Giới thiệu Mạch bảo vệ loa cho amply
Mạch bảo vệ loa cho amply là thứ cần phải có. Nếu bộ khuếch đại bị lỗi, làm cho thiết bị đầu ra bị đoản mạch, khiến đầu ra chuyển sang đường tín hiệu điện cung cấp này hoặc đường tín hiệu điện khác. Điều này sẽ gây ra hư hỏng cho loa và một cuộn dây nói.
Nhiệm vụ khó khăn hơn khi ở tần số cao, vì chúng có cuộn dây nhỏ hơn nhiều với khối lượng nhiệt rất nhỏ, do đó, thiệt hại có thể gần như ngay lập tức. Tuy nhiên, trong hệ thống có bộ phân tần thụ động, không DC nào có thể nhận được (các) trình điều khiển HF vì có một tụ điện mắc nối tiếp. Đối với trình điều khiển tần số thấp, chúng tôi có thể đặt giới hạn tùy ý có lẽ là 50ms, cho phép toàn bộ công suất ở 20Hz, nhưng sẽ ngắt kết nối loa nếu tín hiệu vẫn ở điện áp đầy đủ lâu hơn. Thật không may, nó không hoàn toàn đơn giản và có nhiều yếu tố khác cần được giải quyết.
Bộ khuếch đại BTL (tải gắn cầu) gây ra các vấn đề bổ sung, vì về mặt lý thuyết, một bộ khuếch đại có thể ‘chuyển sang DC’ trong khi bộ khuếch đại kia tiếp tục hoạt động. Mặc dù bộ khuếch đại sẽ không tồn tại được lâu (bộ khuếch đại ‘hoạt động’ sẽ hỏng sớm hơn là muộn), nó có thể tồn tại đủ lâu để phá hủy loa. (Bảo vệ loa bộ khuếch đại BTL một nguồn) là giải pháp cho điều này, nhưng nó được thiết kế để lắp đặt bên trong khung amp – sẽ rất khó để làm cho nó hoạt động như một thiết bị bên ngoài vì nó yêu cầu đất và đường cung cấp DC. Các thiết kế được trình bày ở đây có thể bảo vệ loa khi được sử dụng với bộ khuếch đại như vậy, nhưng nó không được đảm bảo.
Với các mạch được thiết kế tốt và tính năng bảo vệ lỗi dòng DC bên trong được tích hợp trong hầu hết các bộ khuếch đại chất lượng cao, có vô số ví dụ về thiết kế kém gần như đảm bảo hỏng hóc tại một số thời điểm trong vòng đời của bộ khuếch đại. Việc đánh giá thấp mức tiêu tán đỉnh của các thiết bị đầu ra là không phổ biến trong hầu hết các dịch vụ thương mại, nhưng vẫn còn rất nhiều ví dụ về bộ khuếch đại chưa được xem xét kỹ lưỡng. Chúng có thể không có mặt trên thị trường lâu và một số sẽ bị lỗi. Sau khi sửa chữa, chủ sở hữu có thể quyết định rằng nó không đáng giữ lại, đặc biệt là nếu nó đã cố gắng phá hủy những chiếc loa trị giá hàng trăm đô la khi nó chết. Chủ sở hữu mới sẽ không biết về điều này và quá trình này có thể dễ dàng lặp lại.
Đã có một số bằng sáng chế được cấp trong những năm qua cho hệ thống bảo vệ ‘bộ khuếch đại được cấp nguồn’, nhưng một số bị sai sót nghiêm trọng [ 1] trong khi các bằng sáng chế khác tốt nhất được coi là một khái niệm. Có rất nhiều yếu tố phụ thuộc và không có giải pháp ‘một kích thước phù hợp với tất cả’. Các mạch được mô tả ở đây có thể càng đơn giản càng tốt để tạo ra chúng, phù hợp với khả năng thực hiện công việc được yêu cầu. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là nó sẽ bảo vệ bất kỳ trình điều khiển nào khỏi bất kỳ bộ khuếch đại nào, vì điều đó yêu cầu nguồn điện cung cấp điện áp cố định đã biết để cung cấp năng lượng cho mạch.
Bảo vệ độc lập – Mạch bảo vệ loa cho amply
Nếu chúng ta thử một mạch không dựa vào bất kỳ thứ gì khác ngoài đầu ra của bộ khuếch đại công suất, mọi thứ sẽ trở nên phức tạp. Nếu không có nguồn điện riêng, mạch phải dựa vào bất cứ thứ gì được cung cấp bởi bộ khuếch đại. Miễn là đó là tín hiệu AC (dù là sóng sinewave hay âm nhạc), thiết bị bảo vệ không được phản ứng theo bất kỳ cách nào. Nếu bộ khuếch đại bị lỗi và đầu ra DC (một cơ chế hỏng hóc không quá phổ biến nhưng rất nguy hiểm), loa phải được ngắt kết nối. Điều này cần phải xảy ra càng nhanh càng tốt, nhưng các mạch có để bỏ qua tất cả mọi thứ đó là không một lỗi. Điều này rất khó, đặc biệt nếu tín hiệu tần số rất thấp được phép đi qua bộ khuếch đại. Vì lý do này, luôn phải sử dụng bộ lọc thông cao, hạn chế biên độ củabất kỳ thứ gì dưới tần suất quan tâm thấp nhất.
Hệ thống cần được thiết kế để xử lý điện áp đầu vào có thể lớn nhất (AC và DC), nhưng vẫn phải hoạt động nếu loa được bảo vệ được sử dụng với bộ khuếch đại nhỏ hơn. Bởi vì điện áp thấp hơn, sẽ mất nhiều thời gian hơn để phản ứng, nhưng cả hai nên cân bằng hợp lý để ngăn ngừa sự cố cuộn dây thoại. Cuối cùng, đó là một hành động cân bằng – tốc độ phát hiện so với điện áp cho phép và giới hạn tần số thấp. Mặc dù thật dễ dàng để nói rằng tất cả các hệ thống PA / tăng cường âm thanh công suất cao nên sử dụng bộ lọc thông cao, nhiều người không sử dụng và tùy thuộc vào ‘chuyên gia âm thanh’ để giữ mọi thứ trong giới hạn cho phép.
Một lỗi phổ biến với nhiều mạch bảo vệ được công bố là rơle được nối dây không chính xác. Với điện áp DC trên 30V, không thể tránh khỏi việc các tiếp điểm sẽ bị dập khi mở và nếu hồ quang vẫn tiếp diễn (điều này xảy ra với nguồn DC 70V), thì không có bảo vệ nào cả. Điều này được mô tả một số chi tiết trong bài báo Dự án 33 và điều đó cũng cho thấy cách đấu dây chính xác cho rơ le. Bắt buộc các tiếp điểm rơ le ngắn loakhi được kích hoạt, vì điều này cho phép rơle ‘tan chảy’ gần như hoàn toàn (do phóng điện hồ quang) trong khi vẫn bảo vệ tải. Cần phải cẩn thận để đảm bảo rằng các điểm tiếp xúc không làm ngắn mạch bộ khuếch đại, vì điều đó sẽ chỉ gây thêm hư hỏng. Có, amp đã bị lỗi, nhưng không có lý do gì để gây ra thiệt hại nặng hơn nếu có thể tránh được.
Như đã lưu ý ở trên, một thứ cần có trong mọi hệ thống tăng cường âm thanh (nhưng thường bị thiếu) là bộ lọc thông cao. Có rất ít hệ thống có thể xử lý tần số dưới 30Hz hoặc hơn, và một bộ lọc dốc loại bỏ mọi thứ dưới 25Hz là một khoản đầu tư đáng giá. Một ví dụ là Project 99 , một bộ lọc 36dB / quãng tám được thiết kế đặc biệt để loại bỏ các tín hiệu ‘cận âm’. Các trình điều khiển căng thẳng này và (nếu có) sử dụng nguồn dự trữ có giá trị trong bộ khuếch đại và gây ra các chuyến du ngoạn hình nón không mong muốn mà không đóng góp gì cho âm thanh tổng thể. Việc sử dụng một bộ lọc như vậy nằm ở khoảng giữa ‘rất khuyến khích’ và ‘bắt buộc’ nếu một trong hai mạch được mô tả ở đây được sử dụng.
