Автомобильный самоосциллирующий высококачественный стерео усилитель 2х100Вт

[sousmanster]

Развитие схемы началось в ветке "усилители класса D".
В основе модулятора - UCD ОС с дополнительным "интегратором".
Параметры последней версии с ОУ AD823.
С/Ш на 5 Вт, дБа: 105 RMAA
THD+N@1W,дБ:-97
Выходная мощность на 4 Ом, при КНИ 0,1%, 14,2В питания,КТ пн=2.2(31В),Вт: 80 DSSF
КНИ на 10% мощности, %: 0,0008% DSSF
ИНИ 19к, 20к, 4 к 1, на 7Вт, 4 Ом,не более,%: 0,0009% spectraplus
Диапазон воспроизводимых частот по уровню -3дБ, Гц-кГц: 5-45 модел.
Подавление соседнего канала, не менее, дБ: 68
Потребляемая мощность без сигнала, при 12,6В, Вт: 5,2
Частота преобразователя источника питания, кГц: 65
Частота несущей УМ, кГц: 510+/-25
Остаток несущей на выходе, мВ скз: 80
Постоянное напряжение на выходе макс+/-, мВ скз: 15.
Максимальное напряжение на выходе, Вамп (скз):28(20)
Минимальная частота при самых неблагоприятных условиях в клиппе, кГц:210

График КНИ от мощности снят в режиме ASIO в положении регуляторов 100%. Ку усилителя 16,4 раза, максимальное напряжение источника 2,08 Вскз.
0дБ=34Вскз(без учета ограничения)=298Вт на 3,9 Ом.
Для измерений использовалась внешняя USB карта E-MU0204, сопротивление 3,9Ом, делитель 1к10, ,пассивный RC фильтр 1k2 2n2 1k2 820p 1k2 820p 1k2 на NPO конденсаторах.

Текущие версии ПП:
Принципиальная схема 1.57.
Main 1.47
PWM DRV 1.21
MDR 3.3

Устройство по схеме двойного моно с общим трансформатором питания и гальванической развязкой между землями УМ и ИП. В БП реализована защита от сверхтоков (считывание тока с переходов транзисторов ПН)В УМ штатные защиты IRS20957.Кроме того полноценно реализован режим STBY по сигналу от магнитолы.
С версии схемы 1.57 реализована защита от постоянного напряжения на выходе каждого канала и защита от чрезмерного падения частоты осцилляции.

Текущая стоимость запчастей на комплект стерео усилителя около 65 у.е. включая корпус, но без учета ПП и пересылки.
Корпус доступен по Украине с "Космодрома" по цене 250грн.

Субъективное: на усилителе отчетливо слышны огрехи источника(если они есть), разница между примененными ОУ. Характер проявляется особо с хорошим ЦАП. Прекрасная локализация КИЗ.

03/04/15 Привел файл платы и файл схемы в соответствие. Добавил перечень компонентов. Ошибки в обозначениях могут быть, но платы 100% рабочие.
13/04/15 Внесены изменения в номиналы схемы защиты УМ. Настройка на 14А при 20С. В перечень пока изменения не внесены.
22/04/15 Исправлена мелкая ошибка на основной плате (С67)
14/05/15 внес изменение в схему включения диода VD1 на плате управления ПН (PWR DRV) и номинал резистора R2.
20/06/15 Исправлена ошибка в полярности диода VD10 в плате прошлой версии, в новой он обозначен как VD9. Удален диод VD1. Внесены незначительные изменения в трассировку ПП. Новые версии схема 1.55, основная плата 1.45, управление питанием 1.20, модулятор 3.28.
07/07/15 Изменена схема ограничения модулятора. Некоторые элементы принципиальной схемы. Новые версии схема 1.56, основная плата 1.46, управление питанием 1.20, модулятор 3.3.
08/11/15 Добавлена защита от постоянного напряжения на выходе, изменены номиналы на плате модуляторов, изменен КТР трансформатора до 2х2,5
19/03/16 Изменены номиналы некоторых деталей, убрана сквозная нумерация. Увеличен КТР трансформатора до 1к3, добавлены обмотки и выпрямители для питания модуляторов, снижена индуктивность фильтрующих дросселей в ПН, увелично время мягкого старта, увеличен рабочий цикл ПН. Версии схем выложены https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2188406. Старую схему из шапки не убираю пока. Версии схемы 1_58, плат : основной 1_48, модулятора 1_32, управления питанием 1_22.


