Эффективная защита транзисторов выходного каскада УМЗЧ

[Mepavel]

Предлагаемая для рассмотрения электрическая схема защиты транзисторов выходного каскада (ВК) УМЗЧ позволяет точно учесть их статическую и импульсные области безопасной работы (ОБР) в широком диапазоне температур и при работе на произвольную комплексную нагрузку.
Благодаря этому в отличие от традиционных схем защит отпадает необходимость в двух-, трёх- и даже четырёхкратном запасе по мощности транзисторов ВК.
Основные особенности:
- Высокая точность;
- Непосредственное и непрерывное измерение мгновенной рассеиваемой мощности на транзисторном кристалле, что позволяет адекватно работать на любую реактивную нагрузку (учёт эллиптической нагрузочной кривой);
- Динамическое измерение температуры перехода кристалла (Tj) и тока стока (коллектора) (учёт импульсной ОБР);
- Зависимость ОБР от температуры корпуса (Tc);
- Гарантированная и правильная работоспособность в широких пределах изменения напряжения питания ВК;
- Малый температурный дрейф параметров полупроводниковых элементов защиты;
- Простая настройка (отсутствует надобность экспериментального подбора большого числа номиналов схемы).
Электрическая схема защиты

Основным элементом схемы является четырёхквадрантный аналоговый умножитель AD633, который обладает высокими показателями по быстродействию, точности и термостабильности. Напряжение с резистивного датчика тока R4 предварительно усиливается УН на ОУ X3 в 10 раз и поступает на дифференциальный вход X умножителя на X4. Напряжение сток-исток (коллектор-эмиттер) через резистивный делитель 1:10 подаётся на вход Y умножителя. Таким образом, с учётом математической формулы умножителя получаем на 100 Ватт рассеиваемой мощности приращение в 1 Вольт выходного напряжения умножителя. Далее сигнал с выхода умножителя идёт на интегрирующую цепочку R8С1, которая учитывает динамику разогрева кристалла. Напряжение с конденсатора С1 поступает на компаратор X2, который срабатывает при превышении заданного порога по мощности. Контроль за превышением максимально допустимого тока стока (коллектора) осуществляет компаратор X6. Сигнал «тревоги» с выхода компараторов X2 и X6 складывается диодным «ИЛИ» и поступает, например, на вход «Мute» усилителя (разумеется через логическую развязку «ИЛИ» с других плеч ВК).
Результат моделирования схемы , оптимизированной под транзистор типа 2SC5200

Зависимость ОБР от температуры корпуса транзистора

Pmax=f(Tc)=(Tj-Tc)/Rt, (1)

где Pmax – максимально допустимая рассеиваемая мощность транзистора;
Tj – максимально допустимая температура перехода;
Tc – температура корпуса транзистора;
Rt – тепловое сопротивление переход-корпус.
Эта зависимость учитывается, с помощью термодатчика на транзисторе Q1, сигнал с которого подаётся на вход суммирования Z умножителя.
Например по формуле (1) для транзистора 2SC5200 максимальная рассеиваемая мощность Pmax составляет 150 Ватт при Tc=25 C (Rt=0,833 С/Ватт), а при Tc=100 С она уменьшается до 60 Вт. Учитывая, что при Pmax=150 Вт на выходе умножителя должно быть приращение напряжения на 1,5 В, а при Pmax=60 Вт соответственно на 0,6 В, нужно делителем R1R2 добиться такого ТКН термодатчика, чтобы при повышении температуры с 25 С до 100 С напряжение Uэк транзистора Q1 изменялось на 1,5-0,6=0,9 В.

[свернуть]

[kaskod]

Имхо, мнение дилетанта. Чем городить огород, проще и наверное дешевле поставить вторую пару выходников.

[korolkov24]

Ох... честно ну уже не хочется язвить, но а как же "скольжение по ОБР"? Не иначе как фантастика для любой традиционной схемы защиты.

Времени уже нет с вами беседовать.
Поиском схем и доказыванием чего либо нет желания заниматься, так как идея не перспективна в корне.
Если есть желание, попробуйте вашу защиту вставить в реальную схему, в симуляторе, а я на ту же схему приделаю обычную защиту - наглядно посмотрим выигрыш вашей задумки.
Можете использовать эту схемку p_n.CIR, только в нижнем транзисторе IRF9540, поменяйте в строке (.MODEL MD D IS=3.77967e-09 RS=0.0122653 N=1.5 BV=100) BV=100 на BV=200.

[Mepavel]

Если есть желание, попробуйте вашу защиту вставить в реальную схему, в симуляторе, а я на ту же схему приделаю обычную защиту - наглядно посмотрим выигрыш вашей задумки.

korolkov24, зачем защиту вставлять в реальную схему усилителя? Конечно, никаких проблем нет, можно это сделать. Но зачем увеличивать время расчёта? Так же не вижу логики Вашем посте, где по двум активным нагрузкам Вы сделали вывод о "скольжении по ОБР" (это уже является хотя бы математически неграмотно).
Вы бы лучше прикрепили файл усилителя с Вашей отстроенной защитой, а не сам усилитель. Надо моделировать защиту, а не усилитель.