” Các mạch được mô tả không đảm bảo để bảo vệ trình điều khiển loa khỏi bộ khuếch đại bị lỗi trong tất cả các điều kiện lỗi có thể xảy ra. Trong khi mọi sự cẩn thận đã được thực hiện để đảm bảo rằng bản thân các mạch hoạt động như mô tả, có thể có một số trường hợp gây ra kích hoạt sai ( ví dụ: công suất tần số rất thấp quá mức ). Hệ thống phải luôn bao gồm các bộ lọc thông cao để đảm bảo rằng các tần số dưới 20-30Hz bị suy giảm nhanh chóng.Rơ le vẫn là ‘liên kết yếu nhất’ và với các bộ khuếch đại có công suất rất cao, nó có thể không thể ngăn hoàn toàn DC làm hỏng (các) loa. Điều này đặc biệt đúng nếu rơle bị lỗi bên trong do hồ quang. Việc triệt tiêu hồ quang đặc biệt khó khăn khi điện áp cung cấp lớn hơn 30V DC (mức tối đa điển hình được trích dẫn cho hầu hết các rơ le thông dụng). Cân nhắc sử dụng hai bộ tiếp điểm nối tiếp cho điện áp nguồn cao (bất kỳ thứ gì trên ± 35V). Không sử dụng tiếp điểm thu nhỏ ‘tiêu chuẩn’, nhưng hãy nhắm đến loại có tiếp điểm hạng nặng và khoảng hở tiếp xúc rộng rãi (0,8mm là mức tối thiểu được đề xuất).”
Không thực tế khi mong đợi bất kỳ hệ thống bảo vệ nào để bảo vệ các trình điều khiển được kết nối khỏi bị hư hại trong tất cả các tình huống có thể thấy trước (hoặc không lường trước được). Phạm vi của bộ khuếch đại là rất lớn, một số bao gồm hệ thống bảo vệ bên trong, nhưng nhiều bộ thì không. Phạm vi điện áp nguồn cung cấp cũng rất lớn, từ amps BTL (tải mắc cầu) cơ bản với nguồn cung cấp ± 35V (khoảng 200W thành 8Ω), cho đến bộ khuếch đại Class-D (chuyển mạch) với điện áp cung cấp lên đến ± 100V. If (khi) một bộ khuếch đại BTL thất bại, sự thất bại thường gặp nhất sẽ là một trong khuếch đại mà thôi, và trong khi nó là về mặt lý thuyết có thể cho amp khác để tiếp tục công việc ‘bình thường’, đó là khó xảy ra trong thời gian dài (nhiều hơn một vài giây hoặc lâu hơn ).
Cả các mạch cho thấy có thể xử lý một tình huống mà ở mức độ cao AC tín hiệu điện áp và một DC bù đắp có mặt cùng một lúc. Mạch Hình 1 sẽ kích hoạt nếu thành phần AC của tín hiệu kết hợp có tần số cao hơn nhiều so với tần số cuộn tự nhiên của bộ lọc và / hoặc ở biên độ tương đối thấp. Ví dụ: một thử nghiệm với tín hiệu AC đỉnh 30Hz, 25V cùng với bù DC 35V cho thấy rằng nó sẽ hoạt động, nhưng nó không phải là thứ tôi muốn dựa vào! Phiên bản đơn giản thể hiện trong Hình 2 sẽ không kích hoạt trong cùng điều kiện.
Một bộ dò DC được tích hợp trong bộ khuếch đại công suất sẽ (hoặc phải) luôn hoạt động đáng tin cậy, bất kể tín hiệu được áp dụng là gì, vì mỗi kênh (của bộ khuếch đại BTL) có thể được giám sát độc lập. Điều này không thể xảy ra với mạch ngoài không có tham chiếu nối đất cố định và phải dựa vào tín hiệu từ bộ khuếch đại để có thể hoạt động.
Cả hai thiết kế được hiển thị ở đây đều được thiết kế để hoạt động với tần số tối thiểu là 20Hz. Không yêu cầu hoạt động của bất kỳ bộ tăng cường âm thanh hoặc bộ khuếch đại hi-fi công suất cao nào dưới mức đó và nếu có năng lượng đáng kể ở tần số rất thấp (<20Hz), các mạch có thể kích hoạt sai. Điều này sẽ tạo ra các quá độ rất khó chịu, với biên độ quá đủ để làm hỏng loa tweeter hoặc trình điều khiển nén. Lý tưởng nhất là không nên sử dụng mạch trong bất kỳ hệ thống nào sử dụng giao nhau thụ động.
Mô tả dự án, Phiên bản 1
Không có nhiều thứ cho mạch này, nhưng hoạt động của nó phức tạp hơn so với lúc đầu. Ngay cả một sai sót nhỏ với dây rơ le cũng có thể gây tử vong cho bộ khuếch đại, vì vậy nó phải được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi sử dụng. Về cơ bản có ba phần riêng biệt, mạch phát hiện DC, nguồn cung cấp (bắt nguồn từ điện áp sự cố) và mạch điều khiển rơle. Rơ le ngắt kết nối loa khỏi bộ khuếch đại và làm ngắn các đầu nối của loa. Để phát hiện DC nhưng bỏ qua tín hiệu âm thanh cần có bộ lọc và điều này là nguyên nhân gây ra phần lớn thời gian trễ giữa lỗi xuất hiện và ngắt kết nối tải. Nếu nó là tức thời, rơ le sẽ liên tục mở và đóng các tiếp điểm theo âm thanh được áp dụng.
Việc cung cấp điện tương đối dễ dàng, nhưng với bộ khuếch đại công suất rất cao, điện áp sẽ cao hơn nhiều so với mong muốn. Nó có thể được điều chỉnh thành một cái gì đó hợp lý hơn, nhưng điều đó sẽ liên quan đến nhiều phần hơn. Ví dụ: nếu bộ khuếch đại có khả năng đầu ra 50V RMS (310W thành 8Ω, 620W thành 4Ω), nguồn cung cấp của máy dò sẽ có điện áp DC đỉnh lên đến 70V nếu amp được đẩy vào clipping và tương tự nếu đầu ra giai đoạn không thành công – điện áp cung cấp đầy đủ thường được hiển thị cho loa. Tất nhiên, điện áp trong điều kiện ổ đĩa hoặc sự cố có thể là dương hoặc âm. Bộ chỉnh lưu cầu đảm bảo phân cực chính xác, không phụ thuộc vào điện áp đầu ra của amp.
Dòng điện cần thiết khi mạch ở chế độ “chờ” rất thấp (nghĩa là với tín hiệu ở các mức khác nhau nhưng không có lỗi bộ khuếch đại). Như được hiển thị, ngay cả với tín hiệu đỉnh 70V (50V RMS), dòng điện nhỏ hơn 10mA. Cung cấp dòng điện nhỏ từ bộ khuếch đại có trở kháng đầu ra thấp điển hình (thường không quá 0,1Ω) sẽ không gây ra hiện tượng méo âm trong bất kỳ hệ thống có dây hợp lý nào. Tất nhiên, điện áp và dòng điện của nguồn điện sẽ thay đổi, và không có tín hiệu, nó sẽ bằng không.
Lưu ý rằng bộ chỉnh lưu cầu cấp nguồn phải sử dụng điốt tốc độ cao. Trong một hệ thống đầy đủ, tần số sẽ lên đến khoảng 15kHz với hầu hết các vật liệu (một số có thể mở rộng đến 20kHz) và các điốt nguồn điện ‘thông thường’ sẽ bị lỗi, vì chúng không thể tắt đủ nhanh. Điều này gây ra dòng điện ngược đáng kể sẽ làm cho các điốt chạy nóng (hoặc rất nóng) và chúng sẽ không tồn tại. Điốt UF4004 (‘UF’ có nghĩa là cực nhanh) sẽ khá phù hợp với vai trò này, cũng như bất kỳ thiết bị tương tự nào. Dòng điện cao là không cần thiết, vì vậy không cần điốt nhanh hạng nặng.
