Proiect comercial SMPS pentru audio

[Marian]

Salutari.

 

Proiectul asta a pornit de la o provocare venita in urma discutiei cu colegul @Sharky pe topicul cu alimentarea de amplificatoare audio.

Concret, era vorba despre dezvoltarea unui proiect comercial de sursa in comutatie destinata alimentarii de amplificator audio.

Ideea era sa se obtina ceva la un pret de vanzare cat mai redus, dar sa fie totusi decent.

 

Specificatiile sunt simple, alimentare retea, iesiri simetrice de aproximativ 2x35Vcc la 250W, cu care se pot alimenta 2 canale de la cam orice amplificator cu o singura pereche de finali, pe 4 sau 8 ohm.

 

Topicul asta, repet, este unul pur comercial, adica spre deosebire de ce am publicat pana acum pe forum pe sectiuni tehnice, ceea ce se face aici este strict pentru vanzare, ca atare daca nu va prezenta interes, nu se va concretiza. Este o premiera in ceea ce ma priveste, deorece stiti ca nu public scheme proiectelor comerciale.

Totusi de data asta fac o exceptie, voi dezvolta pas cu pas schema in stilul pe care deja il cunoasteti, publicand inclusiv varianta finala a schemei, pcb-ul insa nu o sa fie publicat.

 

Inchei introducerea spunand ca in interesul seriozitatii, n-o sa accept bani in avans, oricine e interesat sa cumpere o astfel de sursa o va plati doar atunci cand o va primi, scopul proiectului nefiind escrocarea membrilor elforum, ci concretizarea unei provocari.

 

Sa trecem la treaba!

Singura varianta in care obtii pret de vanzare mic este sa ai costuri de productie mici, si astea incep chiar de la alegerea configuratiei.

Si din experienta aleg din start semiuntea, nestabilizata, bazata pe IR2153, si posibil o varianta cvasi-rezonanta, stiti voi, ZCS sau ZVS, ar ajuta la snuberizari si zgomot, dar om vedea. 

Nu mi-am propus un buget de costuri specific, ar fi totusi preferabil sa ma incadrez in cca 100 de lei sau puti peste, dar ramane de vazut.

 

2153 faciliteaza realizarea cea mai simpla a unei semipunti, adica un numar cat mai redus de componente, care inseamna costuri de productie mici. Nu are softstart dar asta e, vrem ceva simplu. 

Am cautat pe la digikey ceva alternative mai moderne la CI-ul asta dar n-am gasit nimic atractiv sau pe stoc deci raman la el. 

Un alt mod de a reduce costurile este obtinerea unui pcb mai mic, care costa mai putin la fabrica, si asta se face mergand pe smd-uri, deci IR2153 SMD sa fie:
https://www.tme.eu/ro/details/ir2153strpbf/drivere-mosfet-igbt/infineon-technologies/

 

Este pe stoc si costa ceva mai mult de 7 lei, dar pentru ca o sa iau minim 5 bucati, trec la el 6,74 lei.

 

Traful ETD39, dupa multe cautari am mers pe asta:
https://www.digikey.ro/en/products/detail/ferroxcube/ETD39-20-13-3C94/7041564

 

8,81 lei cu TVA per bucata, deci 17,62 lei.

 

Carcasa merg pe varianta asta ( la marii distribuitori sunt nejustificat de scumpe ):
https://zutech.ro/miezuri-ferita-sarma-bobinaj/2079-carcasa-miez-ferita-etd39.html

 

3,07 lei.

 

Cleme de fixare:
https://www.digikey.ro/en/products/detail/epcos-tdk-electronics/B66364A2000X000/3915601

 

7 lei 2 bucati.

 

Mosfeti.

Ceva TO220, orice intre 500 si 1000V e ok, iar la curent orice intre 7 si 30A ( curentul continuu maxim fiind undeva sub 2A ).

Esential este sa fie ceva rapid, astfel incat 2153 sa-i poata comanda eficient de unul singur ( fara driver suplimentar ).

Dupa o cautare parametrica mai amanuntita am gasit mai multe variante, insa cea mai interesanta mi s-a parut asta:
https://www.digikey.ro/en/products/detail/infineon-technologies/IPP50R380CEXKSA1/3687580

 

Ciss sub 600pF si Qgs 3,1nC, adica excelent pentru pierderile in comutatie.

Bonus, Rds-on de 0,35Ohm, adica si pierderile in conductie vor fi mici.

