Snížení hukotu zesilovače pomocí vlastního toroidního transformátoru

Typický inženýrský případ OEM, který ukazuje, jak návrh transformátoru, stínění, upevnění a integrace do systému může snížit mechanické vibrace a nízkofrekvenční hukot v zařízeních pro audiozesilovače.

Přehled projektu

Výzva

Zesilovač fungoval normálně při středních a vysokých výstupních úrovních, ale šum byl patrný, když byl zesilovač v nečinnosti nebo přehrával hudbu při nízké hlasitosti.

Projekt zahrnoval dva různé projevy hluku:

• Mechanický hukot bylo možné slyšet přímo z transformátoru a rámové konstrukce zesilovače.
• Nízkofrekvenční hukot byl také detekovatelný prostřednictvím reproduktorů.

Ačkoli oba projevy souvisely s oddílem napájecího zdroje, vyžadovaly různá technická řešení. Mechanický hukot je obvykle spojen s hustotou magnetického toku transformátoru, kvalitou síťového napětí, vibracemi jádra a upevněním. Hukot z reproduktorů může být také ovlivněn magnetickou vazbou, kapacitním šumem, uzemněním, proudovými smyčkami usměrňovače a uspořádáním vnitřních vodičů.

Zákazník požadoval řešení transformátoru, které by se vešlo do stávající rámové konstrukce a zároveň zachovalo požadované výstupní napětí, jmenovitý výkon a teplotní výkon.

Inženýrská analýza

Společnost ECKO zkontrolovala specifikaci transformátoru společně s napájecím zdrojem zesilovače a mechanickým uspořádáním.

Technická revize zahrnovala:

• Maximální a minimální vstupní střídavé napětí
• Požadovaná sekundární napětí a proudové hodnoty
• Provozní výkon zesilovače a přechodné zatížení
• Nulový proud transformátoru
• Odhadovaná provozní magnetická indukce
• Dostupný instalační prostor
• Vzdálenost mezi transformátorem a předzesilovačem a vstupními obvody
• Orientace transformátoru a konstrukce jeho upevnění
• Vedení vodičů primárního a sekundárního vinutí
• Zemnění a uspořádání ochranného zemnění
• Umístění usměrňovače a filtračního kondenzátoru
• Přípustné zvýšení teploty a náběhový proud

Hodnocení ukázalo, že šum nebyl způsoben jediným faktorem. Je třeba současně zohlednit magnetickou indukci transformátoru, přenos vibrací, magnetickou vazbu a vedení vodičů pro velký proud.

Přizpůsobené řešení transformátoru od ECKO

1. Nižší provozní magnetická indukce

Navrhování primárního vinutí a jádra bylo přepočítáno pro celý rozsah vstupního napětí.

Optimalizací počtu závitů primárního vinutí, velikosti jádra a průřezu měděného vodiče byl provoz transformátoru posunut dál od nasycení jádra, zejména při napětí sítě vyšším než jmenovité.

Tím se snížila citlivost transformátoru na změny napětí sítě a snížilo se riziko slyšitelného vibrace jádra.

2. Optimalizovaná konstrukce vinutí

Primární a sekundární vinutí byla uspořádána tak, aby byla dosažena konzistentní magnetická rovnováha a stabilní regulace napětí.

Kontrolované napnutí vinutí, rovnoměrné rozložení mědi a opakovatelné izolační vrstvy pomohly snížit vnitřní pohyb a zlepšily konzistenci výroby.

Vodiče vysokoproudového sekundárního vinutí byly rovněž uspořádány tak, aby byla minimalizována plocha smyčky a nadbytečné magnetické vazby uvnitř zesilovače.

3. Elektrostatické a magnetické stínění

Mezi primární a sekundární vinutí byla přidána elektrostatická stínící vrstva, aby se snížil kapacitní přenos rušení z napájecí sítě.

Pro uspořádání zesilovačů citlivých na šum lze jako volitelnou možnost přidat magnetické stínění kolem toroidního transformátoru, čímž se dále sníží nežádoucí vazba magnetického pole do obvodů předzesilovače, vstupních obvodů a obvodů zpracování signálu.

Konfigurace stínění a způsob jeho připojení je nutné koordinovat s uzemněním zesilovače a návrhem ochranného uzemnění.

4. Montáž s izolací proti vibracím

Původní tuhá montážní konstrukce přenášela část vibrací transformátoru přímo na kovový rámový kryt, čímž se bzučení stalo patrnějším.

Doporučuje ECKO:

• Gumové izolační podložky nad a pod transformátorem
• Izolovaná středová montážní podložka
• Správný utahovací krouticí moment středového šroubu
• Žádný přímý kovový tlak na povrch vinutí
• Dostatečná vzdálenost mezi transformátorem a pouzdrem

Toto upevnění pomohlo snížit přenos vibrací bez změny rámu zesilovače.

5. Zlepšená poloha transformátoru a vedení vývodů

I toroidní transformátor s nízkou únikovou proudovou zátěží může způsobit rušení, je-li umístěn příliš blízko citlivých audio obvodů.