Hình 1 – Mạch bảo vệ loa được hỗ trợ bởi bộ khuếch đại (# 1)
Các giá trị thành phần được hiển thị được thiết kế cho bộ khuếch đại công suất có đường dẫn cung cấp giữa ± 35 và ± 100V. Đối với đường ray cung cấp thấp hơn hoặc cao hơn, có thể cần một vài thay đổi. Mạch đã được mô phỏng tương đương với bộ khuếch đại công suất 1.200W (tôi không có bộ khuếch đại nào để kiểm tra nó) và thấp nhất là 100W (cả hai đều là xếp hạng 4Ω). Ở điện áp cung cấp thấp, mất nhiều thời gian hơn để kích hoạt nếu có lỗi DC, nhưng tất nhiên công suất tiêu tán của loa cũng giảm đáng kể và cả hai có xu hướng cân bằng – Mạch bảo vệ loa cho amply.
Hoạt động đơn giản, nhưng không nhất thiết phải trực quan. Một phần rất dễ tìm ra là nguồn điện – nó chỉ đơn giản là một bộ chỉnh lưu cầu nối với một tụ điện, dường như quá nhỏ để hữu ích. Tuy nhiên, mục đích của mạch là phát hiện DC và bỏ qua đầu ra bình thường (âm thanh) từ bộ khuếch đại. Nguồn cung cấp DC sẽ trở nên ‘chắc chắn’ nếu có lỗi bộ khuếch đại khiến đầu ra của bộ khuếch đại trở thành DC (cho đến nay là chế độ lỗi phổ biến nhất gây ra lỗi loa). Với lỗi 70V DC, rơle được kích hoạt trong khoảng 33ms. Điện áp thấp hơn làm tăng thời gian kích hoạt rơle tương ứng (khoảng 65ms ở 35V).- Mạch bảo vệ loa cho amply.
Bộ dò DC sử dụng bộ ghép quang (4N28 hoặc tương tự), bộ lọc này theo sau một bộ lọc loại bỏ thành phần AC. Sản lượng của optocoupler sẽ được kích hoạt chỉnếu có DC (hoặc tần số thấp không thực tế) ở đầu vào. Có vô số bộ ghép quang khác sẽ hoạt động tốt như nhau và tôi đã sử dụng LTV817 để thử nghiệm. Đầu ra sự cố có thể là tích cực hoặc tiêu cực, vì vậy một bộ chỉnh lưu cầu điện áp thấp được sử dụng để đảm bảo rằng bộ ghép quang sẽ hoạt động với điện áp sự cố của một trong hai cực. Đầu ra cung cấp dòng điện cổng tới MOSFET (Q1), làm bật rơ le bảo vệ. Nếu phát hiện ra rằng bạn nhận được kích hoạt sai ở tần số thấp, bạn có thể giảm giá trị của R6 (trên danh nghĩa là 100k). Đừng giảm nó quá xa và đảm bảo rằng bạn kiểm tra mạch với đầu vào DC để đảm bảo rằng nó hoạt động đáng tin cậy!
MOSFET được chỉ định (IRF630) quá mức cần thiết, nhưng nó được xếp hạng cho 200V và chúng dưới 2 đô la Úc mỗi cái. Bạn có thể sử dụng bất kỳ số nào khác – điều đó hoàn toàn không quan trọng. Tuy nhiên, bạn phải đảm bảo rằng cái được sử dụng không được thiết kế cho logic, vì điện áp ngưỡng cổng quá thấp và nó có thể hoạt động (không liên tục) với tín hiệu bình thường. Một bộ tản nhiệt là cần thiết cho MOSFET, đặc biệt là với các hệ thống dự kiến được điều khiển bởi các bộ khuếch đại công suất cao. Bộ tản nhiệt không được nhỏ hơn 10 ° C / W, điều này sẽ khiến MOSFET chạy ở nhiệt độ xung quanh khoảng 25 ° C (nhiệt độ bên trong vỏ máy!). Cần hỗ trợ cơ học, vì hệ thống sẽ phải chịu rung động mạnh trong nhiều lần lắp đặt.- Mạch bảo vệ loa cho amply.
MOSFET sử dụng bộ giới hạn dòng (Q2), được thiết kế để cung cấp khoảng 120% điện áp hoạt động bình thường cho rơ le, để tạo cơ hội tốt nhất có thể để kích hoạt, ngay cả khi các tiếp điểm rơ le NC (thường đóng) có hàn nhẹ . D12 phải là 1N4004 hoặc tương tự. Giá trị của R7 được xác định theo …
I Relay = V Relay / R Relay × 1,2
R7 = 0,6 / I Relay
Ví dụ, nếu một rơ le 24V có cuộn dây 576Ω, dòng điện danh định là 42mA (50mA ở 120%), do đó R7 sẽ là 12Ω. Rơ le phải được coi là hy sinh – nếu một amp bị lỗi, rơ le có thể bị phá hủy nếu các tiếp điểm hồ quang. Một chút dòng điện cuộn dây bổ sung có thể không phải là một vấn đề trong thực tế. Đây là một thông số kỹ thuật của rơ le mà chúng ta có thể tự do – chúng ta không muốn cuộn dây bị cháy hết, nhưng nếu nó quá nóng thì chúng ta không quan tâm lắm vì dù sao thì nó cũng nên được thay thế sau sự cố amp. Các nhận xét tương tự áp dụng cho mạch Hình 2 được hiển thị bên dưới.
Cầu chì được hiển thị là tùy chọn nhưng được khuyến nghị. Nếu không có nó, hồ quang kéo qua các tiếp điểm rơle có thể dẫn đến sự cố rơle hoàn toàn, nhưng bản thân cầu chì là khá quan trọng. Tôi đề xuất một cầu chì HRC (công suất đứt cao) và nó cần hỗ trợ dòng điện được rút ra trong quá trình âm thanh bình thường ở mức công suất đề xuất tối đa cho hệ thống. Đối với hệ thống công suất rất cao (> 1kW) có nghĩa là ít nhất một cầu chì 15A. Ví dụ, một bộ khuếch đại 620W (4Ω) sẽ cung cấp khoảng 7A RMS vào (các) loa, cho phép tỷ lệ đỉnh trên trung bình là 5dB khá tối thiểu (vật liệu nén cao, với amp chỉ cắt bớt phần chuyển tiếp). Điều này nghe có vẻ phi thực tế nhưng không phải vậy. Một bộ khuếch đại 1kW sẽ cung cấp khoảng 14A trong cùng điều kiện. Vì lợi ích của độ tin cậy tối đa, bạn có thể sử dụng cầu chì 20A để ngăn chặn sự cố cầu chì ‘phiền toái’. Nó ‘Cầu chì – Cách áp dụng các thiết bị bảo vệ mạch điện để xem các đặc điểm của cầu chì – giống như rất nhiều lĩnh vực điện tử khác, chúng không đơn giản như chúng ta tưởng.
Mạch thay thế – Mạch bảo vệ loa cho amply.
