MOSFETы вместо реле в защите усилителя.

[Slava!!!]

Собственно, идея проста и позаимствована из маломощных твердотельных реле - два одинаковых мосфета соединены истоками, стоки являются входом и выходом, затворы запитаны от плавающего источника.

Сопротивление открытого силового транзистора составляет порядка сотых - тысячных долей ом (для сравнения - контакты РЭС22 имеют (по справочнику) сопротиввление в десятые доли ома), плюс отсутствие малосигнальных нелинейностей за счет окисления контактов.

Решение простое и очевидное. Вместе с тем прецеденты применения мне не известны. Возможно, есть некие неизвестные мне подводные камни?


Добавлено 02.10.2016

Давно чесались руки опробовать идею на практике. И вот наконец свершилось.

Схема приведена на рисунке

Вложение 275466

Обычно основным недостатком предлагаемой схемы по сравнению с традиционной релейной защитой считается повышенная нелинейность. В связи с этим были выполнены измерения нелинейных искажений, вносимых твердотельным ключом предлагаемой защиты. В связи с ожидаемой малостью гармоник было решено подвергнуть спектроанализу падение напряжения на ключе.

Измерения проводились на резистивную нагрузку. 30Вт на 8 Ом.

Результаты на рисунке.

Вложение 275825

Видно спадающий спектр искажений уровнем 0,007 %. Это на ключе. С учетом того, что напряжение на ключе примерно на 40 дБ меньше, чем на нагрузке, на нагрузке будет 0,00007%.

На слух ухудшения после установки рассматриваемой защиты в усилитель я не заметил.

[Alex]

Результаты на рисунке.

Кошмар

Как видно из приведенного рисунка, гармоники полностью утонули в шумах.

Как видно из приведенного рисунка, там шумовая полка на уровне -110-115, и целых "забор" помех а уровнях -70-90, ффтопку.

[Slava!!!]

Кошмар


Как видно из приведенного рисунка, там шумовая полка на уровне -110-115, и целых "забор" помех а уровнях -70-90, ффтопку.

Судя по тому, что по крайней мере в низкочастотной области частота помех кратна 50 Гц, вероятнее всего это сетевые наводки. В процессе измерений, похоже, возникла земляная петля. Можно перемерять, приняв меры по ее разрыву, но нужно ли? Никаких гармоник собственно сигнала выше -80 дБ не обнаружено.

Еще раз обращаю внимание, это спектр падения напряжения на ключе. Указанное падение напряжения меньше напряжения на нагрузке на 40 дБ (в 100 раз). Таким образом, относительный уровень гармоник на нагрузке не превысит -(80+40) = -120 дБ или 0,0001%.

[ostashv-evgeniyy]

По звуку-то слушал эту защиту?
И на каком тракте?
Может тогда ООС уся завести на выход защиты?

---------- Сообщение добавлено 13:45 ---------- Предыдущее сообщение было 13:42 ----------

Хотя, какой смысл добавлять работы оси?....
Попробуй так же померить хорошее реле.
А вот вариант с отключением питания ВК этими же ключами- очень интересный. Спасем и нагрузку и ВК.

---------- Сообщение добавлено 13:46 ---------- Предыдущее сообщение было 13:45 ----------

Кошмар

Согласен, такое, даже в безОООСник рука не поднимется ставить.

---------- Сообщение добавлено 13:48 ---------- Предыдущее сообщение было 13:46 ----------

Жесткий спектр, даже при низком уровне гармоник в целом, ни чего хорошего в звучание не принесет.

[Джон Сильвер]

чем электромагнитное реле лучше?

Если использовать его для защиты усилителя путём разрыва цепей первичной обмотки - то ничем.
У вас в усилителе установлена заряженная бомба - конденсаторы большой ёмкости блока питания выходных каскадов, накопившие гигантскую энергию: 100 - 200 Дж на канал. Для сравнения: пистолет Макарова придаёт пуле дульную энергию 300 джоулей, а АКС74УБ - 900 джоулей. Цель защиты заключается в отключении этой энергии от акустических систем. А вы, отключая первичку, оставляете бомбу наедине с акустикой и выходными транзисторами.

