zložku signálu spínaného koncového zosilňovača tak, aby nízkofrekvenčný signál (prúd) cez reproduktor bol čo najmenej zvlnený zvyškovým vysokofrekvenčným signálom 60 kHz. Filter je riešený ako dolnopriepustný filter LC a je ladený na hraničnú frekvenciu asi 12 kHz. Celková indukčnosť filtra je realizovaná dvoma samostatnými feritovými tlmivkami, ktoré oddeľujú reproduktor od záťažných svoriek koncového stupňa zosilňovača, čím sa vytvárajú predpoklady pre možnosti ochrany zosilňovača proti skratu výstupných svoriek filtra navzájom i oproti zemi. Okrem samotného filtra LC sa na výstupnej filtrácii významnou mierou podieľa aj indukčnosť reproduktora.

Obr. 3.

Kvalitu výstupného filtra dokumentuje obr. 2, ktorý znázorňuje snímané výstupné napätie striedača pred filtrom LC a odpovedajúci vyfiltrovaný prúd náhradnej záťaže. Tieto priebehy boli snímané pri vybudení zosilňovača na plný výkon 320 W pri frekvencii 1 kHz.

Modulátor koncového stupňa (4) generuje dva samostatné šírkovo impulzne modulované signály pre jednotlivé komplementárne dvojice koncových tranzistorov. Ako modulátor je použitý špeciálny integrovaný obvod. Generovanie výstupných signálov je založené na porovnávaní symetrického pílovitého signálu s frekvenciou približne 30 kHz s dvomi navzájom opačnými nízkofrekvenčnými signálmi, ktoré vstupujú do modulátora.

Vstupný predzosilňovač (5) slúži na zosilnenie a úpravu vstupného nízkofrekvenčného signálu a na výrobu odpovedajúcich dvoch navzájom opačných nízkofrekvenčných signálov pre modulátor. Vstupné napätie, pri ktorom nastáva plné vybudenie modulátora, charakterizuje citlivosť zosilňovača. Toto napätie sa dá manuálne nastaviť na 0,75 až 1,5 V. Na vstupe predzosilňovača je oddeľovací kondenzátor, ktorý spolu so vstupným odporom zosilňovača vytvára hornopriepustný filter pre potlačenie frekvencií nižších ako 200 Hz. Vstupný predzosilňovač má dva stupne. Prvý stupeň slúži ako aktívny dolnopriepustný filter tretieho rádu s medznou frekvenciou 7 kHz, druhý stupeň vytvára dva rovnako veľké vzájomne opačné nízkofrekvenčné signály pre modulátor. Výstupný signál prvého stupňa prechádza cez obmedzovač okamžitej hodnoty napätia, ktorý ochraňuje koncový stupeň pred premodulovaním príliš veľkým vstupným signálom, pri ktorom by bola narušená korektná činnosť koncového stupňa. Pri neprimerane veľkých signáloch obmedzovač spôsobuje obmedzenie a tvarové skreslenie výsledného signálu, pričom výstupný výkon zosilňovača môže dosiahnuť až 400 W. Tento jav nastáva typicky v krátkodobých výkonových špičkách pri zosilňovaní hudobného signálu a reči už pri priemernom výkone rádu desiatok wattov a nemusí byť pozorovateľný sluchom. Trvalé vybudenie zosilňovača do stavu obmedzenia pri periodickom poplašnom signále, ktoré by mohlo tepelne zničiť reproduktory, sa dá vylúčiť vhodným nastavením veľkosti vstupného signálu a citlivosti zosilňovača.

Obr. 4.

Činnosť obmedzovača je zrejmá z obr. 3, ktorý znázorňuje stav trvalého obmedzenia vstupného sínusového signálu pri vybudení zosilňovača na výstupný výkon 400 W pri frekvencii 1 kHz. Obrázok znázorňuje snímané výstupné napätie striedača pred výkonovým filtrom LC a snímaný prúd náhradnej záťaže.

4. Ochranné obvody zosilňovača

Okrem funkčných blokov, znázornených na principiálnej blokovej schéme, zosilňovač obsahuje ochranné obvody (blok 6), ktoré nie sú potrebné z hľadiska normálnej funkcie zosilňovača, ale sú nutné kvôli ochrane zosilňovača a reproduktorov v prípade niektorých poruchových stavov.