Mạch sau đây là một phiên bản đơn giản hóa, nhưng nó sẽ hoạt động gần như tốt. Miễn là có âm thanh, Q1 sẽ bật theo mỗi nửa chu kỳ và giữ điện áp trên C3 thấp hơn điện áp ngưỡng cho MOSFET. Điều này xảy ra ngay cả ở tần số quan tâm thấp nhất (20Hz) và ở bất kỳ biên độ nào lên đến 70V RMS. Giống như mạch Hình 1, nó sử dụng một nguồn điện không thể duy trì điện áp ổn định, nhưng nếu bộ khuếch đại ‘chuyển sang một chiều’ do lỗi, nó sẽ có một nguồn điện rắn để kích hoạt rơle. Cùng một mạch nguồn dòng được sử dụng để điều khiển rơle, nhưng việc phát hiện DC không nhanh như thiết kế Hình 1. Nếu bộ khuếch đại bị lỗi với đầu ra DC 70V, phải mất 60ms trước khi rơle được kích hoạt và điều này được kéo dài đến khoảng 95ms với điện áp lỗi 35V. Có thể giảm thời gian bằng cách giảm giá trị của C3, nhưng bạn ‘
Hình 2 – Mạch bảo vệ loa được hỗ trợ bởi bộ khuếch đại (# 2)
Bộ dò AC đảm bảo rằng điện áp thoáng qua (hoặc công suất cao duy trì) không thể bật MOSFET. Miễn là AC còn tồn tại, C3 vẫn phóng điện khi Q1 bật hai lần cho mỗi chu kỳ đầu vào hoàn chỉnh và giữ điện áp trên C3 thấp hơn điện áp bật của MOSFET. Điều này đặc biệt quan trọng nếu bộ khuếch đại được điều khiển để cắt nhiều, vì điều đó có thể duy trì quá đủ điện áp cung cấp để bật rơle mà không cần mạch phóng điện. Khi tín hiệu AC được thay thế bằng DC (lỗi amp), không có tín hiệu điều khiển đến Q1, vì vậy C3 sẽ sạc cho đến khi MOSFET bật, do đó, rơ le sẽ hoạt động. Các nhận xét tương tự cũng áp dụng cho MOSFET được sử dụng như đối với mô tả cho mạch đầu tiên. Tuy nhiên, điện áp ngưỡng quan trọng hơn trong phiên bản này, vì vậy hãy cẩn thận với các sản phẩm thay thế.
Mặc dù đơn giản hóa, mạch này sẽ kích hoạt rơle trong vòng 100ms sau khi AC (tín hiệu) được thay thế bằng DC (lỗi), giả sử điện áp nguồn là 70V. Thời gian kích hoạt rơle có lẽ thêm 10ms, nhưng điều này phụ thuộc vào rơle. Hầu hết đều khá nhanh và thời gian trễ thêm nhỏ thường không phải là vấn đề. Một hạn chế là mạch Hình 2 không thể tách AC khỏi DC một cách hiệu quả, vì vậy nếu bộ khuếch đại phát triển lỗi ở nơi có DC đáng kể nhưng tín hiệu AC vẫn còn, rơle sẽ không kích hoạt. Mặc dù những lỗi như vậy là rất hiếm, nhưng nó vẫn có thể xảy ra (mặc dù là lỗi từ xa) với một số thiết kế. Tôi nghi ngờ rằng đó là một mối quan tâm lớn, nhưng nếu bạn muốn phát hiện DC đáng tin cậy nhất thì hãy sử dụng mạch Hình 1.
Hệ thống đấu dây của rơle giống như được sử dụng trong mạch Hình 1 và các yêu cầu của rơle được trình bày trong phần tiếp theo.
Rơ le
Lưu ý cách đấu dây của rơ le trong hình vẽ và đảm bảo rằng bạn xem Hình 6 bên dưới! Loa thường được cấp nguồn qua các tiếp điểm ‘NC’ (thường đóng) và khi rơle hoạt động, loa bị chập (nhưng không phải đầu ra của bộ khuếch đại!). Điều này giúp ngăn dòng điện hồ quang đi qua loa. Đừng bao giờ chỉ sử dụng một số liên lạc thường mở để ‘bảo vệ’ một người nói, bởi vì nó thường sẽ không. (Các) rơ le cần thiết được gọi là ‘1 Dạng C’ – hay còn gọi là SPDT (một cực, hai cực) hoặc chuyển đổi (tiếp điểm thường mở [NO] và thường đóng [NC]). Giải pháp thay thế là 2 Dạng C – DPDT (ném hai cực, ném kép). Đây là các kiểu chuyển đổi kép nên các số liên lạc có thể được nối tiếp với nhau.
Tôi đặc biệt đề nghị rằng bất kỳ ai đang dự định xây dựng các thiết kế được hiển thị ở đây hãy đọc các bài viết về Rơle (Phần 1 và 2) để hiểu đầy đủ về điểm mạnh và điểm yếu của rơle điện từ (EMR). Không thể sử dụng rơle MOSFET vì chúng thường tắt và cần có pin bên trong để hoạt động bình thường. Tôi nghi ngờ rằng có ai đó sẽ coi đó là một ý tưởng hay. EMR là sự lựa chọn hợp lý duy nhất và cách nó có dây (và việc sử dụng tụ điện) xác định xem nó có bảo vệ được loa của bạn hay không.
Một hạn chế bổ sung mà bạn sẽ gặp là nhiều rơ le có xếp hạng dòng điện thấp hơn cho các tiếp điểm NC của chúng so với các tiếp điểm NO. Điều này phần lớn là do áp suất tiếp xúc có sẵn nhiều hơn khi tiếp điểm NO được đóng bởi cuộn dây. Tất cả các rơ le đều sử dụng lò xo để khôi phục phần ứng sau khi hoạt động, và lò xo đó phải yếu hơn lực từ khả dụng nếu không rơ le sẽ không kích hoạt. Khi khe hở phần ứng đóng lại, lực điện từ sẽ nhiều hơn, cho phép áp suất tiếp xúc cao hơn đối với các tiếp điểm NO. Trong ứng dụng được mô tả ở đây, không có sự lựa chọn – chỉ có thể sử dụng các tiếp điểm NC, vì không có nguồn cung cấp DC cho đến khi có lỗi bộ khuếch đại.
Rơ le là rất quan trọng, và phần lớn các rơ le có sẵn chỉ được đánh giá cho 30V DC. Mặc dù xếp hạng hiện tại cũng là một hạn chế, nhưng nó không quá nghiêm trọng. Đánh giá hiện tại (thường) là mức trung bình và nó có thể bị vượt qua bởi các đỉnh cao hơn trong sử dụng bình thường mà không cần quá lo lắng. Tuy nhiên, không có rơ le thông dụng nào có khả năng ngắt dòng điện 70V DC (hoặc hơn) ở dòng điện khoảng 20A. Khi các tiếp điểm mở ra, một hồ quang được tạo ra sẽ duy trì dòng điện, và nó cũng sẽ gây ra một lượng nhiệt lớn có thể (và làm!) Làm tan chảy cấu trúc tiếp xúc bên trong. Một số rơ le ô tô yêu cầuđể có thể đánh thủng 75V, nhưng chúng có dòng điện cuộn dây rất cao (thường khoảng 250mA, cuộn dây 12V). Điều này làm cho MOSFET chuyển mạch rơ le tiêu hao nhiều năng lượng hơn, do đó yêu cầu một bộ tản nhiệt. Tôi khá cảnh giác với những tuyên bố như vậy, đặc biệt là khi có dòng điện cao, nhưng đây là một lựa chọn đáng để điều tra.
Với các bộ khuếch đại công suất rất cao, có nguy cơ các tiếp điểm có thể tự đóng lại nếu vượt quá định mức trung bình của chúng. Rơ le 10A mà tôi sử dụng để kiểm tra điện trở tiếp điểm đã phải chịu 50A trong vài giây, và các tiếp điểm đã làm được điều đó – tôi phải áp dụng 24V vào cuộn dây 12V trước khi rơle có đủ ‘tiếng kêu’ để tách các tiếp điểm. Tôi biết đây là một sự quá tải khá nghiêm trọng, nhưng mọi thứ đều quan trọng nếu chúng tôi cung cấp hàng phòng thủ cuối cùng (và đó chính xác là điều này).
