Усилитель мощности PA-01 на TPA3251

[maxssau]

Хочу рассказать о еще одном законченном долгострое - усилитель PA-01 на TPA3251.

Скрытый текст

[свернуть]

При построение данной конструкции было решено создать максимально качественный усилитель класса Д на ИМС. Отслушивая разные вариант ТПА,ТДА, изучив даташиты, руководства к эволюшн плате, аппноуты решил не гнаться за большой мощностью и ограничиться приемлимыми искажениями при номинальной мощности усилителя. Питающее напряжение выбрано 24В, что даёт примерно 30Вт на выходе усилителя. Это позволяет сделать однополярную схему входной части (LPF) и даёт очень широкий выбор источников питания, как в промышленном исполнении так и в стандартном. Рекомендуемая мощность источника питания - 240Вт. Схема включения TPA3251 - BTL. Т.к. выходная мощность 30Вт и питания 24 В радиатор на ИМС усилителя выбран средних размеров и при длительной работы умеренно нагревается (рука терпит).

Полученные характеристики:

Снято на нагрузке 4.7 Ом, лабораторный источник питания 24В 10 А с несущей частотой шим 37 кГц, измерительная станция Audio Precision System One, клон фильтра AUX0025.

Номинальная мощность - 30Вт при балансном включении и входном сигнале 2Vrms
THD+N на частоте 1 кГц - 0.0017%
Интермодуляционные искажения CCIF (19.5к IM freq 1000 Гц) - 0.0003%, SMPTE (60+7000 Гц) - 0.004%
SNR -112 дБ(А)

В LPF фильтре используется фулл. дифф. ОУ OPA1632. Возможно подключение как балансное, так и небалансное. Максимальное напряжение на входе 2Vrms. Регулятора громости нет, поэтому требуется внешний. Схема включения TPA3251 с PFFB. При наладке макета выяснилось неудовлетворительное качество звука на выходе без PFFB, считаю это необходимостью. В качестве конденсаторов используются Wima FKP2.

На выходе TPA3251 применены катушки WE 7443631000, конденсаторы Epcos B32521. Выбор этих компонентов обусловлени желанием получить максимально возможное качество несмотря на цену и занимаемую площадь на ПП.

Для фильтрации питания перед банками конденсаторов установлен LC фильтр, что бы защитить усилитель и источник питания от генерируемых друг от друга помех. На плате 2 разъема питания под каждый канал, для опциональной возможности подключения 2х независимых источников питания.

Защита от постоянки используется встроенная от TPA3251 и активная только в BTL включении. Т.к. сейчас АМ вещание не активно, была выбрана максимальная несущая частота 600 кГц.

Как обычно на всех моих платах присутствуют посадочные места под некоторые эксперименты, на финальной версии они просто не устанавливаются.

Немного картинок с измерениями, все они повторяют те, что я показывал на макете

В принципе все измерения повторяют даташитные значения и могу сказать что чудо не произошло, получить более лучший результат чем у TI на 3251 врятли получится.

Измерения в полосе 80 кГц сделаю, если будет не лень тащить 2 аккумулятора на 3 этаж

Скрытый текст

[свернуть]

Прикладываю схему, даташит и несколько полезных документов, которые помогу ответить на оставшиеся вопросы.

sch.pdf
slaa701a.pdf
tpa3251.pdf
slaa788a.pdf
slvuag8a.pdf
slac729.zip

Про качество звучания скажут друзья и коллеги, кому поедут пара экземпляров на прослушку и тестирование, если оно потребуется.
Месяц прослушивания макета оставил только положительные впечатления от полученного результатта.

Хочется выразить Виталию (DrModd) и Антону (AntonioBanditoz) низкий поклон за помощь и консультации в создании данного усилителя.

[minimalman]

Offтопик:

ответ есть здесь

Так я про этот пост и спрашиваю. Или Вы о эксель-файле? там расчёта БП нет.

[maxssau]

в эксель файле есть расчет пикового тока, исходя из которого нужно самостоятельно подобрать источник питания по выбранным критериям (допустимый разогрев, пиковая и продолжительная мощность потребления, метод охлаждения и т.п). 200вт считаю достаточным, 300 конечно многовато.

ИМХО Учитывая что усилитель по факту не 30Вт а выше (50Вт при 1% и ~65Вт при 10% на 1 канал), то и максимальная потребляемая мощность должна выбираться с запасом. 30Вт выбирались из соображений роста искажений THD/IMD после определенного порога, но никто не мешает гонять его на более высоких мощностях.

