Гальваническая развязка питания авто
USB через AUX с гальванической развязкой
У меня бюджетня магнитола, без родного USB с 1 CD (т. е. без чейнджера, без разъема под чейнджер, и да я знаю про ятур). Благо был AUX в бардачке, но при громкости 30 начинал «цыкать», на форуме народ грешил на проводку. По этому AUX был перенесен в бардачок, помеха осталась но ушла на 35 громкость, что в принципе уже терпимо, так как больше 30 не слушаю.
Далее были различные трансмиттеры, звук у всех плохой (через радио). В итоге первый подарил брату в октавию (и кстати там он работает заметно лучше, видимо в ауте, то ли антенна слабовата, то ли сам тракт шумный у меня помеха в паузах заметно больше).
Если по моделям. То это был ritmix fmt-954.
Следующий neoline roller, звук такой же, в паузах шумит чуть меньше. Питал регистратор, собственно из-за этого и покупался.
Ну и последний (на данный момент) neoline splash, он как и ritmix с AUX выходом. Звук через радио ужасный, не в плане качества из всех 3 он самый насыщенный. Но после 5 минут работы передаваемая частота плывет, и он начинает заикаться, что кстати бесит.
И тут начались доработки. Было решено использовать его через AUX выход, звук стал заметно лучше, как в плане стабильности, так и по насыщенности. Даже лучше чем с CD, по тому как мне лично кажется пред усилитель CD режет бас, и искажает средние частоты. Но появился фон, уже на 20 громкости. Плюс стало слышно генератор, во время движения.
Я грешил на не качественный преобразователь питания 12 в 5… напрасно. Но было поздно, трансмиттеру ампутировал ногу, перепаял на прямую к плате USB шнурок, антенну пустил по одной из жил кабеля. Там где термоусадка эта жила разрезана, чтобы не выводить в разъем и не давать лишнюю наводку. Результат: ничего не изменилось.
Далее на форуме выяснил про эффект «земляной петли», собственно когда земля питания совпадает в землей аудио тракта, и вся проводка в автомобиле превращается в антенну которая гонит все наводки в усилитель подключенного устройства.
Была куплена первая гальваническая развязка SUPRA SAD GL, тюльпаны отрезаны и заменены на миниджеки.
Результат: помехи ушли полностью.
Недостатки: срезались под ноль низкие частоты, да так что и эквалайзером не вытянуть. Так как в данном случае данная развязка это всего лишь 2 трансформатора, то и с высокими частотами произошли неприятные изменения, они вроде есть но звук смазан. Поездил неделю, надоело, выкинул (в багажник).
И собственно последняя доработка, было решено ставить развязку на питание чтобы не искажать и без того не особо качественный звук. Для этих целей нам подойдет любой DC-DC преобразователь питания с гальванической развязкой.
Уже есть статья про AM1D-0505, но в Рязани я его не нашел, но за то есть еще PEAK P6AU-0505ELF, тоже самое и на 100р. дешевле.
Микросхема была закуплена в тот же день, запаяна в удлинитель USB. Как паялись 4 проводка рассказывать и показывать не буду, только результат. И о чудо и звук хороший, и помех больше нет. Оставляем так.
В планах убрать провода в верхний бардачок, через разветвитель прикуривателя neoline quatro.
Итого:
микросхема — 280 р.
монтажная плата, чтобы все было красиво — 60р.
удлинитель USB — 50р. (свой я вообще нашел дома)
черная изолента — бесценна
Модуль гальванической развязки и задержки отключения питания для DIY аудиопроцессора в авто
Всем добрый день. Это будет небольшой обзор-заметка. Заканчивается год, а у меня в рамках обзоров остался один незавершенный вопрос. Если кто следил, то в обзоре DIY аудиопроцессора в авто, после установки устройства, я остался с проблемой наводок по линии питания (в динамиках можно было слушать приятный гул генератора на небольшой громкости), а также с проблемой небольшого хлопка в динамиках после выключения питания. Подобные проблемы появились также у людей, кто решил повторить мой проект, и, соответственно возникли вопросы по ликвидации этих недочетов системы.
В ходе поисков вариантов решения, был рожден небольшой модуль гальванической развязки питания (на базе DC-DC преобразователя B1212S-2W) и схемы задержки отключения питания аудиопроцессора. Получился рабочий прототип, который уже успешно прошел испытания. Подробности в обзоре.