Tụ điện trên các tiếp điểm rơle được thiết kế để triệt tiêu hồ quang, nhưng nó là một thỏa hiệp. Loại rẻ nhất là điện phân lưỡng cực, như được sử dụng trong các mạng chéo ngân sách. Chúng khá rẻ và trong quá trình hoạt động bình thường, chúng không vượt qua bất kỳ dòng điện nào. Nắp sẽ hấp thụ điện áp ban đầu trên các tiếp điểm, nhưng để có hiệu quả ở điện áp cao thì điều này có thể không đủ. Có thể sử dụng tụ điện lớn hơn, nhưng có thể không thực tế khi mong đợi dập tắt hồ quang hoàn toàn.
Tôi đã thử nghiệm mạch ‘dập tắt hồ quang điện dung’ và có thể triệt tiêu hồ quang với 70V DC trên tải 8Ω hoàn toàn, chỉ với 2µF (khuyến nghị vẫn là 10µF). Tuy nhiên, rơ le vẫn phải được coi là ‘vật hy sinh’ – nếu bộ khuếch đại bị lỗi, rơ le cũng vậy. Tuy nhiên, nó rẻ hơn nhiều so với loa phóng thanh. Dòng điện cực đại quá cao cũng có thể làm chết tụ điện, vì vậy toàn bộ hệ thống cần được kiểm tra kỹ lưỡng sau khi nó hoạt động do lỗi amp.
Một loại rơ le khác có thể đáng thử là rơ le ô tô. Chúng luôn sẵn có và thường không đắt, và được thiết kế cho dòng điện rất cao. Phiên bản 24V có điện trở cuộn dây từ 250Ω đến 330Ω (tương ứng 96mA đến 72mA). Điều này sẽ đặt một tải nặng hơn rất nhiều lên MOSFET chuyển đổi và nó sẽ cần một bộ tản nhiệt lớn hơn. Với điện áp lỗi 70V DC và gần 150mA cho một cặp rơle, tiêu tán MOSFET sẽ gần 7W. Điện trở nhiệt của tản nhiệt cần không lớn hơn 5 ° C / watt nếu không MOSFET sẽ quá nóng và (có thể) chết. Lưu ý rằng giá trị của R7 sẽ cần được giảm xuống để cho phép MOSFET cung cấp dòng điện cần thiết (khoảng 6.2Ω cho 96mA).
Hình 3 – Bên trong rơ le tự động
Rơ le hiển thị ở trên được bán dưới dạng loại 40A, nhưng điều đó rất lạc quan. Nó có khoảng cách tiếp xúc rộng hơn ‘bình thường’, được đo vào khoảng 0,85mm. Ở 10A, điện trở tiếp điểm cho các tiếp điểm NC đo được là 4,7mΩ và các tiếp điểm NO đo được là 3,8mΩ (khi đóng tự nhiên 
). Chúng khá hiệu quả về chi phí (thường khoảng 4 đô la Úc mỗi cái bao gồm cả ổ cắm), nhưng cuộn dây không hút nhiều dòng điện hơn hầu hết các rơ le khác. Thông thường, tôi sẽ không đề xuất rơ le ô tô, bởi vì cách điện của chúng giữa cuộn dây và tiếp điểm không đủ tốt, nhưng trong ứng dụng này, điều đó không quan trọng. Tuy nhiên, rơ le hiển thị không thểngắt 70V DC ở 20A hoặc hơn – nó sẽ bị phá hủy! Vì vậy (các) loa của bạn sẽ vẫn nhận được dòng điện DC cao qua vòng cung. Một tụ điện song song đã được thử với rơ le này và nó dường như ngắt hồ quang một cách đáng tin cậy ở 60V DC và lên đến 10A.
Một kiểu chung hoặc rơ le khác (hy vọng) sẽ tồn tại là một trong các rơ le 30A kết nối TE được hiển thị trong Bảng dữ liệu dòng T9A , nhưng nếu nó phải kích hoạt với nguồn điện cao áp, nó gần như chắc chắn sẽ bị phá hủy. Tuy nhiên, việc thay thế rơ le rẻ hơn rất nhiều so với (các) trình điều khiển loa. Rất tiếc, kiểu rơ le này không khả dụng với nhiều bộ tiếp điểm. Các Omron LY2-0-DC24 relay là DPDT, và đánh giá cho 10A. Nếu không có tụ nó sẽ không tồn tại phá vỡ 70V DC, ngay cả với các điểm tiếp xúc trong loạt, nhưng với họ cài đặt nó nên có thể để phá vỡ vòng cung. Có thể đoán trước được, tôi không thể thử cũng như thực tế khi thử mọi rơ le có sẵn.
Lưu ý rằng rơle ‘1 Dạng C’ được xếp hạng cho 20A (KHÔNG tiếp điểm) nhưng chỉ 10A cho tiếp điểm NC. Sự sắp xếp này sẽ xử lý công suất trung bình lên đến 400W, nhưng dòng điện đỉnh có thể vượt quá công suất danh định. Dòng điện cao nhất với nguồn cung cấp 70V thành 4Ω sẽ vào khoảng 17A và bạn có thể cần phải chọn một rơle có nhiệm vụ nặng hơn. Dòng T9A là một gợi ý, nhưng bạn phải chuẩn bị để chạy thử nghiệm của riêng mình. Việc lựa chọn các rơ le có thể xử lý hơn 20A là khá hạn chế.
Để bạn nghĩ rằng tôi đang phóng đại và nó không thể tệ như tôi khẳng định, hãy nhìn vào bức ảnh sau đây. Những gì bạn thấy là tất cả những gì còn lại của bộ tiếp xúc phía trên sau một vòng cung duy trì. Rơ le được hiển thị là loại hạng nặng và bên trong nó gần giống với loại mà tôi đã sử dụng để thử nghiệm (nhưng không phải để phá hủy). Loại rơ le này thường có khoảng hở tiếp xúc 0,7mm, trong đó các loại ‘thu nhỏ’ thông thường chỉ có khoảng hở tiếp xúc 0,4 mm. Mặc dù khoảng cách tiếp xúc tăng lên, hồ quang đã phá hủy hoàn toàn bộ tiếp điểm.
Hình 4 – Rơ le bị phá hủy bởi hồ quang
Để có được định mức điện áp cao hơn, bạn có thể sử dụng hai rơle với các tiếp điểm thường đóng được đấu nối tiếp. Cách sắp xếp này làm giảm điện áp trên mỗi bộ tiếp điểm và do đó có thể đủ để ngăn phóng điện. Trong datasheet liên kết ở trên, ban đầuđiện trở tiếp xúc được trích dẫn là 75mΩ, nhưng điều này khá bi quan và có nghĩa là tiêu thụ tiếp xúc là 67W ở 30A (rõ ràng là không thể). Tôi đã thử nghiệm một rơ le 10A với 50Hz ở 10A RMS và đo được 60mV (6mΩ), và thậm chí ở 20A, tôi chỉ có thể đo 132mV trên các tiếp điểm (6,6mΩ), bao gồm cả các kết nối bên trong. Ở 20A, điều này thể hiện sự mất mát 2,64W – gần như không đáng kể so với tổn thất chì, nhưng đó là rất nhiều nhiệt trong một khu vực nhỏ của một cặp tiếp điểm. Ở định mức hiện tại (10A) tiêu tán chỉ là 600mW. Rơle trong mạch âm thanh không bao giờ phải đối phó với dòng điện tối đa liên tục, vì vậy, rơle 30A chỉ cần thiết để giữ cho sự tiêu tán tiếp điểm ở mức thấp và như một nỗ lực để phá vỡ hồ quang. Dòng điện định mức cao hơn giúp bảo vệ khỏi các tiếp điểm tự hàn lại với nhau trong sử dụng bình thường.
Hình 5 – Điện áp hồ quang, 60V DC, tải 8Ω
Trên đây là cách bắt trực tiếp, đo qua các cực của rơ le. Nguồn điện được thiết lập cho 60V DC và không có nắp triệt tiêu nào được sử dụng trên các tiếp điểm. Khoảng thời gian của hồ quang bắt đầu ngay sau khi các tiếp điểm mở, và tiếp tục cung cấp 30V DC cho tải cho đến khi nó cuối cùng dập tắt. Thử nghiệm này được thực hiện với một rơ le công nghiệp hạng nặng và chỉ ra rằng trở kháng hồ quang đủ thấp để cung cấp dòng điện đáng kể cho tải – trong trường hợp này là khoảng 3,7A. Hồ quang ồn ào cả về điện và âm. Âm thanh vòng cung giống như tiếng ồn trắng, và phổ tần số mở rộng sang dải tần số vô tuyến (RF).