Перечень компонентов временно недоступен.


Изучается интерес к изготовлению заводских ПП. Отписывайтесь в личку, или тут. Проект открытый.
Сами платы вполне можно изготовить в домашних условиях.


Осциллограммы.
Ограничение. Так-как ИБП в питании был слабый, то снизил напряжение.
Шум на шине питания на мощности около 7Вт. Осциллограф 100МГц. (на ножках транзистора)
Тоже
Пульсации питания модулятора (+12В) на мощности 25Вт
Сигнал на входе "интегратора", ХХ.
Вход IRS20957 (прямо на ножках микросхемы)

Схема модулятора 3_32 https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=70258&p=2155875&viewfull=1#post2155875

Платы можно приобрести тут:https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=73930
---------- Сообщение добавлено 14.49 ---------- Предыдущее сообщение было 14.14 ----------
14.49 ----------

[sousmanster]

запланирвал провести измерения , за месяц полтора выложу результат.
+ проведу сравнение дросселей с неполным витком и без оного.

ЗЫ. Ошибочно думать, что все тепло в усилителе выделяется на ключах. Это совсем не так!

[sousmanster]

Вложения обновлены. элементы перенумерованы. Исправлена ошибка в полярности диода VD10 в плате прошлой версии, в новой он обозначен как VD9. Удален диод VD1. Внесены незначительные изменения в трассировку ПП.

[Pest]

sousmanster, Что еще интересно, как усилитель ведет себя при низкочастотном ограничении? Хватает ли при этом заряда конденсатора верхнего плеча и как работает схема антинасыщения интегратора?

[sousmanster]

Pest, В общем говоря, компьютерное моделирование с высокой достоверностью показывает, что происходит около клиппа.
К 60% мощности на пиках начинает приоткрываться схема ограничения отключая "интегратор". На нагрузке 1-20 Ом клиппинг проявляется, как на вложении в 1 посте. На нагрузке 1000 Ом (например)частота падает до 80-100кГц на пиках, с размахом ВЧ около 8В (2-3 В СКЗ). Если снизить уровень, у силитель возвращается к штатному режиму.
На низкой частоте не пробовал.
Емкости бутстрапного конденсатора в 1мкФ должно хватать с запасом, так как ключи легкие. Многие ставят туда большие емкости, но это абсолютно неосмысленно. Думаю, хватило бы даже 0,33мкФ, ИМХО.

[Pest]

На низкой частоте не пробовал.
Емкости бутстрапного конденсатора в 1мкФ должно хватать с запасом, так как ключи легкие. Многие ставят туда большие емкости, но это абсолютно неосмысленно. Думаю, хватило бы даже 0,33мкФ, ИМХО.

Кемп пишет в своем тезисе, что при ограничении сигналом с частотой 10гц нужно поддерживать ключ открытым в течении 50мс. Стало интересно, на сколько это соответствует действительности.
Еще хотел спросить про R108 VD32 - 100ком это не ошибка на схеме?

[sousmanster]

Кемп пишет в своем тезисе, что при ограничении сигналом с частотой 10гц нужно поддерживать ключ открытым в течении 50мс. Стало интересно, на сколько это соответствует действительности.
Еще хотел спросить про R108 VD32 - 100ком это не ошибка на схеме?

На сколько я понимаю, это не ошибка, вечером гляну апнот, напишу.
Где-то видел формулу расчёта необходимой ёмкости.

Отправлено с моего D2212 через Tapatalk

[Pest]

Кемп ссылается на AN-978.