Nadprúdová ochrana koncového stupňa chráni koncový stupeň zosilňovača proti zaťaženiu neprimerane nízkou impedanciou a proti skratu medzi výstupnými svorkami zosilňovača navzájom, ako aj medzi výstupnými svorkami a zemou. Ochrana pracuje na princípe snímania prúdu, odoberaného koncovým stupňom z napájacieho zdroja 65 V. Pri prekročení kritickej hodnoty odoberaného prúdu zablokuje modulátor, čím sa koncový stupeň vyradí z činnosti. Na opätovné obnovenie normálnej činnosti je potrebné zosilňovač vypnúť a potom zapnúť. Zosilňovač je vybavený logickým vstupom pre zapínanie a vypínanie, ktorým sa dá systém uviesť do neaktívneho stavu so zanedbateľným prúdom odoberaným z batérie.

Činnosť nadprúdovej ochrany pri skrate medzi výstupnými svorkami zosilňovača dokumentuje obr. 4. Je na ňom zobrazené snímané výstupné napätie striedača pred filtrom LC a snímaný výstupný prúd za filtrom LC. Skrat nastáva zhruba pri vrchole sínusovky prúdu a napätia záťaže, keď aj kondenzátor filtra LC je nabitý na maximálne napätie. Z obrázku je zrejmé, že menič je zablokovaný s veľmi malým oneskorením po vyvolaní skratu, ktorého okamih odpovedá skokovému nárastu výstupného prúdu v dôsledku skratového vybíjania kondenzátora filtra LC. Zákmity skratového prúdu sú spôsobené rezonanciou vybíjaného kondenzátora s parazitnou indukčnosťou obvodu skratu. Filtračné tlmivky spomaľujú nárast skratového prúdu tranzistorov koncového stupňa, čo priaznivo vplýva na činnosť nadprúdovej ochrany.

Obr. 5.

Obr. 5 znázorňuje analogickú situáciu pri vyvolaní skratu jednej výstupnej svorky zosilňovača oproti zemi. V tomto prípade však skratový prúd nemá zákmity, pretože na skratovom prúde sa priamo nepodieľa kondenzátor filtra LC. Tento druh skratu je nebezpečnejší ako skrat medzi výstupnými svorkami navzájom, pretože nárast skratového prúdu tranzistorov koncového stupňa je spomaľovaný len jednou tlmivkou.

Nadprúdová ochrana napájacej časti je založená na snímaní prúdu hlavného výkonového tranzistora. Táto ochrana spôsobuje obmedzenie snímaného prúdu na určitú maximálnu hodnotu. Pri neprimerane veľkom odoberanom prúde z napájacieho zdroja táto ochrana spôsobuje znižovanie napätia zdroja až do úplného vyradenia meniča z činnosti, pri ktorom sa na jeho výstupe objaví napätie batérie. Batéria samotná je chránená proti nadprúdu tavnou poistkou.

Tepelná ochrana chráni zosilňovač proti poškodeniu v prípade, že teplota chladiča s výkonovými súčiastkami prekročí kritickú hodnotu. K tomuto stavu by mohlo dôjsť pri prevádzke zosilňovača za extrémnych podmienok, ako je príliš vysoká teplota okolia, porucha chladiaceho ventilátora, pokles napätia akumulátora pod 20 V alebo kombinácia týchto podmienok. K aktivácii tepelnej ochrany dochádza vtedy, ak snímaná teplota chladiča prekročí asi 75 °C. Aktivovaná tepelná ochrana plynulo znižuje výstupné napätie napájacieho bloku s narastajúcou teplotou, čím sa dosiahne zníženie výstupného výkonu a tepelných strát.

Pri znižovaní napájacieho napätia sa proporcionálne zmenšuje veľkosť výstupného napätia zosilňovača, vďaka čomu nedochádza k jeho obmedzeniu a skresleniu. V prípade, ak by sa aj pri zníženom výkone teplota chladiča naďalej zvyšovala, pri teplote asi 80 °C sa zosilňovač vypne. Opätovne do činnosti sa dá uviesť reštartovaním.

Obr. 6.

Činnosť tepelnej ochrany spojená s postupným znižovaním výstupného výkonu je ilustrovaná na obr. 6. Na ňom sú znázornené časové priebehy výstupného výkonu plne vybudeného zosilňovača s počiatočnou teplotou chladiča 20 °C pri rôznych podmienkach chladenia.