Při testování prototypu byla posouzena orientace transformátoru. Vodiče primárního vinutí, vodiče sekundárního vinutí s vysokým proudem a vodiče usměrňovače byly umístěny mimo obvody nízké úrovně signálu a předzesilovače.

Pokud bylo možné, dvojice střídavých vodičů byly zkrouceny a udrženy co nejkratší, aby se snížilo vyzařované magnetické pole.

6. Řízení náběhového proudu

Torusová transformátory může při zapnutí vyvolat relativně vysoký náběhový proud.

V závislosti na výkonu zesilovače a kapacitě filtračních kondenzátorů může ECKO koordinovat návrh transformátoru s:

• NTC omezovači náběhového proudu
• Obvody pro mírný start řízené relé
• Systémy postupného zapínání napájení
• Přizpůsobené konfigurace primárních vinutí

Tím se chrání spínače, relé a pojistky a zároveň se zajišťuje spolehlivý start zesilovače.

Zkoušky a ověření prototypu

Přizpůsobený prototyp byl vyhodnocen za podmínek bez zátěže i při jmenovité zátěži.

Ověřovací proces zahrnoval:

• Měření primárního proudu za bezzátěžových podmínek
• Zkoušku výstupního napětí sekundární strany
• Zkoušku regulace napětí
• Testování teplotního nárůstu za plného zatížení
• Testování dielektrické pevnosti
• Testování izolačního odporu
• Hodnocení mechanického hluku
• Prohlídka vibrací transformátoru
• Testování změn vstupního napětí
• Ověření hluku zesilovače v režimu nečinnosti
• Poslechové testy při nízkém výstupním hlasitostním nastavení

Zákazník také posoudil orientaci transformátoru, vedení přívodních vodičů a upevnění uvnitř skutečného pouzdra zesilovače.

Výsledek projektu

Po optimalizaci konstrukce transformátoru a jeho upevnění se výrazně snížil slyšitelný hukot transformátoru a vibrace rámu zesilovače.

Bylo také sníženo magnetické a kapacitní rušení v okolí citlivých audio obvodů, čímž došlo k čistšímu pozadí při nečinnosti zesilovače nebo při provozu při nízké hlasitosti.

Konečný návrh zachoval požadovaná sekundární napětí, výkonový výstup, izolační vlastnosti a přijatelnou provozní teplotu.

Schválené výkresy, specifikace vinutí, požadavky na materiál a limity zkoušek byly zdokumentovány za účelem zajištění opakovatelné výroby pro OEM.

Proč jsou toroidní transformátory vhodné pro audiozesilovače

Toroidní transformátory se široce používají v profesionálním audiozařízení a v zařízeních Hi-Fi, protože poskytují:

• NÍZKÉ ROZPTYLOVÉ MAGNETICKÉ POLE
• Kompaktní rozměry a nižší hmotnost
• Vysoká elektrická účinnost
• A nízkými ztrátami v nezatíženém stavu
• Průmyslově flexibilní více sekundárních vinutí
• Dobrá regulace napětí
• Tichý provoz při správném návrhu a montáži
• Nastavitelné možnosti elektrostatického a magnetického stínění

Toroidní transformátor však není automaticky tichý. Pro dosažení nízké úrovně šumu je důležitá správná hustota magnetického toku, návrh vinutí, montáž, stínění, uzemnění i uspořádání zesilovače.

Informace potřebné pro transformátor nízkého šumu pro zesilovač

Chcete-li vyvinout přizpůsobený toroidní transformátor pro váš zesilovač, uveďte prosím:

• Minimální a maximální vstupní napětí
• Frekvence elektrické sítě
• Požadované sekundární napětí
• Trvalý a špičkový sekundární proud
• Typ zesilovače a jmenovitý výstupní výkon
• Dostupný průměr a výška transformátoru
• Maximální požadavek na nárůst teploty
• Způsob montáže
• Nárazový proud nebo omezení pojistek
• Požadovaná elektrostatická nebo magnetická stínění
• Stávající výkres nebo vzorek transformátoru
• Popis projevu hluku

Pokud je to možné, upřesněte, zda hluk vychází přímo z transformátoru, ze skříně zesilovače nebo z reproduktorů. To pomůže našim technikům určit nejvhodnější řešení.

Kombinované nízkohlučivé toroidní transformátory od ECKO

ECKO poskytuje speciální toroidní transformátory pro profesionální audiozesilovače, systémy Hi-Fi, předzesilovače, studijní zařízení a další elektronické zařízení citlivá na šum produkty .

Naše technická podpora zahrnuje kontrolu specifikací, návrh transformátoru, výrobu prototypu, testování, schválení výkresů a pravidelné OEM dodávky.

Pošlete nám požadavky na výkon vašeho zesilovače, vstupní a výstupní napětí, dostupné rozměry a požadavky na úroveň šumu. Naši inženýři prověří aplikaci a doporučí vhodné řešení transformátoru.

Žádost o technickou kontrolu

Potřebujete snížit hukot transformátoru nebo šum napájecího zdroje ve svém zesilovači?

Pošlete nám výkres transformátoru, elektrické specifikace nebo stávající vzorek společnosti ECKO pro individuální technickou kontrolu.