Импульсный самоосциллирующий усилитель (soAmp) Oriel Indra

[Electrovoicer]

Индра - в ведической религии наиболее почитаемое божество, предводитель, царь богов, громовержец и устроитель мира. В правой руке бог обычно держал молнию, которой разил врагов или возрождал погибших в бою; он мчался по небу в колеснице, нередко отождествляемой с солнцем. Бросив вызов старому порядку, он стал ведущим божеством, более главным по сравнению с ведийским богом Варуной. Кроме того, считается, что Бог Индра низводит из облачных гор стремительные потоки дождя и, собирая их в особые вместилища, творит земные источники, ручьи и реки, умножает их воды, роет для них широкие русла и направляет их бег.
(с) Энциклопедия Мифологии



В связи с интересом участников форума к данной работе, решил завести отдельную тему вопросов и ответов. Постепенно буду наполнять.
История разработки моего усилителя начинается в 2009г, когда коллеги по клубу автозвука познакомили меня воочию с голландскими усилителями Hypex UcD, разработанными Бруно Путцей и попросили создать автомобильный БП для них. БП был разработан, результат не был абсолютно радостным. Эти великолепные по замыслу и реализации усилители проявили себя, как достаточно чувствительные к качеству источника питания, что затрудняло возможность их применения в автомобильных автозвуковых проектах. Начались поиски решения.

Что же такое импульсный самоосциллирующий усилитель (Self-Oscillating Amplifier), по ошибке часто называемый цифровым? Это такая топология усилителя, когда он, самовозбуждаясь, и используя ключевой режим работы выходного каскада, воспроизводит на выходе усиленный входной сигнал, представляющий собой проинтегрированную выходным LC-фильтром последовательность импульсов. Как правило, частота импульсов составляет около 350-700 кГц (для полнополосного усилителя), а ширина варьируется в соответствии с уровнем сигнала на входе.

А начиналось все вот с этого прототипа, который помог мне разобраться с базовым принципом работы и определить дальнейший путь...

25.06.12
Первый прототип на печатной плате


03.03.2013 Промежуточная версия, дискретная силовая часть, усилитель разделился на две платы.


10.06.2013 Промежуточная версия, эксперименты с выходным фильтром и модулятором


10.11.2013 Появились заказные индуктивности с высокой SRF (~30MHz)


15.12.2013 Собраны и отгружены заказчику первые три усилителя с усовершенствованной силовой платой. Система установлена в автомобиль премиум-класса взамен штатной 16ти-канальной системы Burmester

Что должно быть на выходе правильного импульсного усилителя. Синусоидальные остатки несущей без коммутационных ВЧ-помех, полоса 150МГц


Схема силовой части UcD_power_stage_B.PDF и модулятора UcD_Modulator_A2.PDF

25.03.14
Предсерийный вариант Oriel Indra

Спектр по аналоговому входу, 10 Ватт 4 Ома:


IMD 1 Ватт, 4 Ома


Серийные Indra Mono V2.1

[АЛВАЛИ]

А прямое воспроизведение DSD? Очень заманчиво выглядит!

Да и не DSD, тоже заманчиво выглядит.

[thickman]

Offтопик:

Если не секрет, где такие делают с плоским проводом?

Вюрт приятные штуковины предлагает. Номенклатура не очень богатая и насчёт SRF не скажу сходу, зато доставабельная и без проблем можно запросить нужные образцы. То ли давно сложившиеся отношения с WE, то ли репутация моей конторы неплохая - не знаю почему, но мне образцы в контору приходят довольно быстро и без осечек, даже по запросу "не по правилам" - с личной, не корпоративной почты. Неделикатные вопросы о проектах и предполагаемых партиях не задают.

[Electrovoicer]

Offтопик:

Вюрт приятные штуковины предлагает. Номенклатура не очень богатая и насчёт SRF не скажу сходу, зато доставабельная и без проблем можно запросить нужные образцы. То ли давно сложившиеся отношения с WE, то ли репутация моей конторы неплохая - не знаю почему, но мне образцы в контору приходят довольно быстро и без осечек, даже по запросу "не по правилам" - с личной, не корпоративной почты. Неделикатные вопросы о проектах и предполагаемых партиях не задают.

Но никто не делает такого, как мне надо, так что только спец заказ.

[tomtit]

Вюрт приятные штуковины предлагает.