[sousmanster]

Pest, R108 действительно должен быть меньше, как минимум 36к судя по апноту. На практике резистора 100кОм хватает для заряда, приблизительно за пол секунды. При неисправностях в модуляторе, когда на входе драйвера "1" наблюдал как растет напряжение на бутстрапном конденсаторе. Так происходит потому, что утечка драйвера, скорее всего, зависит от напряжения.

Если принять, что усилитель работает в жестком клиппе, на прямоугольном сигнале в 10Гц, то можно увеличивать емкость до, скажем 100мкФ , которая обеспечит открытие ключа на 50мс, но мне кажется, что это абсолютно излишне. Лучше подумать, что будет с нагрузкой, ключами и дросселем от такого сигнала. Если не рассматривать режим жесткого ограничения, то частота генерации не падает ниже, ну, например, 100 кГц. Конденсатора 1мкФ с утечкой в 1мА достаточно для работы на частоте 1 кГц. То есть, поддерживается максимальный индекс модуляции. Как-то так.

ЗЫ. Спасибо за вопрос!

[Electrovoicer]

падает до 80-100кГц на пиках, с размахом ВЧ около 8В (2-3 В СКЗ)

и все-таки надо делать жесткий ограничитель минимальной частоты и индекса модуляции, иначе за ВЧ-твитеры по 300 долларов за штуку клиенты Вам что-нибудь да скажут...

[sousmanster]

и все-таки надо делать жесткий ограничитель минимальной частоты и индекса модуляции, иначе за ВЧ-твитеры по 300 долларов за штуку клиенты Вам что-нибудь да скажут...

3Вскз это меньше 1.5Вт на 4 Ом мощность, проблематично что-то сжечь даже в самом неблагоприятном варианте.
Жесткий ограничитель это очень хорошо,но тут вы видите бюджетный вариант.. Тем более, любительский.
ЗЫ. Некто озвучивал, что в n-core ограничение по тому же принципу как у Кемпа в дипломной.

[sousmanster]

модель

Раньше всегда смотрел, как ведет себя усилитель во время ограничения на разных нагрузка по выходному напряжению, что не правильно. Правильно смотреть на работу ключей, так как на больших нагрузках генерация ВК прекращается (один ключ открыт, другой закрыт), а несущая на выходе сохраняется за счет циркуляции внутри LC контура.
Модели элементов идеальные, в результате на высокоомных нагрузках микрокап создает иллюзию генерации, энергия из контура выходит только через высокоомное сопротивление. На самом деле схема ограничения отрабатывает на все 100.

Остается единственная проблема - снижение частоты осцилляции на уровнях выше 90%. В этих режимах, что с нагрузкой, что без, усилитель ведет себя фактически одинаково. Так, на 95% мощности размах несущей всего 3,5 В п-п, что составляет меньше 0,5Вт на 4Ом. Не очень приятно, но абсолютно не опасно. Точно такая же картина в классическом UCD усилителе, никто ведь не говорит, что он выжигает динамики.

[sousmanster]

Моделирование в МС10 показало, самая перспективная (по простоте реализации) схема ограничения это транзисторы -диоды б-к с отключенным эмиттером
"интегратор" отключается на мощности выше 75%.

Схема ограничения, которую привел Петер Кемп в своем дипломе несколько лучше, но зато значительно сложнее в реализации.

Изменения будут выложены в плате модуляторов 1_30.

[sousmanster]

Первые заводские платы приедут 27 числа.

[Dimonis]

Offтопик:

Первые заводские платы приедут 27 числа.

Китай такие прогнозы дает ? Даже DHL +/- 3дня....

[sousmanster]

Не, Донецк.

[sousmanster]

Во время компиляции последней версии случилась досадная ошибка с подключением оптрона DA10. Плата перезалита.

[sousmanster]

Платы приехали.

[Dimonis]

А что без шелкографии ? Куда чего паять ?

[sousmanster]

пока только так. Для пробы заказал. По просьбам-фото в макро. Качество моголо бы быть и лучше
"после получения допилить напильником" Хотя замыканий нигде нет.

[Dimonis]

Кустарное изготовление однако [emoji12] , на щас доставка с кетая 14дней и изготовление - 2 дня . Полный фарш , и думаю дешевше выйдет.