Регенератор Bliss Power Volter™

Як розроблявся регенератор напруги BlissPower компанії Volter TM?

Кілька років тому технічний директор компанії «Електросвіт», підприємства, що має величезний досвід розробки та виробництва пристроїв, що підвищують якість напруги, поставив перед розробниками компанії завдання розробки принципово нового для компанії пристрою – регенератора напруги.

Відмінність регенераторів мережевої напруги від стабілізаторів діючого значення мережної напруги ключового типу і пристроїв безперебійного живлення на базі інверторів полягає в наступному: регенератор формує вихідний сигнал з формою, наближеною до ідеальної синусоїди з мінімумом нелінійних спотворень, за відсутності високочастотних для високочастотних. Регенератор не тільки здійснює стабілізацію напруги вихідного сигналу за чинним значенням, а й забезпечує регулювання його в широких межах за амплітудою та частотою.

Фактично регенератор забезпечує апаратуру автономним живленням, не пов’язаним з мережевою напругою. Крім того, враховуючи ємнісний характер навантаження регенератора, він повинен мати високу перевантажувальну здатність, забезпечуючи значну потужність при включенні апаратури.

Основними областями застосування регенераторів є прецизійна апаратура, насамперед високоякісні звукововідтворювальні системи, метрологічне та медичне обладнання.

До складу групи розробників регенератора увійшли технічний директор «Електроміру» та два головні конструктори електротехнічних підприємств, що мають багаторічний досвід розробки перетворювальної та автори десятків винаходів.

У технічному завданні на розробку регенератора в якості прототипу і цільового за параметрами виробу було обрано регенератор фірми PS Audio, технічне рішення якого захищене патентом US 7,259,705 від 21.08.2007 р. Регенератор PS Audio побудований на базі високоякісного підсилювача низької частоти і
прецизійного генератора синусоїди. Такий принцип реалізації забезпечує всі вимоги щодо точності вихідного сигналу, але підсилювач низької частоти, що працює в класі АВ, має низький ккд – трохи більше 30 – 40%. Збільшення ккд, тобто. переміщення режиму роботи до класу В, призводить до значного збільшення нелінійних спотворень. Тому виконати за цим принципом пристрій великої потужності майже неможливо –
при номінальній потужності навантаження 1 – 2 кВт розсіювана потужність становила б 2,5 – 5 кВт.

При виборі технічного рішення було розглянуто та відкладено у бік ряд варіантів. Наприклад, резонансний перетворювач, який забезпечує ідеально синусоїдальну форму вихідного сигналу, але не дозволяє регулювати його ні по амплітуді, ні по частоті. Інверторні варіанти абсолютно не прийнятні для високочутливої аудіоапаратури через високий рівень перешкод, як радіочастотних, так і генерованих інвертором в мережу живлення. Розглядався також перспективний варіант технічного рішення, що полягає у формуванні стежить синфазного з синусоїдальним сигналом живлення підсилювача низької частоти.

Власне, це рішення і послужило поштовхом для пошуку варіанта, що відповідає все вимогам технічного завдання.

Оптимальним варіантом, що забезпечує як високий ккд, так і вимоги по якості вихідного сигналу, виявилася реалізація регенератора на базі потужного цифрового перетворювача. Запропоноване технічне рішення забезпечує ККД пристрою більше 80%, що обумовлено мінімальними втратами в ключах цифрового перетворювача і незначними втратами. Значний кпд пристрої дозволив виконати його з великим конструктивним запасом, щоб забезпечити високу надійність пристрою. Глибокі зворотні зв’язки забезпечують практично нульовий вихідний опір і, отже, забезпечують ідеальну роботу регенератора на нестаціонарне навантаження з довільним імпедансом. Незважаючи на відносно невелику потужність в режимі -1100 Вт, пристрій забезпечує пускові струми порядку 50 А, що гарантує включення великого ємнісного навантаження, наприклад, кінцевих підсилювачів потужності з величезними конденсаторами в ланцюгах живлення. Живлення здійснюється від мережного багатообмотувального трансформатора, що забезпечує гальванічну розв’язку від мережі та мінімізацію синфазних перешкод. Розробка виробу велася понад п’ять років. За цей час було виготовлено кілька робочих макетів, проведено експериментальну перевірку всіх технічних рішень, розроблено технологічну та ремонтопридатну конструкцію виробу.

При тестуванні макетів регенератора перевірялася стійкість його роботи практично на будь-яке навантаження – активне, електродвигун, зварювальний трансформатор, набір ламп денного світла та найбільш характерне для сучасної апаратури ємнісне навантаження. Природно, перевірялася і його робота як джерело живлення аудіоапаратури різної топології, як з транзисторними, так і з ламповими підсилювачами потужності.

Якість вихідного сигналу оцінювалося кількісно за стабільністю вихідної напруги при коливаннях як напруги мережі, так і параметрів навантаження, за коефіцієнтом нелінійних спотворень і при роботі в перевантажувальних режимах, типових при включенні апаратури і при відтворенні звукового сигналу на максимальній потужності.

Оригінальність запропонованого технічного рішення підтверджено патентами України № 91548, №107895 та Росії № 150730 та № 2549166 та свідоцтвом про пріоритет PCT/UA/2015/00001.

Регенератор містить 7 джерел живлення постійного струму, величини напруги яких відносяться як U-2U (аналогічно резистивній матриці у твердотільних ЦАПах). Для управління процесом генерації напруги використовуються ключі на польових транзисторах..

 Таким чином, кожні 100 мікросекунд із джерел напруги збирається частина синусоїди за завданням цифрового еталона в мікропроцесорі. Отже, маємо силовий цифроаналоговий перетворювач, який вибудовує свій вихідний сигнал прямо на навантаженні без проміжних перетворень і без широтноімпульсної модуляції (не плутати з підсилювачем класу D). Нелінійні спотворення вихідного сигналу трохи більше 0,1%.

Такий підхід дозволяє досягти високого ККД – до 80%. При цьому апарат має досить низький вихідний опір (нижче за мережу), так як фільтруючі ємності джерел живлення складають десятки тисяч мікрофарад на кожному джерелі, а опір польових транзисторів, що підключають джерела, вимірюється в десятках мОм, індуктивний опір практично відсутній.

Важливою перевагою є те, що прилад є одночасно стабілізатором напруги в діапазоні від 190 до 255 вихідною потужністю 1,1 кВт з повною гальванічною розв’язкою від мережі. Дозволяє регулювати вихідну напругу від 1 до 240 В з кроком 1 В та вихідну частоту від 50 до 120 Гц з кроком 1 Гц.

Благотворний вплив на звук при підвищенні частоти живлення було доведено фірмою PSAUDIO, коли вона почала виробляти свою знамениту лінійку регенераторів з такою самою функцією.