Mặc dù có những thiếu sót, nhưng vẫn có một số sự thoải mái trong cách tiếp cận cơ điện. Rơle được sử dụng hàng tỷ USD, trong tất cả các ứng dụng từ sản phẩm tiêu dùng đến các hệ thống công nghiệp hạng nặng. Chúng vẫn được ưa chuộng vì chúng rất đáng tin cậy và rẻ hơn nhiều so với các thiết bị điện tử tương đương. Một điểm thất bại của họ là không có khả năng ngắt điện áp DC cao một cách đáng tin cậy, đây là (không may), nhiệm vụ của họ là bảo vệ loa. Nói chung (và với điều kiện rơ le được nối dây như mô tả), bảo vệ rơ le là đáng tin cậy và hiệu quả, và luôn là cách tiếp cận tiết kiệm chi phí nhất. Sử dụng các tụ điện song song là một kỹ thuật triệt tiêu hồ quang ‘brute-force’ có thể hoạt động tốt một cách đáng ngạc nhiên.
Hình 6 – Kết nối dây
Cách đấu dây của rơ le được trình bày ở trên sử dụng hai rơ le, với các cuộn dây mắc nối tiếp hoặc song song và các tiếp điểm mắc nối tiếp. Các rơ le T9A Series có cuộn dây 144Ω cho 12V hoặc 576Ω cho phiên bản 24V. Do đó, điện trở của rơle là 288Ω đối với hai cuộn dây 12V mắc nối tiếp (83mA) và hai cuộn dây 24V mắc song song cho tổng điện trở và dòng điện như nhau. Điện trở 12Ω (R7) hiển thị trong cả hai mạch trên phải giảm xuống còn 6,8Ω nếu bạn sử dụng hai rơ le. Trong khi cuộn dây rơ le được điều khiển cao hơn khuyến nghị của nhà sản xuất, tình trạng quá áp có thể sẽ không kéo dài vì mất âm thanh từ vỏ bọc sẽ cảnh báo người dùng / người vận hành rằng có lỗi.
Cả hai bộ tiếp điểm đều ngắt dòng sự cố DC, rơle thứ hai làm ngắn tải và các tụ điện giúp dập tắt hồ quang bằng cách hấp thụ năng lượng ban đầu khi tiếp điểm mở. Giá trị cao của điện dung hiệu quả hơn, nhưng có một hình phạt chi phí (và kích thước). Bạn có thể thêm điện trở nối tiếp với nắp để ngăn dòng phóng điện cao hàn các tiếp điểm, nhưng điều đó làm giảm hiệu quả của hoạt động dập tắt hồ quang của nắp. Đối với một mạch có thể không bao giờ hoạt động, sẽ không thực tế nếu có một hệ thống lớn và đắt tiền sẽ không bao giờ kích hoạt trừ khi bộ khuếch đại bị lỗi. Điều rất quan trọng là đảm bảo rằng mạch vẫn hoạt động, mặc dù có lẽ nhiều năm không hoạt động. Lỗi rơ le (do hồ quang duy trì) là một lựa chọn rẻ hơn nhiều so với việc thay thế các trình điều khiển loa công suất cao đắt tiền!
Tôi đã thử nghiệm một rơ le có khoảng cách tiếp xúc 0,8mm với 70V DC thành một tải 4Ω và không có tụ điện, nó sẽ chảy vòng cung mọi lúc (như hình trên). Chỉ cần ít nhất 2µF là đủ để ngăn chặn hình thành hồ quang, do đó, 10µF được đề xuất là quá đủ. Lưu ý rằng (các) nắp cần phải càng gần rơ le càng tốt, vì bất kỳ điện trở hoặc điện cảm bổ sung nào sẽ làm giảm hiệu quả của chúng. Mặc dù vậy, nếu điện áp lỗi dự kiến sẽ lớn hơn 50V hoặc lâu hơn, tôi mạnh mẽ khuyên bạn sử dụng hai rơle, với hai bộ danh bạ trong loạt.
Mọi thứ phải được xây dựng theo tiêu chuẩn rất cao, không có khả năng bị hỏng ngay cả khi bị rung động mạnh bên trong vỏ bọc. Những tiêu chí này không hề tầm thường. Nếu một lỗi phát triển trong mạch điện, bạn sẽ không biết rằng có gì sai cho đến khi một bộ khuếch đại bị lỗi và làm cháy loa. Như đã lưu ý trước đó, người vận hành hệ thống chuyên dụng sẽ áp dụng định kỳ khoảng 30V DC cho các đầu nối đầu vào của vỏ bọc để xác minh rằng (các) rơle hoạt động bình thường trong điều kiện sự cố. Loa sẽ phát ra tiếng ồn khá lớn khi DC được cấp vào sau đó ngắt kết nối bởi rơ le bảo vệ. Lưu ý rằng nguồn điện phải có khả năng cung cấp ít nhất ½ amp (giả sử rằng công tắc ‘Kiểm tra’ được bao gồm), do đó đảm bảo rằng loa sẽ không bị hỏng, nhưng cung cấp đủ dòng điện để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy. Thử nghiệm này mô phỏng một lỗi bộ khuếch đại, và không phải là không có một số rủi ro!
Tôi khuyên bạn nên bao gồm công tắc ‘Kiểm tra’, vì điều đó giảm thiểu dòng điện cần thiết (như hình trên). Hãy nhớ rằng công tắc phải xử lý toàn bộ dòng khuếch đại trong quá trình hoạt động bình thường, vì vậy nó phải là loại hoạt động nặng. Điều này cho phép bạn kiểm tra hệ thống với dòng điện tối thiểu (khoảng 500mA) và giảm đáng kể nguy cơ hư hỏng loa (ngoài các loa tweeter / trình điều khiển nén – họ sẽ không thích , nhưng không nên thất bại).
Bạn thực sự có thể nhận được các rơle được đánh giá lên đến 125V DC với định mức tiếp điểm 15A. Thông tin còn ít ỏi, nhưng RS Components bán một sản phẩm do TE Connectivity sản xuất (Phần # V23009A 7A 52). Chi phí là khoảng AU $ 475 (vâng, thực sự!) Và rất khó có khả năng ai trả nhiều như vậy. Chúng ta phải làm với những gì chúng ta có thể nhận được, tốt hơn là chi phí thấp hơn cái loa mà nó dùng để bảo vệ. Cuối cùng, việc chuyển tiếp là trách nhiệm của nhà xây dựng, vì những thứ có sẵn phụ thuộc vào các nhà cung cấp địa phương của bạn – có quá nhiều người so sánh và nhà cung cấp để tôi đưa ra khuyến nghị tuyệt đối (điều mà tôi thường tránh chỉ vì lý do này).
Xây dựng & Thử nghiệm
Sau khi quyết định về phiên bản bạn muốn sử dụng, đề xuất của tôi là nó được đặt trong một vỏ nhôm diecast, với vỏ hoạt động như bộ tản nhiệt cho MOSFET. Các đầu nối đầu vào / đầu ra nên là loại Speakon, vì chúng được thiết kế để xử lý dòng điện từ các bộ khuếch đại công suất cao. Mạch bảo vệ đã hoàn thành có thể ở bên ngoài, với đầu vào và đầu ra được đánh dấu rõ ràng và đèn LED phải hiển thị. Để thiết lập sân khấu ít lộn xộn hơn, hộp có thể được gắn bên trong vỏ loa, với các đầu nối vít bên trong cho đầu vào và đầu ra. Lý tưởng nhất, nó sẽ có thể tháo rời mà không cần phải tháo loa hoặc các tấm phía sau, và một tấm lắp phẳng được đề xuất. Điều này cũng có nghĩa là nó luôn ở trong mạch, làm cho nó bằng chứng giả mạo đối với thiết bị được người khác sử dụng.