Priebeh (1) bol dosiahnutý pri normálnom chladení a pri napätí batérie 24 V. Z obrázka je zrejmé, že za normálnych okolností pri napätí batérie 24 V je zosilňovač schopný dodávať do záťaže plný výkon takmer neobmedzenú dobu. Priebeh (2) bol dosiahnutý pri normálnom chladení a pri napätí batérie 19 V. V tomto prípade sa prejavili zvýšené straty zdroja v dôsledku zvýšeného vstupného prúdu. Výstupný výkon postupne klesal a po niekoľkých minútach sa ustálil na hodnote asi 280 W. Priebeh (3) bol dosiahnutý pri vyradení ventilátora z činnosti a pri napätí batérie 24 V. V dôsledku zhoršenia chladenia sa výstupný výkon po niekoľkých minútach ustálil na hodnote 150 W, ale zosilňovač bol schopný aj za takýchto podmienok trvalej prevádzky. Úplné vypnutie zosilňovača v dôsledku činnosti tepelnej ochrany sa podarilo dosiahnuť len pri vyradení ventilátora a pri napätí batérie 19 V.

Ochrana reproduktora proti jednosmernej zložke napätia má za úlohu zaručiť, aby sa na výstupe zosilňovača za nijakých prevádzkových podmienok neobjavila jednosmerná zložka napätia väčšia ako 2 V. Táto ochrana musí spoľahlivo ochrániť reproduktory aj v prípade úplného poškodenia zosilňovača, pri ktorom by nastalo trvalé vybudenie, alebo prieraz jedného alebo obidvoch tranzistorových spínačov v uhlopriečke mostíka koncového stupňa. Ochrana je riešená prostredníctvom dvoch samostatných obvodov. Malá jednosmerná zložka napätia na výstupe nevznikne vďaka jednosmerné spätné väzbe z výstupov zosilňovača. Prostredníctvom jednosmerného signálu z diferenčného integrátora výstupného napätia zosilňovača je jednosmerný signál na svorkách reproduktora trvalo udržiavaný v blízkosti nulovej hodnoty. V prípade poruchy, ktorú nie je možné eliminovať touto spätnou väzbou, jednosmerná zložka výstupného napätia pri prekročení asi 2 V spôsobí odpojenie výstupu zosilňovača od svoriek reproduktorov pomocou relé.

Obr. 7.

Ochrana proti atmosférickým prepätiam má za úlohu chrániť zosilňovač na výstupe proti prepätiam, ktoré by sa mohli indukovať do prívodného vedenia k reproduktorom v prípade búrkovej činnosti. Výstup zosilňovača je za týmto účelom chránený symetrickými obmedzovacími diódami.

5. Výsledky meraní vlastností zosilňovača

Jedným z najdôležitejších kritérií kvality vyvinutého zosilňovača je jeho účinnosť. Merania účinnosti zosilňovača boli robené pri rôznych veľkostiach vstupného sínusového signálu s frekvenciou 1 kHz pri menovitom napätí batérie 24 V. Popri meraniach celkovej účinnosti h12 zosilňovača bola vyhodnotená aj účinnosť h1 samotného napájacieho zdroja a účinnosť h2 samotného koncového stupňa zosilňovača. Výsledky meraní sú znázornené na obr. 7. Merania ukázali, že v širokom výkonovom rozsahu účinnosť samotného koncového stupňa prekračuje hodnotu 90 % a celková účinnosť zosilňovača včítane napájacieho zdroja pri napájacom napätí akumulátora 24 V prekračuje hodnotu 80 %. Z obrázku je zrejmé, že aj pri malých výkonoch je účinnosť samotného zosilňovača pomerne vysoká, nižšia účinnosť napájacieho zdroja a tým aj nižšia celková účinnosť pri malých výkonoch je spôsobená konštantnou vlastnou spotrebou pomocných napájacích obvodov nevýkonových častí, včítane spotreby chladiaceho ventilátora.

K metodike merania je potrebné poznamenať, že výstupný výkon zosilňovača bol meraný digitálnym wattmetrom na svorkách náhradnej záťaže 4 W. Vstupný výkon odoberaný zo zdroja 24 V bol určený pomocou merania jednosmerného napätia a prúdu, rovnako ako aj výkon prenášaný na výstupe stabilizovaného zdroja 65 V.

Obr. 8.

Meranie výkonovej frekvenčnej charakteristiky zosilňovača ukázalo, že zosilňovač má pomerne vyrovnanú frekvenčnú charakteristiku v rozsahu od 200 Hz do 7 kHz. Na obr. 8 je znázornená zmena zosilnenia DA zosilňovača v závislosti od frekvencie. Zosilnenie je vztiahnuté k referenčnej frekvencii 1 kHz. Pre frekvencie nad 7 kHz zosilnenie zosilňovača prudko klesá k nule v dôsledku použitia aktívneho filtra 3. rádu vo vstupnom zosilňovači. Meranie bolo uskutočnené pri budení vstupným sínusovým signálom s efektívnou hodnotou 0,75 V, ktorému pri frekvencii 1 kHz zodpovedá polovičný výkon zosilňovača.