[minimalman]

ИМХО Учитывая что усилитель по факту не 30Вт а выше

Тогда Вы некорректно взяли мощность по Кг 0,01% - для силовых расчётов нужна Р@Кг=1..5%. Но даже если там 60Вт макс., 120 мгновенная, КПД пусть 90% - откуда 190Вт? Просадки импеданса учитываете разве что.. хз, зачем они вообще нужны, случаются на 1/10 полосы.

[maxssau]

берем к примеру вот такой минвелл

EPP-200-24.pdf

в даташите видим, что без принудительного охлаждения он может отдать 140Вт, но номинал его 200вт. Т.к. усилитель в корпусе, то ставить ему вентилятор так себе затея. При этом усилитель выдаст максимальную мощность длительное время (не мс как при PMPO тесте) при этом не перегрев ни себя, ни блок питания.

Мощность по кг=1% 50Вт, мне было удобно сделать 30Вт, что бы усилитель при 2Врмс на входе не уходил за грань приемлимых для меня искажений, делалось то всё таки для себя. По факту 50Вт на нагрузке 4Ом при 1 % искажений.

[minimalman]

берем к примеру вот такой минвелл

Но подождите, мгновенная мощность - не греет БП, а средняя даже при синусе будет в 2 раза меньше. Или Вы от меандра страхуетесь?))

Мощность по кг=1% 50Вт, мне было удобно сделать 30Вт, что бы усилитель при 2Врмс на входе не уходил за грань приемлимых для меня искажений

Да это я понял, просто Вы держали речь за энергетические параметры, а там важны мгновенная, синусоидальная и программная мощности.

[maxssau]

Или Вы от меандра страхуетесь?))

Я страхуюсь от всего ))))) В первую очередь от казуса, когда потребуется включить на всю, а усь попросту не протянет и 5-10 минут.

На макете при отладке я подключал 60вт БП Овен на 24В, но пищщал он при нагрузке знатно, причем нагружал я только 1 канал.

Кстати на входе у усилителя ФНЧ, так что отчасти подача прямоугольника не так страшна.

В соседней ветке идёт интересная дискуссия по поводу подбора мощности, на досуге полистаю Корделла, Шкритека и Селфа на эту тему. Я сторонник запаса, пусть он даже будет 2х кратный.

[minimalman]

В первую очередь от казуса, когда потребуется включить на всю, а усь попросту не протянет и 5-10 минут.

Получается, Вы делаете весьма специфическое устройство, способное вытянуть всё что ни подадаут на вход - это даже для про редкость (хотя я как-то крутил недорогой усилитель на синусе и свои 2кВт в течение получаса он выдал без сильного нагрева).

На макете при отладке я подключал 60вт БП Овен на 24В, но пищщал он при нагрузке знатно, причем нагружал я только 1 канал.

Писк никак не говорит о перегрузке.

Кстати на входе у усилителя ФНЧ, так что отчасти подача прямоугольника не так страшна.

ФНЧ уполовинит мощность меанда частотой 20кГц, а уже 1кГц пройдт практически без изменений. Или это ФНЧ для саба?

[maxssau]

Получается, Вы делаете весьма специфическое устройство, способное вытянуть всё что ни подадаут на вход - это даже для про редкость

с пол года назад попался обзор усилителя

https://www.youtube.com/watch?v=jdW84a-8530

блоггер начинает проверять выходную мощность на нагрузках 8 и 4 Ом. На 4 Ом он не докрутил ручку громкости до конца, БП ушел в защиту. У меня вопрос - зачем нужен такой усилитель, который при "правильной" нагрузке (4 Ом ТПАшка тянет) не может играть при до конца выкрученной ручке громкости. Зачем загонять Ку так, что весь диапазон громкости усилитель не сможет выдать? Это скорее вопрос как раз к выбору мощности источника питания. Т.е. даже если китайцы подтянут мощность впритык, усилитель долго не сможет выдавать мощность на нагрузку, т.к. попросту перегреет БП.

ФНЧ уполовинит мощность меанда частотой 20кГц, а уже 1кГц пройдт практически без изменений. Или это ФНЧ для саба?