Trước khi lắp đặt mạch (phiên bản Hình 1 hoặc 2), nó phải được thử nghiệm trong các điều kiện tương đương với trong ‘thế giới thực’. Điều này có nghĩa là kết nối đầu vào với đường dây loa, nhưng không có dây tiếp điện. Hệ thống sẽ chạy bình thường (hoặc bất thường nếu đó là cách nó được sử dụng) và đèn LED được giám sát. Trong mọi điều kiện hoạt động và ở mức tối đa, đèn LED phải luôn tắt. Nếu nó nhấp nháy, điều đó có nghĩa là mạch đã kích hoạt, có thể do năng lượng tần số thấp dư thừa. Không cần thiết phải kết nối loa nếu thử nghiệm có thể được chạy trong xưởng hoặc bất cứ nơi nào hệ thống thường được lưu trữ khi không sử dụng.
Nếu đèn LED bật sáng, các mạch thời gian / bộ lọc cần được làm chậm lại. Điều đó có nghĩa là C1 và C2 (mạch Hình 1) hoặc C3 (mạch Hình 2) cần được làm lớn hơn. Làm như vậy sẽ làm chậm hoạt động của rơ le, và giảm khả năng bảo vệ. Hàm tạo cũng có thể thấy rằng các giới hạn này có thể được giảm bớt, tùy thuộc vào chất liệu chương trình. Đặt chúng ở giá trị thấp hơn sẽ làm tăng tốc độ phát hiện, do đó cung cấp khả năng bảo vệ tốt hơn.
Yêu cầu kiểm tra kỹ lưỡng không phải là tùy chọn. Đây là một mạch thường sẽ không hoạt động trong hầu hết thời gian hoạt động của nó. Nó chỉ có thể (và sẽ) hoạt động nếu có lỗi bộ khuếch đại hoặc nếu áp dụng tần số thấp hơn ngưỡng phát hiện. Ngưỡng đã được thiết kế (rất có chủ ý) để có tần số -3dB nhỏ hơn 0,5Hz, vì điều này là cần thiết để đáp ứng các biên độ cao ở 20Hz. Các giá trị của tụ lọc / định thời được thiết kế để xử lý RMS 70V ở 20Hz mà không cần kích hoạt.
70V RMS (theo lý thuyết) thu được từ bộ khuếch đại công suất có đường ray cung cấp ± 100V, nhưng thực tế nguồn cung cấp sẽ cao hơn thế. Một bộ khuếch đại như vậy sẽ có thể cung cấp 1,2kW thành tải 4Ω. Đối với các bộ khuếch đại có thể cung cấp nhiều hơn (và chúng tồn tại, nhưng tôi không chắc tại sao), giá trị của C1 / C2 (Hình 1) hoặc C3 (Hình 2) sẽ cần được tăng lên. Đây là lý do tại sao thử nghiệm rất quan trọng!
Sẽ là lý tưởng nếu mạch đóng khi một quá độ gây ra kích hoạt sai, nhưng điều đó là không thể vì nguồn điện duy nhất đến từ bộ khuếch đại. Đó là lý do tại sao điều quan trọng là mạch phải được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi đưa vào sử dụng. Việc kích hoạt sai với loa có bộ phân tần thụ động gần như chắc chắn sẽ phá hủy các trình điều khiển nén, vì vậy tôi không khuyến nghị rằng một trong hai mạch được sử dụng với các thùng loa toàn dải có bộ phân tần thụ động.
Điều cần thiết là bạn phải đảm bảo rằng mạch không bao giờ kích hoạt sai khi sử dụng bình thường. Mặc dù điều này làm tăng thời gian trước khi loa bị ngắt kết nối, nhưng nó cũng có nghĩa là mạch không nghe được khi nó đang được sử dụng. Có nhiều thỏa hiệp cần thiết cho loại mạch này và người dùng phải đảm bảo rằng nó hoạt động như dự định và chỉ ngắt kết nối loa nếu có lỗi bộ khuếch đại.
Sử dụng các mạch với các ampe nguồn khác nhau
Hai thiết kế được thiết lập để sử dụng với các bộ khuếch đại có điện áp cung cấp từ ± 35V đến ± 100V và sử dụng rơle 24V có điện trở cuộn dây danh định khoảng 570Ω (dòng điện cuộn dây khoảng 42mA). Điều này được thiết lập bởi điện trở nguồn (R7) cho MOSFET chuyển mạch (danh nghĩa 12Ω), giới hạn dòng điện ở mức 54mA. Dòng điện phụ giúp đảm bảo rằng rơ le hoạt động, mặc dù có lẽ nhiều năm không hoạt động. Điện trở LED (2,2k) sẽ cho phép dòng điện 10mA, đảm bảo rằng đèn LED đủ sáng để có thể nhìn thấy, vì nó chỉ ra lỗi bộ khuếch đại.
Điều này sẽ phù hợp với hầu hết các trường hợp, nhưng các bộ khuếch đại công suất cao đặc biệt có điện áp nguồn lớn hơn ± 100V có thể cần một số thay đổi. MOSFET được đánh giá là 200V, lớn hơn nhiều so với điện áp cung cấp được sử dụng trong bất kỳ bộ khuếch đại nào đã biết, nhưng với điện áp cung cấp cao hơn, nó sẽ cần một bộ tản nhiệt lớn hơn. Ví dụ, với nguồn cung cấp 100V, MOSFET sẽ tiêu tán 4W và nếu không có một bộ tản nhiệt tốt, nó có thể chạy rất nóng. Bạn sẽ cần thay đổi điện trở 12Ω (R7) nếu rơle bạn chọn sử dụng nhiều hơn (hoặc ít hơn) dòng điện so với thiết kế. Có một số thời gian, nhưng dòng điện MOSFET phải vượt quá dòng điện cuộn định mức của rơle ít nhất 10%.
Cho đến nay, vấn đề lớn nhất với điện áp cung cấp rất cao là làm gián đoạn dòng điện lỗi DC. Hãy xem xét một bộ khuếch đại có đường ray 100V (đầu ra 70V RMS, đầu ra 1,2kW). Dòng điện sự cố với tải danh định 4Ω sẽ lớn hơn 25A và cố gắng phá vỡ dòng điện đó mà không có rơ le được thiết kế theo mục đích (sẽ khó tìm và rất đắt tiền) sẽ dẫn đến sự cố chảy hoàn toàn bên trong rơ le. Nếu một hệ thống như vậy đang được sử dụng, thì tôi e rằng bạn đang tự làm khá nhiều. Các tụ điện triệt tiêu hồ quang có thể (hoặc không) đủ để ngăn chặn hồ quang. Bất kỳ bộ khuếch đại công suất lớn nào cũng phải bao gồm bảo vệ lỗi DC bên trong. Nếu không, hãy mua thứ khác!
Bảo vệ bằng cầu chì – Crowbar Protection
Sơ đồ bảo vệ tàn bạo nhất trong số đó là cái gọi là ‘cầu chì’, thường sử dụng TRIAC công suất cao hoặc các SCR đấu sau để làm ngắn mạch đầu ra của bộ khuếch đại. Kết quả gần như chắc chắn sẽ là một bộ khuếch đại bị phá hủy hoàn toàn trừ khi nó được bảo vệ bằng cầu chì tốt (lưu ý rằng một số bộ khuếch đại không có cầu chì DC). Tìm một TRIAC có thể xử lý dòng điện tức thời lớn từ bộ khuếch đại kilowatt là một thách thức, nhưng SCR có sẵn có thể xử lý dòng điện một cách dễ dàng. Ví dụ: SCR 50A (trên 500A trong 10ms) có sẵn với giá khoảng 10 đô la Úc (nhưng lên đến ~ 35 đô la Úc) mỗi chiếc.