[Slava!!!]

По звуку-то слушал эту защиту?
И на каком тракте?
--

Жесткий спектр, даже при низком уровне гармоник в целом, ни чего хорошего в звучание не принесет.

Жесткому спектру там взяться неоткуда - отсутствуют резкие изломы ВАХ ключа.
На приведенном спектре видны в основном сетевые помехи. Искажения ниже их.

Слушал со своим самодельным усилителем https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=74455.
На слух разницы не заметил.

---------- Сообщение добавлено 19:47 ---------- Предыдущее сообщение было 19:46 ----------

Если использовать его для защиты усилителя путём разрыва цепей первичной обмотки - то ничем.

Рвать первичку и не предполагалось. Ключ отключает нагрузку (колонки).

---------- Сообщение добавлено 19:51 ---------- Предыдущее сообщение было 19:47 ----------

Попробуй так же померить хорошее реле.

Мерял не я

те же RT315 при работе на нагрузку 8Ом и амплитуде напряжения сигнала 25В уровень искажений ниже -135дБ , т.е. по сути ниже уровня теплового разрешения ОЧЕНЬ хороших спектроанализаторов.

Но это на большом сигнале.

[Джон Сильвер]

Ключ отключает нагрузку (колонки).

Свершилось.
Хотя, если охватить ключи петлёй ООС, можно, в соответствии с её глубиной, уменьшить вносимую ими нелинейность.

Нелинейность вызвана, кроме нелинейности каналов, модуляцией проводимости каналов напряжением "исток-затвор". Если на истоке под 50 В амплитуды, а напряжения затвора фиксировано, искажения неизбежны. Во избежание этого можно ввести мегомный резистор в цепь затвора ПТ и соединить затвор с истоком по переменному току.

Есть также вопросы по работе ключей в условиях выхода выходных каскадов из строя и постоянного напряжения на выходе усилителя до 50 В. Как с этим?

[Slava!!!]

Вот вот! Всё прекрасно, но прежний риторический вопрос: где защита усилителя?
Видна только защита АС от усилителя.

Чуть ошибся в заголовке темы. Это именно защита АС.
Хотя, если добавить в нее датчик тока, можно защитить и усилитель.

---------- Сообщение добавлено 21:18 ---------- Предыдущее сообщение было 21:14 ----------

Свершилось.


Есть также вопросы по работе ключей в условиях выхода выходных каскадов из строя и постоянного напряжения на выходе усилителя до 50 В. Как с этим?

В моем случае питание усилителя +-40 В. Но не важно.

Схема как раз и предназначена для защиты от такого случая. Транзисторы применены с существенным запасом как по напряжению, так и по токуirfb4115pbf.pdf. Для защиты от броска напряжения, возникающего при разрыве тока через индуктивную нагрузку, ключ шунтирован конденсатором и сапрессорами.

[Wooferman]

Чуть ошибся в заголовке темы. Это именно защита АС.
Хотя, если добавить в нее датчик тока, можно защитить и усилитель.

Тему исправить гораздо легче. Просто датчиком тока не обойдётся, т.к. если рассчитывать токовую защиту исходя из КЗ, то получится напрасное ограничение при работе на адекватную нагрузку.

[Slava!!!]

Ну так это классика - выбираются транзисторы и режимы с минимальным риском выхода за пределы ОБР.

В данном случае транзисторы в ключ подбирались исходя из минимального сопротивления в открытом состоянии. ОБР с большим запасом при этом получилась автоматически.

[waso]

Offтопик:
Искать по постам С. Агеева - "микросварка контактов", а вообще - приличных реле типа Omron, Tyco, TTI более чем достаточно. При охвате ООС контактов вообще ноль проблем.
По поводу отключения питаний транзисторов ВК - совершенно справедливое замечание. Без ухудшения параметров ВК коммутировать его питание полевиками не получится. Мне задавали подобный вопрос, а не хочу ли я сделать защиту транзисторов именно так - я ответил "не хочу".

[SmitGN]

Кто нибудь может объяснить , почему нельзя зашунтировать контакты реле RC цепочкой, это полностью исключит дугу и сваривание контактов.