Мне кажется, что для самодельщиков проще мотать дроссели медной фольгой, намотка "ребром" не
дает каких-то особых преимуществ.
В массовом производстве верт. намотка окупается из-за экономии на изоляции и конструкции выводов.
Намотанную катушку-пружинку просто окунают в эпоксидный лак - и всё.
На ВЧ > 1МГц литцендрат уже лучше, кстати, в оригинальном nCore тоже литц.

[thickman]

Может быть, я же в питании их использую на гораздо меньшей частоте, и не всегда со стопроцентной пульсацией. Для трансформаторов, слышал, что литц на частоте за мегагерц уже не столь эффективен, плюс большие диэлектрические потери в лаковой изоляции, чтоли. Гуглятся статейки, что планарные трансформаторы с правильным чередованием эффективнее литцендрата на таких частотах. Дроссель не транс, конечно, однако для него тоже можно изготовить печатный литц, тоже статейки гуглятся, хотя при обычной технологии получается плохое использование по меди. А вот при рельефном способе изготовления печатных плат – самое то. Жаль что технология страшно дорогая, для себя мог бы попробовать, но неинтересно раз другим оно недоступно. В конторе всё необходимое для такого изврата есть, рельефные платы для спецприменений готовятся каждый день. Ссылка не проходит - прокси-сервер не пропускает ссыль на самого себя.

[tomtit]

Гуглятся статейки, что планарные трансформаторы с правильным чередованием эффективнее литцендрата на таких частотах.

Ну так это очевидно. Чередование убирает проксимити. Я недавно занимался интегрированным резонансником на 250-400к, там литц без вариантов.
В дросселях вроде с проксимити полегче будет, там скин в основном, тонкая широкая фольга должна хорошо работать.
Катушки с вертикальной намоткой просто позволяют меди много напихать в малый обьем, для постоянной составляющей очень хороший ДЦР получается.

[thickman]

В дросселях аналогичные проблемы:https://vtechworks.lib.vt.edu/bitstr...=1&isAllowed=y там же планарный литц

[лысый]

Ну некая целесообразность есть, в виде существенного увеличения плотности мощности всей конструкции, с ростом КПД до 97 и более %, ну а уж на 500кГц и все 99% становится вполне, что отражается на простоте конструкции, да и вообще, природу бережём

"Увеличению плотности мощности" с ростом частоты там подвержен только выходной фильтр, в основном его катушка. А это лишь некоторая часть конструкции. Зато резво нарастают другие проблемы. У каждой подобной машынки есть свой оптимум по частоте, выше которой лезть нет смысла. Но этот оптимум можно ощупать только в привязке к конретному изделию исходя из конкретных целей и задач. Так шта, вам виднее разумеется.

[Electrovoicer]

"Увеличению плотности мощности" с ростом частоты там подвержен только выходной фильтр, в основном его катушка. А это лишь некоторая часть конструкции. Зато резво нарастают другие проблемы. У каждой подобной машынки есть свой оптимум по частоте, выше которой лезть нет смысла. Но этот оптимум можно ощупать только в привязке к конретному изделию исходя из конкретных целей и задач. Так шта, вам виднее разумеется.

Да, Вы совершенно правы, как раз сейчас ищу оптимум.

---------- Сообщение добавлено 21:48 ---------- Предыдущее сообщение было 21:47 ----------

Мне кажется, что для самодельщиков проще мотать дроссели медной фольгой, намотка "ребром" не
дает каких-то особых преимуществ.
В массовом производстве верт. намотка окупается из-за экономии на изоляции и конструкции выводов.
Намотанную катушку-пружинку просто окунают в эпоксидный лак - и всё.
На ВЧ > 1МГц литцендрат уже лучше, кстати, в оригинальном nCore тоже литц.

Вы не поверите, но там высокотемпературный лак, шина уже в лаке, нагревают до 400-450 и мотают. Возможно, кто-то и обмакивает, не знаю.

---------- Сообщение добавлено 21:49 ---------- Предыдущее сообщение было 21:48 ----------

Мне кажется, что для самодельщиков проще мотать дроссели медной фольгой, намотка "ребром" не
дает каких-то особых преимуществ.
В массовом производстве верт. намотка окупается из-за экономии на изоляции и конструкции выводов.
Намотанную катушку-пружинку просто окунают в эпоксидный лак - и всё.
На ВЧ > 1МГц литцендрат уже лучше, кстати, в оригинальном nCore тоже литц.

