Усилитель класса D на TPA3255 (PBTL)

[DMandrakov]

В данной статье речь пойдёт об усилителе класса D на базе микросхемы TPA3255 от Texas Instruments.
Усилитель выполнен по схеме параллельно-мостового подключения (PBTL) для получения максимальной мощности. Рассмотрим его со всех сторон


На задней панели — розетка питания и выход


На передней панели — кнопка включения питания, Reset, балансный вход для подключения звуковой карты, небалансный вход для смартфона либо другого источника чувствительностью 0.1 Вольт с предусилителем Кус=10 и регулировкой громкости, переключатель входов. Кнопка принудительного включения охлаждения, индикаторы включения кулера, тепловой перегрузки и аварийного режима работы.


В основу данного проекта легла статья на Хабре Усилитель звукового сигнала мощностью 600 Вт / Хабр . Рассмотрим некоторые важные моменты.
В первую очередь нужно отметить, что автор изменил схему коммутации выходов микросхемы. Так выглядит схема в даташите


Так выглядит схема автора


На каждом выходе установлена индуктивность. Я оставил так, как у автора, полагая, что такое решение более правильное — лучшая фильтрация несущей частоты и меньший нагрев индуктивностей.
Далее автор утверждает, что напряжение питания в его проекте 53.5 Вольт. Эта цифра стоила мне 4-ех микросхем — после нескольких включений загорался красный светодиод аварийного режима работы. Микросхема просто сгорала.


И если мы посмотрим в даташит, то увидим, что напряжение 53.5 Вольт для нагрузки 4 Ом — это максимальное напряжение, а типичное 51. При напряжении 51 Вольт усилитель поработал чуть подольше, далее — те же симптомы гибели чипа.
То есть опытным путём установлено, что для нагрузки 4 Ом напряжение питания усилителя выше 50 вольт подавать нельзя. Сейчас у меня выставлено 50 вольт — третья неделя полёт нормальный.


Схема управления вентилятором охлаждения чипа была изменена мною таким образом, чтобы скорость вращения была пропорциональна температуре нагрева. Вот схема автора


Вот моя схема


Теперь о входных сигналах. В исходной схеме балансный вход соединён с выходом предусилителя небалансного входа.


И получается такая картина — сигнал балансного входа смешивается с выходом предусилителя небалансного входа, что приводит к ослаблению сигнала в два раза (на слух) и появляются сильные искажения.
Поэтому я вставил в схему переключатель входов, и убрал защитные двунаправленные диоды для уменьшения влияния на сигналах


И последнее изменение — силовая и сигнальная земли разделены сопротивлением 1.5 Ом.

Печатную плату с учётом всех изменений я сделал в Sprint Layout. Для платы применён стеклотекстолит FR-4 c толщиной медного слоя 2 oz.

Измерения характеристик усилителя с помощью программы RMAA.


Звуковая карта Focusrite Scarlett 2i2 3Gen. Эквивалент нагрузки — набор из 10 сопротивлений 39 Ом, общее сопротивление 3.94 Ом. Делитель напряжения (слева направо) 1.5 кОм и два по 100 Ом.
Сигнал с выхода усилителя подаётся на вход звуковой карты через трансформатор на пермаллоевом сердечнике, так как прямое соединение приводит к срабатыванию защиты чипа.


Результаты измерений


Смею предположить, что результаты могли быть значительно лучше — здесь нужно учитывать влияние разделительного трансформатора.

Более полный обзор с прослушиванием можно посмотреть здесь -
https://youtu.be/bZsLrvvhUEc
https://vk.com/club228843288
https://t.me/dvmaudiosu/3

[DrModd]

Значит вопросом на вопрос отвечаем)))

Любое распыленное железо, чем и является второй материал имеет нелинейную зависимость от протекающего тока.
В отличии от феррита конечно. Феррит более линеен. Как вы думаете, что будет, если в цепи сигнала нелинейный элемент?

[Alex]

Феррит более линеен.

Ну это не совсем так.
Точнее "совсем не так" - сам феррит, как материал, тоже как и магнитодиэлектрики не такой уж и линейный, а вот дроссель на нем -да, линейнее. Благодаря зазору.

[DrModd]

вот дроссель на нем -да, линейнее

Я это и имел в виду Саш))

[JackJacker]

Как вы думаете, что будет, если в цепи сигнала нелинейный элемент?

У -2 с этим получше будет, ну или попробуйте объяснить почему на токах 100 А используют именно его)))
Естественно учитываем габариты!

[Delta213]

Не, я знаю что на феррите линейнее, но давайте уж до конца разбираться. А разве на распыленке нет распределенного зазора? Если дело не в материале, а в зазоре, то какая разница распределенный он, или реальный?