С проблемой помех и шумов по линии питания процессора на ADAU1701 я уже сталкивался ранее, при внедрении аудиопроцессора в домашний УНЧ. Там я перепробовал разные варианты схем питания, но все равно приходилось ловить земляную петлю. Так было, пока я не решился попробовать запитать плату DSP от DC-DC преобразователя, который стоял на PiFi I2C DAC для RaspberryPi. Это был DC-DC модуль с гальванической развязкой B0505S. Припаялся к выводам преобразователя на плате и все шумы и помехи исчезли.
Такой же способ я решил применить к аудиопроцессору в авто. Для своего устройства я решил приобрести модуль B1212S-2W. Заказывал в трех местах:
Преобразователь выглядит следующим образом:
Пользуясь рекомендациями по подключению данных модулей от одного из производителей (DELUS B-1W & F-1W Series)
собрал на макетной плате небольшую схему из предохранителя 1А, диода, конденсатора (поставил параллельно два по 820 uF) и модуля B1212S-2W. После преобразователя поставил пленочный конденсатор 1,8 uF.:
Собрал и пошел пробовать в авто. Помехи по питанию пропали, сразу тишина, зато хлопок при выключении только увеличился, его стало уже реально слышно, что совсем не хорошо для динамиков. Затем я стал экспериментировать с конденсаторами большой емкости после преобразователя, чтобы придержать падение напряжения на ADAU1701, но B1212S-2W не выдержал таких издевательств. Пришлось заказывать новый.
В то же время, надо было решать вопрос с хлопком при выключении. Единственной идеей тогда было поставить реле задержки выключения питания, которое я даже заказал. (DC 12 В светодиодный цифровой дисплей домашней автоматизации реле задержки Триггера времени цепи таймер управления цикл Регулируемый переключатель релейный модуль) Но мне не нравился вариант, что реле должно всегда находиться в рабочем состоянии с действующим питанием.
Я начал поиск в сети различных схем задержки отключения питания, которые я смог бы реализовать. Для многих обитателей муськи это элементарные вещи, а для меня это реально вопрос).
Нашел следующую схему, которая мне понравилась своей простотой, а главное тем, что необходимые детали у меня были в наличии:
На базе неё я подготовил следующую схему своего модуля фильтра питания и устройства задержки выключения:
В данной схеме время задержки отключения питания задается емкостью конденсатора С1 (я использовал конденсатор 820 uF), а также резистором R2. При номинале резистора в 1кОм время задержки составило 2-3 секунды, я поставил резистор 3кОм, тем самым увеличив время выключения до 8-10 секунд, решил перестраховаться, так как не знаю, как быстро отключаются полностью усилители.
Нашел небольшое 12В реле от схемы защиты старого усилителя сабвуфера, VT1 – простой биполярный NPN транзистор.
Так как напряжение в авто при рабочем двигателе составляет около 14,2В, то я решил добавить в схему стабилитрон на 12В (5Вт) с балластным резистором 8,2 Ом (я использовал резисторы 3Ом+4,7Ом, 2Вт). Тем самым напряжение питания на DC-DC преобразователе B1212S-2W теперь не превышает 12,6В. На выходе DC-DC преобразователя пришлось поставить конденсатор С3 емкостью 1,8 мкФ, больше не было в наличии.
По всем линиям питания закрылся предохранителями 1А.
Схему изначально планировал собрать на макетной плате, поэтому и разводку платы делал для удобного макетного способа сборки. Делал в KiCAD, чтобы точно знать, что всё влезет с простыми соединениями:
Нашел старый корпус от разобранного ноутбучного БП, и установил свою плату прямо в нем, припаяв и зафиксировав провода питания и сигнала REM +12В:
Не сделал фото установки в авто, было холодно, хотелось сделать быстро, и было не до фото. Просто подключил все провода питания, и сам аудиопроцессор к клеммнику нового фильтра питания.
Включил питание, убедился в отсутствии шумов и помех, а также отсутствии хлопка при выключении, всё заработало как я хотел. Сделал несколько включений и выключений, и обнаружил, что на каждое третье-четвертое включение ADAU1701 не стартует, тишина.