Литцендрата столько не набить (( а так-то да, лучше. Вырастает габарит, и то выходит на то примерно. Опять же, с литцендратом сложно открыть от меди зазор магнитопровода, а это тоже хлеб, и какой.

---------- Сообщение добавлено 22:00 ---------- Предыдущее сообщение было 21:49 ----------

"Увеличению плотности мощности" с ростом частоты там подвержен только выходной фильтр, в основном его катушка. А это лишь некоторая часть конструкции. Зато резво нарастают другие проблемы. У каждой подобной машынки есть свой оптимум по частоте, выше которой лезть нет смысла. Но этот оптимум можно ощупать только в привязке к конретному изделию исходя из конкретных целей и задач. Так шта, вам виднее разумеется.

кстати, нанокулоны гонять тоже накладно бывает, как и долго умирать посерёдке

---------- Сообщение добавлено 22:31 ---------- Предыдущее сообщение было 22:00 ----------

[Ломатель]

кстати, нанокулоны гонять тоже накладно бывает, как и долго умирать посерёдке

Ага. Учёные мужи говорят, что устоявшееся учебники по силовой электронкие переписывать придется, так как стандартные Eon+Eoff+Econd уже недостаточно точно описывают потери

[Electrovoicer]

Подведу итоги недели.
По результатам испытаний, будет две версии продукта с питанием до 80В. Более дешёвая на выходной ток 15А, с фиксированным дед-таймом 5-7нс, задержкой до выхода 35нс и объединенным питанием полумостов. И более дорогая, на выходной ток 30А, в которой дед-тайм будет программно регулироваться вниз вплоть до -1нс, задержка составит 25нс и два полумоста будут полностью независимыми с возможностью раздельного управления всеми ключами (например, помимо усилителя, можно будет сделать buck-boost с синхронным выпрямлением, или LLC). В разных версиях будут разные драйверы и разные по объему и скорости ПЛИС. Более дешевая выйдет в конце марта-апреле. Более дорогая на месяц-два позже. Соответственно, будет два варианта дросселей.
Применительно к аудиотематике это будет означать 400 и 800 ватт на 4 ома.

[BesPav]

Offтопик:

В разных версиях будут разные драйверы и разные по объему и скорости ПЛИС.

Павел, т.е. осталось полшага до I2S/SPDIF входа, нойз-шейпера и FIR фильтра прямо в усилителе?
Или прямого PCM->PWM с сопутствующими плюшками в вашей реализации можно не ждать?

[ditter]

Применительно к аудиотематике это будет означать 400 и 800 ватт на 4 ома.

Уже не раз задавал в разных темах про Д-класс такой вопрос = зачем мне за совсем отдельные деньги сабовый усь с 4 нулями после запятой по THD

Offтопик:
думаю что действительно массовыми могли бы стать модули где 2 уся по 50-80Вт на канал= хочешь много канал, хочешь многополоску

[DrModd]

Уже не раз

Динамический диапазон, а дальше вы сами знаете.

[Electrovoicer]

Динамический диапазон, а дальше вы сами знаете.

...куда Вам идти...

---------- Сообщение добавлено 23:14 ---------- Предыдущее сообщение было 00:36 ----------

Offтопик:
думаю что действительно массовыми могли бы стать модули где 2 уся по 50-80Вт на канал= хочешь много канал, хочешь многополоску

Для этого имхо есть куча неплохих микросхем, вроде TPA3251... Главное, правильно приготовить.

[ditter]

Главное, правильно приготовить

из TPA3245 можно выжать чуть больше, я не про мощность, я про THD & etc, но этого все равно не достаточно для усилителя адекватного источнику на правильно приготовленном AK4490/93
как ни крути нужен 4й нуль после запятой. ТРАхххх это не способна сделать, ДНК у нее не той системы

[sousmanster]

Четвёртый нуль пока ещё не победили.

[Electrovoicer]

Товарищи, уж сколько раз твердили миру... дело не в четвертом нуле. Достаточно двух-трех, если спектр гармоник контролируется в диапазоне частот и нагрузок и он ниспадающий.

[sanctus]

Electrovoicer,
Добрый день!
Если ли надежда, что усилитель будет доступен к заказу в ближайшее время?

[Electrovoicer]

Спасибо коронавирусу, задержка по некоторым позициям уже месяц и более. Однако, партия заказана, через два месяца она должна все-таки появиться.