 

14,5 lei 2 bucati.

 

Mai sunt si alte variante asemanatoare deci n-ar trebui sa fie probleme de stoc.

 

Diodele.

Tot pentru simplitate si pentru ca am mai folosit asa ceva, merg pe 2 capsule TO220 cu cate 2 diode, una anod comun cealalta catod comun. Rezulta 2 capsule in minus, deci spatiu mai putin pe placa si pret mai mic de productie.

Tot dupa o cautare parametrica la digikey am mers pe astea:
https://www.digikey.ro/en/products/detail/smc-diode-solutions/MBRF20150CT/6022212

 

https://www.digikey.ro/en/products/detail/smc-diode-solutions/MBRF20150CTR/6022214

 

6,9 lei amandoua.

 

Condensatorii de filtrare din primar.

Pentru ca am tot pomenit de cautari parametrice, hai sa va arat cum o fac, ca sa intelegeti cata munca de documentare presupune dezvoltarea cap-coada a unui proiect.

 

Intru pe site-ul digikey, pasive, condensatori:

 

Apoi selectez condensatori electrolitici:

 

Si ajung aici, unde in primul rand selectez statutul de activ ca sa nu am surprize neplacute:

 

Apoi din stanga jos selectez casuta "in stock", sa fiu sigur ca tot ce gasesc se afla pe stoc:

 

Mai departe capacitatea, din experienta stiu ca 220u ar trebui sa fie deajuns, deci bifez valoarea asta:

 

Mi-au ramas 823 de variante disponibile.

Mai departe selectez tensiunea de 200V:

 

17 variante ramase.

Dau click pe "apply all" si ajung aici, unde selectez ordinea in pret crescator:

 

Cele mai ieftine variante sunt chiar de la 2 dintre cei mai reputabili producatori de electrolitici, primul are si capsula mica si de toate, numai ca e prea scump pentru un proiect care se vrea ieftin, deci revin la Tme unde gasesc pe asta:
https://www.tme.eu/ro/details/rd2d227m1835mbb/condensatoare-electrolitice-tht-105degc/samwha/

 

Mai exista o varianta mai ieftina si pe o capsula mai mica insa aceea este valabila doar pana la epuizarea stocului, deci n-are ce sa caute intr-un proiect serie.

 

Pentru ca o sa comand minim 5 bucati, o sa beneficiez de pretul unitar de ceva mai putin de 6 lei per bucata, deci 11,5 lei 2 bucati.

 

Condensatorii de filtrare din secundar.

Aici cam orice intre 470u si 1mF e deajuns, in 2 bucati in paralel per ramura pentru a-si imparti riplul de curent si implicit stresul.

Am mers pe o varianta de compromis:
https://www.tme.eu/ro/details/ed1h681mnn1230r/condensatoare-electrol-tht-imped-joasa/elite/

 

4 bucati din astia 7,9 lei.

 

Radiatorul.

Pentru ca l-am folosit cu succes si stiu bine ca-i deajuns merg pe asta:
https://zutech.ro/kituri-audiodiverse/4925-radiator-aluminiu-140x41x19mm.html?ssa_query=radiator

 

Este oricum mult mai ieftin decat orice aplicabil de la TME ( am cautat in mod expres ).

9,07 lei.

 

Socul de mod comun de pe retea.

Aici ca sa nu-mi mai bat capul cu bobinare aleg ceva gata facut de la TME ( diferenta de pret oricum nu-i mare, si ce faci manual n-are cum sa arate la fel de bine ).

Orice intre 1 si 2mH si de pe la 2A in sus este deajuns.

Am mers pe asta:
https://www.tme.eu/ro/details/ssrh7hs-m20013/inductoare-tht-toroidale/kemet/

 

Capsula destul de mica ( 18mm*14mm ), curent 2A deajuns tinand cont ca am nevoie de maxim 1,5A.

8,51 lei bucata.

Daca asta dispare de pe stoc exista o alternativa in aceeasi capsula si curent, la inductanta ceva mai mare:
https://www.tme.eu/ro/details/ssrh7h-m20016/inductoare-tht-toroidale/kemet/

 

Puntea de retea.

Aici una plata, orice de pe la 4A in sus si intre 600 si 1000V.

Merg pe asta:

https://www.tme.eu/ro/details/d4ub60-yan/punte-redresoare-diode-unifazica-plata/yangjie-technology/d4ub60/
0,98 lei bucata.