По линии питания добавились конденсаторы, увеличилось время нарастания напряжения и ADAU1701 не хочет стабильно запускаться.
Такая же проблема была и в домашнем УНЧ, но тогда мне подсказал уважаемый dskinder в комментариях к тому обзору (ссылка на комментарий:), и я опять воспользовался советом, и уже прямо в авто добавил к конденсатору С13 на плате ADAU1701 параллельно конденсатор емкостью 1мкФ:
В итоге проблемы с запуском ADAU1701 исчезли, хлопки исчезли, шумы и ставший родным звук генератора тоже покинули систему. На сегодняшний момент все текущие проблемы решены, можно смело пользоваться.
Если у кого есть замечания, или более простые варианты решения, то буду очень рад критике и советам, так как компетентных людей в этой сфере на данном ресурсе очень много.
Гальваническая развязка питания авто
Приобретя современный осциллограф, сразу появилось множество интересных задач по измерениям. Изначально, ещё года три назад, хотелось протестировать бензогенератор и посмотреть, что там с синусоидой, и сравнить её с формой сигнала домашней сети. В то время у нас был советский осциллограф С1-55. Но лезть осциллографом в сеть, и просто так проверять нельзя, так как корпус прибора соединён с землёй. Значит, измерения необходимо проводить через гальваническую развязку. Иначе может быть беда. В лучшем случае, из негативных последний, что-нибудь сгорит, в худшем — шарахнет (и этот результат сложно предсказуем, можно и «ласты» склеить). Сейчас у нас осциллограф другой, намного современнее. Возможно, вышеуказанные измерения данный прибор предусматривает и без гальванической развязки, но рисковать ни им, ни собой не хочется. Так вот, чтобы обезопасить себя, осциллограф и подопытные устройства в будущем, мы займёмся изготовлением гальванической развязки.
Да начала немного теории. Гальваническая развязка это передача энергии и сигналов без электрического контакта между цепями. Основная цель гальванической развязки это защита оборудования и людей от поражения электрическим током. Бывает несколько видов гальванической развязки:
В данной статье мы рассмотрим изготовление развязки трансформаторного вида, его ещё называют индуктивный. Это самый надёжный и простой способ решить вопрос развязкой по питанию, так как первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга. То есть между ними нет контакта по которому мог бы пройти электрический ток (если только это не аварийный трансформатор, где присутствует пробой изоляции и имеется межвитковое замыкание). Передача электроэнергии осуществляется только при помощи индукции. Рассмотрим какими же достоинствами и недостатками обладает данный вариант исполнения гальванической развязки.
Что из недостатков стоит отметить, и насколько они для нашей задачи будут именно недостатками:
Теперь перейдем к вариантам изготовления трансформаторной гальванической развязки. Покупку готового трансформатора или устройства намеренно не рассматриваем, так как это до банальности просто. Первый вариант изготовления. В зависимости от требуемой мощности гальванической развязки, подбираем соответствующий трансформатор. Для самоуспокоения, что мощности будет достаточно, рассчитываем параметры магнитопровода трансформатора. Расчёт можно выполнить при помощи онлайн калькулятора, перейдя по ссылке: Расчет трансформатора с броневым магнитопроводом. После рассчитываем количество витков в первичной и во вторичной обмотках. В этом же калькуляторе это с лёгкостью можно сделать. Далее наматываем обе обмотки. И в завершении, если требуется, оформляем устройство в корпус.
Третий вариант изготовления гальванической развязки будет самый простой. Ничего мотать и рассчитывать (за исключением габаритной мощности) не придётся. О нём здесь расскажем в подробностях по ходу изготовления этого устройства. Для начала нам потребуется два совершенно одинаковых трансформатора. Принцип построения устройства заключается в том, что оба трансформатора включаются друг на встречу другу вторичными обмотками. Эта схема в кругах радиолюбителей именуется как перевертыши.
Трансформаторы мы добудем из блоков питания от какого-то телекоммуникационного оборудования.
Вскрываем корпуса. Один из них будет корпусом нашего устройства. Внутри блока питания кроме самого трансформатора больше ничего нет.
Замеряем габаритные характеристики магнитопровода и выполняем расчёт габаритной мощности. Мощности в этих трансформаторах достаточно, каждый может отдать 150 ватт.
Теперь демонтируем все детали и элементы. Параллельно прикидываем как лучше разместить два трансформатора в одном корпусе.