Các mạch hiển thị ở trên có thể được điều chỉnh dễ dàng cho mạch xà beng, nhưng nó không phải là thứ mà tôi khuyên dùng. Mặc dù có thông tin cho rằng bộ khuếch đại đã bị lỗi nếu nó xuất hiện DC cho loa, nhưng bạn không nên gặp rủi ro thêm (và có thể là thảm khốc). Nếu bạn đã thử kỹ thuật này, việc lắp cầu chì là điều bắt buộc, nhưng điều đó sẽ làm tăng thêm các biến chứng. Ví dụ, bạn đánh giá cầu chì cho công suất tối đa mà hệ thống loa có thể xử lý hay ít hơn? Đối với tủ được đánh giá cho công suất tối đa là 1.200W, bạn cần cầu chì 20A, giả sử trở kháng 4Ω. Tuy nhiên, bạn không nên sử dụng bất kỳ cầu chì 20A cũ nào – nó cần phải là loại HRC (khả năng đứt cao), vì dòng điện đỉnh có thể trên 100A.
Nếu cùng một hệ thống được sử dụng với bộ khuếch đại có công suất thấp hơn, nó có thể không cung cấp đủ dòng điện để thổi cầu chì 20A đủ nhanh (hoặc có thể là không) để tránh hư hỏng thêm. Điều này có thể dễ dàng phá hủy bộ khuếch đại. Sau đó, có nguy cơ luôn tồn tại của một cái gì đó khá nhỏ (chẳng hạn như tín hiệu cận âm xuất hiện trong thời gian ngắn khi bật nguồn hoặc tắt nguồn) ‘kích hoạt sai’ mạch và làm nổ một bộ khuếch đại hoàn toàn tốt. Đây là một cơ hội rất thực tế, và nó không phải là cơ hội mà tôi sẵn sàng chấp nhận.
Đây là lý do tôi không đề xuất (và tôi cũng sẽ không mô tả thêm) mạch xà beng. Họ là tàn bạo, và hoàn toàn không hề khoan nhượng.
Kết luận Mạch bảo vệ loa cho amply
Mạch được mô tả (theo như tôi biết) là duy nhất. Dường như không có bất cứ thứ gì giống như nó có sẵn trên thị trường, mặc dù có một số thùng máy thương mại tuyên bố có mạch bảo vệ sẵn có. Không biết (ít nhất là với tôi) nếu các mạch này hoạt động như dự định hay không, vì không có chi tiết nào được tìm thấy trên mạng. Có một số ví dụ về các hệ thống có thể được điều chỉnh (một ví dụ được hiển thị trong phần tài liệu tham khảo), nhưng thiết kế có sai sót như được thể hiện trong bản vẽ bằng sáng chế và không thể được đề xuất cho bất kỳ điều gì.
Khả năng bảo vệ loa không hề nhỏ và phần lớn các mạch được hiển thị ở nơi khác sẽ không hoạt động với điện áp nguồn trên 30V. Ngay sau khi các bộ khuếch đại công suất cao được đưa vào phương trình, mọi thứ trở nên khó khăn hơn. Lý tưởng nhất là tất cả các bộ khuếch đại công suất cao sẽ được tích hợp bảo vệ DC, nhưng đáng tiếc là điều này không phải lúc nào cũng vậy. Cung cấp khả năng phát hiện và ngắt kết nối DC chỉ sử dụng đầu ra của bộ khuếch đại khiến mọi thứ trở nên khó khăn hơn nhiều.
Không còn nghi ngờ gì nữa, hệ thống loa cần được bảo vệ khỏi các lỗi bộ khuếch đại. Chỉ mất vài giây để nguồn điện một chiều 70V đốt cháy một cuộn dây thoại, vì nó bị đẩy ra khỏi khe hở và được giữ cố định bởi từ trường. 70V DC trên một cuộn thoại 4Ω là 1.225kW liên tục và không có loa nào từng được sản xuất có thể xử lý điều đó mà không bị hỏng. Một bộ khuếch đại có nguồn cung cấp ± 100V sẽ cố gắng đẩy mức đó lên 2,5kW (25A DC!), Do đó khả năng sống sót bị giới hạn ở (có thể) 100ms hoặc lâu hơn. Mặc dù nó được đảm bảo rằng nguồn điện của bộ khuếch đại sẽ giảm phần nào điện áp đó (không ai thiết kế cho đầu ra DC liên tục nhiều như vậy), trừ khi bộ khuếch đại được cài đặt sơ đồ bảo vệ an toàn khi thất bại, (các) loa của bạn sẽ được nâng ly (theo nghĩa đen).
Nhiều bộ khuếch đại công suất thương mại bao gồm bảo vệ DC theo tiêu chuẩn, nhưng tương tự, nhiều bộ không. Trong một số trường hợp, nó được quảng cáo, nhưng rơ le được sử dụng không thể ngắt hồ quang nếu có lỗi (một số rơ le loa chỉ được sử dụng để ngăn chặn tiếng ồn bật / tắt từ bộ khuếch đại). Để tránh cho bạn sự phiền muộn (không đáng kể) khi xây dựng các mạch bảo vệ bên ngoài, hãy xác minh rằng bất cứ thứ gì bạn định mua đều có bảo vệ bên trong hoạt động. Nếu không, tôi khuyên bạn nên tránh nó hoàn toàn, bất kể bất kỳ tuyên bố nào khác được đưa ra. Thực tế đơn giản là các bộ khuếch đại tăng cường âm thanh có thẩm quyền sẽ phát ra âm thanh giống nhau (đặc biệt là ở 100dB SPL trở lên) và rất đáng để chi tiêu nhiều hơn một chút để có được sự bảo vệ sẵn có hơn là hy vọng rằng amp không bị hỏng.
Mặc dù bạn có thể không biết, nhưng các bộ khuếch đại Class-D (chuyển mạch) không tránh khỏi các lỗi DC. Tất cả những gì cần xảy ra là một trong các MOSFET đầu ra bị lỗi và giống như hầu hết các chất bán dẫn, chúng bị lỗi ngắn mạch . Vì vậy, không quan trọng nếu amp là bóng bán dẫn Class-B, Class-G hay Class-D, MOSFET hay lưỡng cực. Sự cố trong giai đoạn đầu ra gần như luôn luôn dẫn đến DC ở đầu ra và gần như luôn luôn là điện áp cung cấp đầy đủ. Lỗi cung cấp độ lệch DC lớn nhưng vẫn cung cấp (ít nhất là một số) âm thanh là rất hiếm, nhưng nó có thểxảy ra. Nó có nhiều khả năng hơn với bộ khuếch đại được kết hợp DC xuyên suốt, vì DC từ bộ trộn hoặc preamp sẽ được khuếch đại cùng với âm thanh. Bộ khuếch đại kết hợp DC không có vị trí trong bất kỳ IMO nào của hệ thống âm thanh, do nguy cơ hỏng hóc bên ngoài ở thiết bị ngoại vi gây ra DC ở đầu ra. Một bộ lọc thông cao tốt là người bạn của bạn và luôn phải sử dụng bộ lọc này.
Xin lưu ý rằng các mạch hiển thị ở đây đã được kiểm tra và xác minh là hoạt động, nhưng rơle là một vấn đề khác. Tôi đã chạy thử nghiệm cho thấy rằng bộ triệt hồ quang điện dung hoạt động (và nó hoạt động tốt), nhưng bạn cần một rơ le có khoảng cách tiếp xúc rộng nhất có thể. Nhà sản xuất có quyền tìm một rơ le (hoặc các rơ le) từ một nhà cung cấp đáng tin cậy đã biết và chuẩn bị kiểm tra một hoặc nhiều rơ le đến mức tiêu hủy. Bất cứ ai đã từng sử dụng một thợ hàn điện (hoặc đã từng thấy một thợ hàn điện được sử dụng) sẽ nhận thức rõ về sức mạnh tuyệt vời của hồ quang – đó là một cách tuyệt vời để di chuyển kim loại nóng chảy từ nơi này sang nơi khác!