Offтопик:
korolkov24, раздел подробного рассмотрения защит транзистров ВК в книге Д. Селфа, как я понял, Вы не смотрели. Там, оказывается, даже есть пример моделирования защиты, почти в точности как это сделал я в первом посте.

---------- Добавлено в 09:23 ---------- Предыдущее сообщение в 09:12 ----------

Имхо, мнение дилетанта. Чем городить огород, проще и наверное дешевле поставить вторую пару выходников.

Если речь идёт об УМЗЧ без общей ООС и требуется добавить только одну пару транзисторов, то городить огород действительно не имеет смысла.

[korolkov24]

зачем защиту вставлять в реальную схему усилителя? Конечно, никаких проблем нет, можно это сделать.

Так сделайте, зачем пустословить? вот и посмотрим, как вы сделали недоумков инженеров всего мира я честное слово буду даже рад.
Тема называется "Эффективная защита транзисторов выходного каскада УМЗЧ"

---------- Добавлено в 09:45 ---------- Предыдущее сообщение в 09:43 ----------

korolkov24, раздел подробного рассмотрения защит транзистров ВК в книге Д. Селфа, как я понял, Вы не смотрели.

Это мне надо? перечитывать всё заново, что я там для себя найду? - книга для начинающих.

[Mepavel]

Так сделайте, зачем пустословить? вот и посмотрим, как вы сделали недоумков инженеров всего мира я честное слово буду даже рад.

Как раз и собирался уже привести конечный вариант реальной схемы (а не модели), которая будет запитываться о БП транзисторов ВК. Только я наоборот считаю, в отличии от Вас, что те же разработчики, к примеру, бюджетного усилителя Yamaha A-S300 (стоимостью 250 $) всё сделали правильно. Сами посчитайте один умножитель стоит 10 $, а их надо 4 (на каждый транзистор). И того уже прибавка за неубиваемость усилителя равна 40$. Вам не кажется, что для усилителя начального уровня это слишком круто? Тем более, что если этот усилитель будет работать на нормальную АС (не самопал), то никаких проблем с выходом за ОБР в принципе быть не должно. Крутая защита тут не нужна. А вот если усилитель используется в условиях экспериментов (демонстрации) с разными АС или в концертных целях (где КЗ в проводе, сгорание звуковой катушки обычное дело. Хотя опять же это вина малограмотного и неряшливого пользователя этих усилителей ), то такая защита будет чрезвычайно полезна. Да и просто, может кому-то хочется получить действительно надёжный усилитель при максимуме использования возможностей транзисторов ВК. Или с другой стороны, есть желание выжать максимум из усилителя при работе на какую-нибудь неоптимальную нагрузку (например, часто возникает желание включить параллельно несколько разных АС в экспериментах за поиском нужного звука. Или вообще если неизвестно, что могут подключить к УМ и т.п.)

Это мне надо? перечитывать всё заново, что я там для себя найду? - книга для начинающих.

Если эта книга для начинающих, то странно, что профессиональный разработчик усилителей такое пишите в теме. Например, Вы считаете границу ОБР транзистора линейной функцией (а на самом деле это гипербола), потому полагаете, что Ваша защита с одним тангенсом угла наклона "скользит по ОБР". Хотя и так понятно, что гиперболу на большом участке изменения аргумента функции нельзя аппроксимировать одной прямой. Ещё пример, в книге хоть показывают, как правильно моделировать схему защиты в симуляторе. Или профессионалам не надо знаний математики и умений компьютерного моделирования/проектирования/анализа?

[korolkov24]

Вы считаете границу ОБР транзистора линейной функцией

Где я это писал?

[Mepavel]

Где я это писал?

Не писали, но подразумевали всегда.

[korolkov24]

потому полагаете, что Ваша защита с одним тангенсом угла наклона "скользит по ОБР". Хотя и так понятно, что гиперболу на большом участке изменения аргумента функции нельзя аппроксимировать одной прямой.

Много слов - мою защиту можно рассматривать только в 3-х мерном пространстве.

Ещё пример, в книге хоть показывают, как правильно моделировать схему защиты в симуляторе.

Да что вам далась эта книга? человек написал её для школьников, почитайте что-нибудь посерьёзнее.
Вам показали схему, которая убивает вашу задумку на корню, ни стоит из-за этого злиться.
Впереди целая жизнь и много удивительных знаний - дерзайте.
Я показал простейший вариант, есть варианты, которые нужно рассматривать в 4-х измерениях.
1) Ток.
2) Напряжение.
2) Время1 (длительность площади перегрузки).
2) Время 2 (количество периодов перегрузки).

---------- Добавлено в 13:05 ---------- Предыдущее сообщение в 13:03 ----------

Offтопик:

Не писали, но подразумевали всегда.

