Регенератор Bliss Power Volter

Предлагаемый источник питания высокого качества создан по принципу цифроаналогового преобразования на основе метода суммирования аналоговых величин пропорциональных весам разрядов цифрового кода, разрядные коэффициенты которых равны единице.

Как разрабатывался регенератор сетевого напряжения BlissPower компании Volter TM?

Несколько лет назад технический директор компании «Электромир», предприятия, имеющего огромный опыт разработки и производства устройств, повышающих качество сетевого напряжения, поставил перед разработчиками компании задачу разработки принципиально нового для компании устройства – регенератора сетевого напряжения.

Отличие регенераторов сетевого напряжения от стабилизаторов действующего значения сетевого напряжения ключевого типа и устройств бесперебойного питания на базе инверторов заключается в следующем: регенератор формирует выходной сигнал с формой, приближенной к идеальной синусоиде с минимумом нелинейных искажений, при отсутствии высокочастотных помех, характерных для инверторных устройств.Регенератор не только осуществляет стабилизацию напряжения выходного сигнала по действующему значению, но и обеспечивает регулирование его в широких пределах по амплитуде и частоте.

Фактически регенератор обеспечивает аппаратуру автономным питанием, не связанным с сетевым напряжением. Кроме того, учитывая емкостной характер нагрузки регенератора, он должен обладать высокой перегрузочной способностью, обеспечивая значительную мощность при включении аппаратуры.

Основными областями применения регенераторов является прецизионная аппаратура, прежде всего высококачественные звуковоспроизводящие системы, метрологическое и медицинское оборудование.

В состав группы разработчиков регенератора вошли технический директор «Электромира» и два главных конструктора электротехнических предприятий, имеющие многолетний опыт разработки преобразовательной и измерительной техники, авторы десятков изобретений.

В техническом задании на разработку регенератора в качестве прототипа и целевого по параметрам изделия был выбран регенератор фирмы PS Audio, техническое решение которого защищено патентом US 7,259,705 от 21.08.2007 г. Регенератор PS Audio построен на базе высококачественного усилителя низкой частоты и
прецизионного генератора синусоиды. Такой принцип реализации обеспечивает все требования по точности выходного сигнала, но усилитель низкой частоты, работающий в классе АВ, имеет невысокий кпд - не более 30 – 40%. Увеличение кпд, т.е. перемещение режима работы в класс В, приводит к значительному увеличению нелинейных искажений. Поэтому выполнить по этому принципу устройство большой мощности почти нереально –
при номинальной мощности нагрузки 1 – 2 кВт рассеиваемая мощность составляла бы 2,5– 5 кВт.

При выборе технического решения были рассмотрены и отложены в сторону ряд вариантов. Например, резонансный преобразователь, который обеспечивает идеально синусоидальную форму выходного сигнала, но не позволяет регулировать его ни по амплитуде, ни по частоте. Инверторные варианты абсолютно не приемлемы для высокочувствительной аудиоаппаратуры из-за высокого уровня помех, как радиочастотных, так и генерируемых инвертором в питающую сеть. Рассматривался также перспективный вариант технического решения, заключающийся в формировании следящего синфазного с синусоидальным сигналом питания усилителя низкой частоты.

Собственно, это решение и послужило толчком для поиска варианта, соответствующего все требованиям технического задания.

Оптимальным вариантом, обеспечивающим как высокий кпд, так и требования по качеству выходного сигнала, оказалось реализация регенератора на базе мощного цифроаналогового преобразователя. Предложенное техническое решение обеспечивает кпд устройства более 80%, что обусловлено минимальными потерями в ключах цифроаналогового преобразователя и незначительными потерями. Значительный кпд устройства позволил выполнить его с большим конструктивным запасом, чтобы обеспечить высокую надежность устройства. Глубокие обратные связи обеспечивают практически нулевое выходное сопротивление и, следовательно, обеспечивают идеальную работу регенератора на нестационарную нагрузку с произвольным импедансом. Несмотря на относительно небольшую мощность в установившемся режиме -1100 Вт, устройство обеспечивает пусковые токи порядка 50 А, что гарантирует включение большой емкостной нагрузки, например, оконечных усилителей мощности с огромными конденсаторами в цепях питания. Питание осуществляется от сетевого многообмоточного трансформатора, что обеспечивает гальваническую развязку от сети и минимизацию синфазных помех. Разработка изделия велась более пяти лет. За это время было изготовлено несколько рабочих макетов, проведена экспериментальная проверка всех технических решений, разработана технологичная и ремонтопригодная конструкция изделия.

При тестировании макетов регенератора проверялась устойчивость его работы практически на любую нагрузку – активную, электродвигатель, сварочный трансформатор, набор ламп дневного света и наиболее характерную для современной аппаратуры емкостную нагрузку. Естественно, проверялась и его работа в качестве источника питания аудиоаппаратуры различной топологии, как с транзисторными, так и с ламповыми усилителями мощности.

Качество выходного сигнала оценивалось количественно по стабильности выходного напряжения при колебаниях как сетевого напряжения, так и параметров нагрузки, по коэффициенту нелинейных искажений и при работе в перегрузочных режимах, типичных при включении аппаратуры и при воспроизведении звукового сигнала на максимальной мощности.

Оригинальность предложенного технического решения подтверждена патентами Украины № 91548, №107895 и России № 150730 и № 2549166 и свидетельством о приоритете PCT/UA/2015/00001.

Регенератор содержит 7 источников питания постоянного тока, величины напряжения которых относятся как U-2U (аналогично резистивной матрице в твердотельных ЦАПах). Для управления процессом генерации напряжения используются быстродействующие ключи на полевых транзисторах.

 Таким образом, каждые 100 микросекунд из источников напряжения собирается часть синусоиды по заданию цифрового эталона в микропроцессоре. Следовательно, мы имеем силовой цифроаналоговый преобразователь, который выстраивает свой выходной сигнал прямо на нагрузке без промежуточных преобразований и без широтноимпульсной модуляции (не путать с усилителем класса D). Нелинейные искажения выходного сигнала не более 0,1%.

Такой подход позволяет достичь высокого КПД - до 80%. При этом аппарат обладает довольно низким выходным сопротивлением (ниже чем сеть), так как фильтрующие емкости источников питания составляют десятки тысяч микрофарад на каждом источнике, а сопротивление полевых транзисторов, подключающих источники, измеряется в десятках мОм, индуктивное сопротивление практически отсутствует.

Немаловажным преимуществом является то, что прибор является одновременно стабилизатором напряжения в диапазоне от 190 до 255 В выходной мощностью 1,1 кВт с полной гальванической развязкой от сети. Позволяет регулировать выходное напряжение от 1 до 240 В с шагом 1 В и выходную частоту от 50 до 120 Гц с шагом 1 Гц.

Благотворное влияние на звук при повышении частоты питания было доказано фирмой PSAUDIO, когда она стала производить свою знаменитую линейку регенераторов с такой же функцией.