Если разместить два трансформатора на одной плоскости, то это будет неправильным решением, так как в нижних частях передней и задней панелей не получится установить разъёмы и органы управления прибором. Поэтому решено один из трансформаторов закрепить вверх ногами. Для этого вырезаем две планки и подготавливаем места для сварки.
Далее приступаем к разработке функционала устройства. Отсюда будут формироваться его передняя и задняя панели. Составляем схему устройства.
Схема готова, теперь займёмся изготовлением передней и задней панелей. Передняя панель будет сделана из отдельного элемента, который в последствии установим на прибор. В задней — сделаем два отверстия для предохранителей и ещё выточим одно прямоугольное, для установки выходного сетевого разъёма. Процесс изготовления элемента передней панели и примерка её компонентов.
Разметка передней панели.
Для охлаждения устройства с боку крышки корпуса предусмотрим большое отверстие, которое закроем специальной решёткой от вентилятора блока питания компьютера.
Вентиляционное отверстие готово. Далее в основании корпуса с передней части мы полностью вырезали металл. Оставив только маленькие уголки, за которые будет крепиться новая передняя панель. После этого мы принялись за изготовление самой передней панели.
Примеряем детали корпуса друг к другу.
Переднюю панель будем крепить при помощи четырёх втяжных заклёпок.
Вид с обратной стороны корпуса.
Как и полагается, все детали красим.
Настал момент сборки.
На заднюю панель установлены сетевые разъёмы и предохранители.
В одном месте, где крепиться трансформатор винтом, зачищаем краску для хорошего контакта с массой корпуса.
Далее вставляем в отверстия винты для крепления первого трансформатора и готовим к монтажу резиновые ножки.
Ножки устройства наклеены.
Теперь готовим к монтажу переднюю панель.
Прикладываем элемент панели к корпусу и вставляем заклёпки.
После монтажа элемента передней панели в неё устанавливаем выключатели и разъёмы.
Далее приступаем к доработке и установке китайских индикаторов. Их планируем установить два. Верхний будет показывать напряжение на выходе гальванической развязки, он будет большим. А нижний будет показывать напряжение на выходе вторичной обмотки первого трансформатора. Этот индикатор будет маленький. Для нашей конструкции применены окошки от больших дисплеев, они здесь более гармонично смотрятся. В связи с этим индикатор из оригинального корпуса нужно извлечь и установить в новое окошко.
Теперь готовим к сборке и установке нижний дисплей.
Органы управления, разъёмы и дисплеи установлены.
Далее устанавливаем первый трансформатор и осуществляем монтаж проводников от сетевого разъёма до первичной обмотки.
Следующим шагом устанавливаем второй трансформатор и монтируем цепи выходного сегмента гальванической развязки.
Для защиты вторичных обмоток необходимо предусмотреть предохранители. Для этого пришлось сделать печатную плату. Здесь будем использовать автомобильный тип предохранителей. В качестве их держателей, в плату впаяны автомобильные коннекторы.
Теперь нужно подключить нижний индикатор. Поскольку найти вольтметр переменного напряжения на малые значения не удалось, то решено было использовать вольтметр для измерения постоянно напряжения, только включив его через диодный мост.
Собрав окончательно схему и включив прибор возник неподдельный интерес, а какой течёт ток во вторичной обмотке первого трансформатора? Благо дело автомобильные коннекторы позволяют быстро извлечь предохранитель и вместо него установить щупы мультиметра.
Ток во вторичной обмотке составляет 2,7 ампера. Что не так уж и мало.
Теперь проведём замеры выходного напряжения гальванической развязки. Параллельно сравним показания индикатора прибора и мультиметра.
А теперь сравним, что показывает вольтметр, подключённый через диодный мост.
На этом можно работы завершать. Устройство почти готово.
Осталось в крышку корпуса установить декоративную решётку. Её будем крепить при помощи втяжных заклёпок.
Готовим крепёж крышки корпуса.
В завершении этой части статьи подключим осциллограф через гальваническую развязку. Работает. Измерения мы проведём в следующей части. Также будет ещё доработка по части измерения напряжения вторичной обмотки первого трансформатора.
И ещё один момент. Вес гальванической развязки составил 7 кг 930 г. И это без кабеля питания.