 

Condul X2 de pe retea.

Aici orice de cateva sute de nF, eu am mers pe asta:
https://www.tme.eu/ro/details/jfz-220n_310-p15/condensator-din-polipropilena-x2-y2/jb-capacitors/

 

0,85 lei buc.

 

Condul inseriat cu primarul:
https://zutech.ro/condensatoare-poliester-250v/4353-1uf-250v-poliester.html?ssa_query=1uf

 

0,44 lei.

 

Cam astea ar fi principalele componente care alaturi de pcb decid costurile de productie.

Totalul pana aici ar fi de 95 de lei.

Este deci evident ca n-o sa ma incadrez in cei 100 de lei, insa ce a mai ramas sunt chestiuni marunte, a caror contributie e redusa, cel mai mult va mai contribui pcb-ul, si ideea ar fi ca pretul de vanzare sa fie sub 200 de lei, ca altfel nu prea are sens, nimeni n-o sa fie interesat.

Ramane de vazut daca ma voi incadra, atunci cand voi pune in lucru o schema si voi completa lista de componente. 

 

Momentan ma opresc aici prezentand scuze pentru lungimea postarii.

Astept reactiile voastre, eventual si interesul daca acesta exista, ca fara interesul vostru proiectul nu are sens. 

 

Spor.

[merck]

Acum 21 minute, Marian a spus:

Totusi de data asta fac o exceptie, voi dezvolta pas cu pas schema in stilul pe care deja il cunoasteti, publicand inclusiv varianta finala a schemei, pcb-ul insa nu o sa fie publicat.

Dar de cumparat pcb-ul  va fi posibil? (sau un group buy) Ca banuiesc ca faci minim 5 bucati si nu le folosesti pe toate. 

[eos]

Ca o alternativa la procurarea componentelor poate fi si lcsc.com

 

https://lcsc.com/product-detail/Aluminum-Electrolytic-Capacitors-Leaded_AISHI-Aihua-Group-EWH2DM471M40OT_C160143.html

https://lcsc.com/product-detail/Gate-Drive-ICs_Infineon-Technologies-IR21531STRPBF_C2985.html

https://lcsc.com/product-detail/Polypropylene-Film-Capacitors-CBB_STE-Songtian-Elec-B22E105KS145220135070EOY_C2893343.html

https://lcsc.com/product-detail/Aluminum-Electrolytic-Capacitors-Leaded_PANASONIC-EEUFC1H681_C178674.html

https://lcsc.com/product-detail/Aluminum-Electrolytic-Capacitors-Leaded_AISHI-Aihua-Group-ERR1HM681W20OT_C2826432.html

https://lcsc.com/product-detail/Aluminum-Electrolytic-Capacitors-Leaded_BERYL-Electronic-Tech-RC050M681LO13-20TH-2A1E_C357638.html

[Marian]

@merck, "muieti is posmagii?", asa-i? 

 

@eos multumiri pentru efort.

Stiam de acel magazin insa problema principala acolo e locatia, vin coletele greu si se vamuiesc.

Plus ca nu esti la fel de sigur de provenienta componentelor.

 

 

[eos]

Nu se vamuieste nimic. Pretul platit acolo include toate taxele. in 2 saptamani vine coletul la usa

Editat Februarie 8, 2022 de eos

[merck]

10 hours ago, Marian said:

@merck, "muieti is posmagii?", asa-i? 

Pai nu's megieș cu Ion Creanga? 

Acu' nu-i bai daca nu-mi dai posmagi muieti... cel mult crap de foame! 

10 hours ago, eos said:

Nu se vamuieste nimic. Pretul platit acolo include toate taxele. in 2 saptamani vine coletul la usa

Cum sa nu se vamuiasca??? Dupa 1 iunie 2021 .... am belit belingeru'! (ordin de la Bruxelles!!!) 

[Sharky]

Faina treaba, sper sa iasa!

 

Acu ce ma gandesc dupa ce termini in prima faza un proiect sa incerci sa lasi loc de upgrade.

Gen sa poti mari filtrajele, sa poti pune un miez mai mare, pt o mica suma in plus.

Unii ar vrea sa faca asta.

Evident daca din testele practice se dovedeste ca merita. Pui acolo forma de unda cu 2x220u primar si 4x220 primar.

Poate cumva ii poti lega pe ambele parti pe pcb, asta ca sa nu cresti suprafata pcb.