[ostashv-evgeniyy]

Offтопик:
Искать по постам С. Агеева - "микросварка контактов", а вообще - приличных реле типа Omron, Tyco, TTI более чем достаточно. При охвате ООС контактов вообще ноль проблем.
По поводу отключения питаний транзисторов ВК - совершенно справедливое замечание. Без ухудшения параметров ВК коммутировать его питание полевиками не получится. Мне задавали подобный вопрос, а не хочу ли я сделать защиту транзисторов именно так - я ответил "не хочу".

А в чем видишь минусы решения ключами отрубающими ВК?
Можно же запараллелить несколько ключей и получить сопротивление сравнимое с импедансом дорожки ПП.

[waso]

В увеличении индуктивности трасс и расстояний между блокировочными конденсаторами и выходниками. Кроме того, линейность сопротивлений открытых каналов полевиков при изменяющемся токе через них вызывает вопросы. Без них будет всяко лучше.

[Alex]

В увеличении индуктивности трасс и расстояний между блокировочными конденсаторами и выходниками.

Блокировочные (небольшой емкости а не "банки") можно ставить и после ключей защиты.

Кроме того, линейность сопротивлений открытых каналов полевиков при изменяющемся токе через них вызывает вопросы. Без них будет всяко лучше.

Не факт.
Какая-то нелинейность у них конечно есть, но каков порядок этого сопротивления? Миллиомы! И на что это повлияет, особенно в усе с ООС ? Ни на что.

(это как с зависимостью от температуры обратного тока коллектора у транзисторов - да, у кремниевых этот ток меняется от температуры значительно сильнее чем у германиевых, только сама его величина при этом на несколько порядков меньше).

[waso]

Блокировочные (небольшой емкости а не "банки") можно ставить и после ключей защиты.

Об этом варианте я как-то не думал. Меня более чем устраивает надёжность традиционной защиты ВК в виде защёлки плеч при превышении ОБР. От бобра, как известно, бобра не ищут))

[Serge_L]

В увеличении индуктивности трасс и расстояний между блокировочными конденсаторами и выходниками. Кроме того, линейность сопротивлений открытых каналов полевиков при изменяющемся токе через них вызывает вопросы. Без них будет всяко лучше.

Т.е. коммутация десятков (под сотню часто) ампер в силовых цепях компьютерной электроники возможна, а в усилителях (при токах в единицы ампер на один транзистор ВК) вызывает сомнения?
Индуктивность трасс при применении нормальных полевиков в D-Pak вообще может не измениться, т.к. часто и геометрия платы и трассировка не изменится.
Линейность сопротивления канала. Тут вообще ерунда. Для типичного N-канального тр-ра изменение сопротивления канала в 0,0005 Ом в диапазоне тока от 0 до 20 А. У дорожки больше.
КМК, больше влияет инерция мышления и приверженность стереотипам

[Ромыч]

Блокировочные (небольшой емкости а не "банки") можно ставить и после ключей защиты.

Да там хорошего кандера на 100-220 мкф хватит за глаза для компенсации этой нелинейности (тот же ничикон КЗ). Для безопасности колонок такая емкость угрозы вообще не представляет.

[Serge_L]

на 100-220 мкф хватит за глаза

Ромыч, мне так кажется туда пленку нормальную на 1 мкФ (на вывод) и уже достаточно.
Весь парадокс и состоит в том, что размещение емкостей представляет собой гораздо бОльшую проблему, нежели установка в разрыв современного транзистора.

[Ромыч]

Ромыч, мне так кажется туда пленку нормальную на 1 мкФ (на вывод) и уже достаточно.
Весь парадокс и состоит в том, что размещение емкостей представляет собой гораздо бОльшую проблему, нежели установка в разрыв современного транзистора.

Хорошая пленка в 1 мкф габаритом будет больше, чем хороший электролит на 220 мкф ))))) Не знаю как вы, я всегда шунтирую выходники лоу-еср электролитами на плате, вроде не должно быть проблем с разводкой.

[Alex]

Меня более чем устраивает надёжность традиционной защиты ВК в виде защёлки плеч при превышении ОБР

Каким образом эта защита защитит АС при выходе из строя ВК или одного плеча БП?