В стадии проверки ПП для версии с 3255 на 100Вт на канал. Кроме входного ФНЧ, добавил еще и лимитер, что бы при напряжении на входе чуть больше 2Врмс ограничивал входной сигнал. Сейчас этого нет. Вот действительно получится монстр, способный выдержать любой разумный входной сигнал на нагрузке 4 Ом (варианты с подачей 220В на вход я не рассматриваю, рассматриваю выходы источников с максимум 24dbu, что бы сам усилитель просто не умер от большой входной амплитуды). Частота среза ФНЧ примерно 70 кГц и больше предназначен для того, что бы хоть как-то ограничить спектр помех при подключении малоизвестного источника, например нефильтрованный выход ДАК (как любят делать ЧиД например на платах с АДАУ1701, телефоны, малинки и т.п., девайсы где производитель явно экономил). ФНЧ сделан на OPA1632, поэтому можно как балансный источник подключать, так и небалансный, без каких либо преобразователей, обычным кабелем RCA-XLR.

[minimalman]

а 4 Ом он не докрутил ручку громкости до конца, БП ушел в защиту. У меня вопрос - зачем нужен такой усилитель, который при "правильной" нагрузке (4 Ом ТПАшка тянет) не может играть при до конца выкрученной ручке громкости.

Некорректная реализация защиты? Некорректный импеданс нагрузки? Большинство дешёвых усилителей в про защищены еле как, только по току и только при Uвых=0..12В. Это просто неудачное исключение.

Зачем загонять Ку так, что весь диапазон громкости усилитель не сможет выдать?

Для слабых источников, очевидно. По хорошему д.б. и отдельный аттенюатор для этого.

Это скорее вопрос как раз к выбору мощности источника питания. Т.е. даже если китайцы подтянут мощность впритык, усилитель долго не сможет выдавать мощность на нагрузку, т.к. попросту перегреет БП.

Зачем китайцы, даже на этом форуме Алекс, весь из себя ХЭ-ый, утверждал, что считать ток - глупость, ИИП нужно брать по мощности усилителя, просто навесить электролитов на выход "от души".

роме входного ФНЧ, добавил еще и лимитер, что бы при напряжении на входе чуть больше 2Врмс ограничивал входной сигнал.

А какая разница - лимитер будер клиповать или сам усилитель? Это же не линейник.

Частота среза ФНЧ примерно 70 кГц

Имхо лучше 40..50 (У СЛА - 48) и 2+ порядком.

ФНЧ сделан на OPA1632

Он реально / на слух лучше, чем 5532??

[maxssau]

А какая разница - лимитер будер клиповать или сам усилитель? Это же не линейник.

разница есть, т.к. тпа по входному напряжению имеет лимит

Имхо лучше 40..50 (У СЛА - 48) и 2+ порядком.

второй порядок и есть, частоту никогда не поздно подкорректировать

Он реально / на слух лучше, чем 5532??

у меня отработанная схема, изобретать что-то новое нет желания. И на 5532 какая схема универсального входа (баланс или не баланс) с дифф выходом, с ходу не вспомнил, у тпа же симметричный вход в BTL режиме. Можно конечно с инвертером сделать, но по мне это не кошерно, с фулл. дифф. ОУ лучше, по крайней мере на АЦП результат у меня был лучше чем с обычными ОУ.

[minimalman]

И на 5532 какая схема универсального входа (баланс или не баланс) с дифф выходом,

Ну там по хорошему от 2 до 4(если вход высокоомный)ОУ задействованы( Но всё равно интересно, есть ли разница на слух, по приборам-то 5532 искажает ничтожно по сравнению с УМ.

[maxssau]

Инструментальный буфер на 553х можно конечно собрать для теста, но пока нет желания

[invoron]

Прошу меня извинить за вопрос не по теме, но вероятно здесь собрались грамотные люди. Нередко китайское барахло на чипах тра выходит из строя в момент подключения питания. Это касается и 3110 и 3116 и 3118 серий. Как обезопасить схему в самоделке, возможно есть варианты?

[Dinosaurus]

Для плавного пуска можно использовать Т.Н. умножитель ёмкости (активный фильтр, как в Худе). Схема защиты по току в БП.
Защищать нужно нагрузку (динамики). Это схемы защиты от постоянки и задержка включения (как в обычных усилителях).
Это внешние (дополнительные) схемы (платы).

[maxssau]

Я бы первым делом сделал задержку на вывод mute при включении, скорее всего сложный переходный процесс в момент подачи питания