Meranie celkového harmonického skreslenia THD zosilňovača dokumentuje obr. 9, ktorý zobrazuje závislosť skreslenia od výkonu zosilňovača pri frekvencii 1 kHz. Skreslenie neprekročilo hodnotu 5 % v rozmedzí výkonu 20 až 350 W. Na skreslení v oblasti výkonov väčších, ako je menovitý výkon, sa výraznou mierou podieľa činnosť obmedzovača signálu nf, ktorý zabraňuje premodulovaniu koncového stupňa. Pri malých výkonoch zosilňovača sa prejavuje skreslenie v dôsledku rastúceho podielu zvyškov modulačného vysokofrekvenčného signálu.

6. Konštrukčné riešenie zosilňovača

Obr. 9.

Zosilňovač spolu s napájacím zdrojom je riešený ako jeden konštrukčný celok v podobe zasúvacieho modulu s rozmermi asi 106 × 128 × 170 mm. Siréna je osadená dvoma modulmi. Konštrukčné riešenie modulu zosilňovača je na obr. 10.

Zosilňovač sa skladá z dvoch dosiek – hlavnej dosky rozmeru eurokarty 160 × 100 mm, kde sa nachádza väčšina elektronických obvodov. Na menšej doske rozmeru 100 × 100 mm sa nachádzajú cievky výstupného filtra nf, cievka napäťového meniča a relé, cez ktoré sa pripájajú reproduktory. Šírka modulu zosilňovača je volená tak, aby sa do štandardného devätnásťpalcového roštu zmestili vedľa seba štyri zosilňovače.

Elektronická siréna sa bežne osadzuje dvoma zosilňovačmi – verzia 600 W, alebo štyrmi zosilňovačmi – verzia 1 200 W. Menej často sa vyrába verzia 300 W len s jedným zosilňovačom. Maximálny počet zosilňovačov, ktoré riadiaca logika sirény môže otestovať, je osem.

Elektronická siréna má vonkajšie rozmery 600 × 600 × 350 mm. Vo vnútri skrine sú umiestnené dva akumulátory 65 A·h, čo zaručuje činnosť sirény pri výpadku siete 230 V počas 72 hodín vrátane troch šestiminútových poplachov.

Obr. 10.

7. Záver

Technické riešenie poplašných systémov založené na princípe konvenčných mechanických sirén poháňaných asynchrónnym motorom sa vyznačovalo značnými nedostatkami. Siréna pri výpadku sieťového napätia bola nefunkčná. Okrem toho neumožňovala prenos hlasových informácií. Elektronické sirény, ktoré sa začali používať v posledných rokoch, boli spravidla osadzované výkonovými koncovými stupňami pracujúcimi v lineárnom režime. Toto riešenie sa vyznačovalo vysokým stratovým výkonom, ktorý zvyšoval nároky na chladenie a skracoval prevádzkovú dobu, počas ktorej bolo možné sirénu napájať z akumulátorov.

Navrhnuté riešenie zosilňovača umožnilo znížiť straty sirény a tým zmenšiť hmotnosť a rozmery zariadenia. Znížením strát zosilňovača sa dosiahlo nižšie zaťaženie akumulátora a tým predĺženie doby prevádzky pri výpadku sieťového napájania, popr. možnosť použitia akumulátorov s nižšou kapacitou. Tým sa znížila cena a prevádzkové náklady sirény.

V priebehu jedného roka sa vyrobilo vyše 1 000 zosilňovačov. V prevádzke sa ukázali ako veľmi spoľahlivé. Tým, že obsahujú viaceré účinné ochranné obvody, sa v praxi javia ako „nezničiteľné“. Aj opakovateľnosť výroby je dobrá. Ak sa nevyskytnú chyby pri osadzovaní, zosilňovač je možné v krátkej dobe nastaviť do prevádzkyschopného stavu.

Literatúra:

[1] FAKTOR, Z.: Transformátory a cívky. Praha, BEN – technická literatura 1999.

[2] JURKOVIČ, K. – ZODL, J.: Príručka nízkofrekvenčnej obvodovej techniky. Bratislava, Alfa 1985.

[3] DOBRUCKÝ, B. – ŠPÁNIK, P.: Modelovanie a simulácia výkonových polovodičových štruktúr. ŽU Žilina, EDIS 1999.

[4] SÉGUIER, G. – LABRIQUE: Power Electronic Converters. Berlin, Springer – Verlag 1993.

[5] UNITRODE Application Note: A High Precision PWM Transconductance Amplifier. Power Supply Control Products Data Book, Texas Instruments, 2000.

Článok napísaný s podporou grantového projektu VEGA č. 1/9025/02.