[DrModd]

используют именно ег

Используют где? В качественном Д?

---------- Сообщение добавлено 20:50 ---------- Предыдущее сообщение было 20:49 ----------

Delta213, Дело не в зазоре, а в материале.

[JackJacker]

Используют где? В качественном Д?

---------- Сообщение добавлено 20:50 ---------- Предыдущее сообщение было 20:49 ----------

Delta213, Дело не в зазоре, а в материале.

Например: модули нкор-оем в усилителях NAD (не все, пруф в интернете, ищите сами).
А также .1-20 кВт Авто-уси.

[DrModd]

1-20 кВт Авто-уси.

Тут далеко не про качество.

нкор-оем в усилителях NAD

Ну для меня это не показатель. Факт в том, что в оригинальных модулях везде феррит. Для наглядности, посмотрите графики индуктивности от тока для ферритовых и для распыленных дросселей, примерно одинаковых.

[sousmanster]

У -2 с этим получше будет, ну или попробуйте объяснить почему на токах 100 А используют именно его)))
Естественно учитываем габариты!

Да в общем потому, что не особо есть ферритовые дроссели на 40А+ нужной индуктивности.
Феррит по габаритам получше будет, и по излучаемым помехам наверно. Но потери у "-2" на больших напряжениях, которые в 1кВт и выше усилителях, будут меньше, ПМСМ. Обычный феррит на +/-60 и выше вольт уже нормально греется даже на 400кГц. Сейчас наблюдается внедрение высокочастотных ферритов, последний китайский дроссель на 32А 10мкГ порадовал и ценой в1,1 долл и потерями

[Jekson]

китайский дроссель на 32А 10мкГ порадовал и ценой в1,1 долл и потерями

А можно артикул пжлст, или ссылочку?

[Zfydy]

А не поставить ли нам с выходов микрухи по паре защитных диодов. Один на землю, другой на +U. Все-таки индуктивности, знаете ли... Один диод защитит от выбросов ниже 0. Другой, от выбросов, превышающих +U. Это я по поводу перегорания микрух при высоком питании...
Я себе поставил. 49В питания. Не перегорают. Выше я не пробовал. Жалко микрухи.

[Alex]

Один на землю, другой на +U.

А intrinsic body не помогают?

[ZRain]

Есть ли рекомендации по общей ёмкости конденсаторов для усилителей на TPA3255?
Приехала платка от 3е 260-2-29A, горожу усилитель. Раньше они делали на Рубиконах 4x1800, потом Рубиконы недоступны стали начали изготавливать на Ничиконах 1500. Сейчас приехала плата с Nippon 1200мкФ KZN. Вот сомнения не мало ли?
БП Mean Well LRS-200-36 у него на выходе суммарно и 1000ти не будет. Докинул конечно на пустые места Panasonic FR 63x330мкФ.
Акустика напольники 4Ом-ток любят.

[Home]

Подскажите как реализовать дежурный режим на TPA3255, там вроде 18 нога за это отвечает?

[Alex]

, там вроде 18 нога за это отвечает?

18 - это ножка сброса, при сбросе чип в шатдауне.
Можно считать это и "дежурным режимом".

[Home]

Можно считать это и "дежурным режимом".

Спасибо. Так всё же как? Или где почитать?

[Alex]

Так всё же как?

Насколько я помню, Reset там инверсный, т.е. нулем.

Или где почитать?

В даташите, разумеется.

[vovan2010r]

дежурный режим на TPA3255, там вроде 18 нога за это отвечает

18 - Device reset Input; active low - Сброс устройства Вход; активный низкий

[DMandrakov]

https://youtu.be/CgqUx6r3nuk

---------- Сообщение добавлено 22:19 ---------- Предыдущее сообщение было 21:47 ----------

Всем спасибо за советы. У меня всё получилось. Полный обзор будет в ближайшее время.

[DMandrakov]

Итак, снова здрасьте. Представляю вам вторую ревизию усилителя на TPA3255 в режиме PBTL. Вся критика и советы учтены, схема была переделана следующим образом.
1. Выходная часть сделана в точном соответствии с даташитом
2. Дроссели поставлены ферритовые , Wurth 7443631000
3. Сигнальная и силовая земли соединены перемычкой с нулевым сопротивлением.
4. Применены полимерные конденсаторы.
5. Сделана обратная связь PFFB.

В итоге собран вот такой модуль.








Максимальная неискажённая мощность 250 Вт при 4 Ом , в начале клиппинга – 280 Вт, КПД 86 %.

Вот результаты замеров RMAA




Более подробный обзор здесь -> https://youtu.be/L0bdxn1qjQU