Это ваши иллюзии, я об этом вообще не думал, за ненадобностью, поэтому не надо додумывать, думайте лучше за себя.

[shkal]

Я ,конечно, понимаю всю глубину спора, но за $10 (AD633+обвязка) можно купить 2 пары mjl21193+mjl21194 и сиииильно расширить суммарную ОБР.
А вот ещё можно AD734 применить, и тогда усилитель будет "скользить по ОБР" с точностью 0.1%

[Mepavel]

Много слов - мою защиту можно рассматривать только в 3-х мерном пространстве.

Вам показали схему, которая убивает вашу задумку на корню, ни стоит из-за этого злиться.

И эта схема убивает мою задумку на корню?



Представляю результаты моделирования в линейном и полном логарифмическом масштабе. Даташитовская граница ОБР при температуре корпуса 25 градусов показана красным цветом.


Как видно из рисунков, в области средних значений напряжений порог срабатывания защиты далеко выходит за пределы ОБР транзистора. И это при 25 градусах на корпусе! И эта та схема защиты, которая убивает мою на корню?
Честно говоря, если бы нормировать данную схему защиты при температуре корпуса 85 градусов, то получим грамотный и компромиссный вариант выбора порога срабатывания защиты, применяемый в бюджетных усилителях. Т.е. такая защита не способна защитить усилитель на произвольную нагрузку, но зато она прилично отрабатывает на КЗ и очень малых сопротивлениях нагрузки. А так же неплохо спасает от превышения максимально допустимого тока стока.
Насчёт трёхмерного пространства улыбнули! Наверное, третьей координатой пойдёт температура.

[korolkov24]

Представляю результаты моделирования в линейном и полном логарифмическом масштабе.

Более безграмотного подхода быть не может.

Offтопик:
Прошу прощения за резкость, не сдержался.

[Mepavel]

Offтопик:

Да что вам далась эта книга? человек написал её для школьников, почитайте что-нибудь посерьёзнее.

korolkov24, честно говоря, не ожидал такого высокомерия от Вас.

[korolkov24]

Вот здесь правильные расчёты. https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1557723

---------- Добавлено в 14:01 ---------- Предыдущее сообщение в 13:59 ----------

Offтопик:

korolkov24, честно говоря, не ожидал такого высокомерия от Вас.

По отношении к кому? к автору никакого высокомерия, это точно. Автор написал книгу, это не значит, что его возможности на этом заканчиваются.

[Mepavel]

Более безграмотного подхода быть не может.

Пусть будет по Вашему. Значит и, в частности, Д. Селф один из отъявленных безграмотных авторов. Останемся каждый при своём мнении.

[korolkov24]

Пусть будет по Вашему. Значит и, в частности, Д. Селф один из отъявленных безграмотных авторов. Останемся каждый при своём мнении.

Отчего же, у него всё правильно.

Он рассматривает проблему на уровне, доступном для начинающих, а вы с точки зрения зрелого специалиста.

Нельзя рассматривать динамическую систему в статическом режиме, в этом ваша основная проблема.
Не рассматривая динамические процессы, вы усложняете себе задачу.

---------- Добавлено в 14:05 ---------- Предыдущее сообщение в 14:01 ----------

Как раз и собирался уже привести конечный вариант реальной схемы (а не модели), которая будет запитываться о БП транзисторов ВК.

Давайте уже, это будет реальный результат.

[Mepavel]

Я ,конечно, понимаю всю глубину спора, но за $10 (AD633+обвязка) можно купить 2 пары mjl21193+mjl21194 и сиииильно расширить суммарную ОБР.

Хорошо, если это приведёт к улучшению параметров усилителя. Но с другой стороны увеличение запаса по мощности параллельным включением транзисторов равносильно тому, что вместо легкового автомобиля использовать пустой грузовик.

[korolkov24]

Offтопик:

Но с другой стороны увеличение запаса по мощности параллельным включением транзисторов равносильно тому, что вместо легкового автомобиля использовать пустой грузовик.

Если вы прочитали десяток книжек по усилителям, не стоит думать что уже всё уже знаете.

[shkal]

Mepavel,ваши выкладки справедливы для защиты проходного транзистора линейного стабилизатора, скажем. А у нас УМЗЧ - разница ощущается?
Параллельное включение транзисторов выходного повторителя практически всегда улучшает параметры усилителя, плюс повышает эффективность использования радиатора, но это уже off.

[Mepavel]

ваши выкладки справедливы для защиты проходного транзистора линейного стабилизатора, скажем. А у нас УМЗЧ - разница ощущается?

Пожалуйста как-то про аргументируйте это.

Если вы прочитали десяток книжек по усилителям, не стоит думать что уже всё уже знаете.

Меня интересуют УМЗЧ с глубокой ООС с одним полюсом до частоты замыкания петлевого усиления.

[korolkov24]

Меня интересуют УМЗЧ с глубокой ООС с одним полюсом до частоты замыкания петлевого усиления.

А к защите тип ООС какое отношение имеет?