Ca pe sarme nu e frumos si nici bine.

 

Tine puntea aia fara soft start?

Si cred ca low noise e esential, ca in mare va fi sursa de audio deci curent de impuls cat mai mare, media evident pe masura pieselor.

Si un prag cu temperatura ar fi ideal, chiar si simplu adica impulsul si chiar si limitarea sa aiba 2 valori in functie de temperatura atinsa. Cred ca ar aduce ceva plus de performanta zic eu.

[Mircea Crisan]

Acum 6 ore, Marian a spus:

 

Totalul pana aici ar fi de 95 de lei.

Este deci evident ca n-o sa ma incadrez in cei 100 de lei, insa ce a mai ramas sunt chestiuni marunte, a caror contributie e redusa, cel mai mult va mai contribui pcb-ul, si ideea ar fi ca pretul de vanzare sa fie sub 200 de lei, ca altfel nu prea are sens, nimeni n-o sa fie interesat.

 

Eu ma bag ca si cumparator la banii astia si puterea declarata continua.

Si traful bobinat? Se poate si o tensiune secundara pentru operationale?

[Marian]

Cand am spus 250W m-am referit desigur la puterea continua. 

De bobinarea trafului ma ocup eu.

O sa fie si o iesire auxiliara insa nu sunt decis daca va fi una simpla sau dubla, ramane de vazut.

[Sharky]

Pai dubla, clar, si cu locul pe placa, se rezolva cumva, eventual se pune doar redresarea, mici conzi, restul il face omu separat pe alta placa.

Eventual bobinaj separat si alege omul daca e cu priza mediana sau nu, un secundar de 1A pe care sa pui si un releu pt DC si altu mai subtire, doar pt AO, deci cred ca incape.

 

Acu zic si eu ce as vrea ca si client.

 

Sau eventual renuntare la releu de DC, dar sa aiba o comanda sursa pt shutdown in caz de avarie.

Asta combinata cu un crowbar mai domol, adica tiristor gras inseriat cu 1ohm 10W ar scuti difuzoarele de orice DC neplacut si cu 1ohm nu faci artificii.

[Marian]

Nu sunt sigur ca inteleg ce vrei sa zici, dar prioritatea la auxiliare o are ventilatorul, necesar datorita geometriei radiatorului sursei, totodata e bine de avut auxiliara de 12V si pentru protectia DC la boxe.

Pini la traf ar fi fix pentru 2 seturi de iesiri auxiliare, una simetrica pentru AO si una simpla pentru vent si DC-detect.

Cea simetrica se poate stabiliza cu 2 regulatoare smd de cate 100mA, ori se poate bobina pentru ceva intre 2x10 si 2x15Vcc nestabilizat, economisindu-se loc pe placa.

Cea simpla stabilizata cu 7812, si cel mai probabil pus pe radiatorul tranzistorilor si al diodelor pentru a nu mai ocupa spatiu cu un alt radiator.

 

PS: Referitor la upgrade, nu are sens, ori facem o sursa simpla, ori una complexa.

Va fi o sursa fixa, eventual tensiunile principale ar putea fi selectabile la comanda intre 2 limite, sa zicem +/-25 si maxim +/-40 din bobinarea secundarelor.

 

Referitor la zgomot, analizand sursa LLC pe a carei modificari am prezentat-o oe topicul cu IR2153, si in varianta cum a fost facuta de Norbert, zgomotul pe iesire era oribil, iar curentul in primar sinusoidal numai in anumite conditii ( predominant triunghiular ). Acuma nu stiu daca este o chestie caracteristica surselor in comutatie LLC ori o consecinta a proastei calculari a tancului rezonant, insa nu mi-a placut deloc ce-am vazut, foarte nasol comparativ cu ce mi-a iesit mie dupa modificarea cu IR2153. 

Imi place sa cred ca un beneficiu important al comutatiei soft este tocmai un nivel de zgomot de comutatie ( nu riplu ) ceva mai redus, si de asta am spus ca iau in calcul o cvasirezonanta, decizia finala va fi luata doar in urma testelor practice comparative.

Totusi nu cred intr-o sursa in comutatie cu zgomot nici macar in apropierea celor cu traf, dar fiind la multe zeci/sute de khz e irelevant, nu-l poti percepe oricat de proasta ar fi rejectia amplificatorului la acea frecventa.

Pentru audiofili solutia e simpla, cate o inductanta inseriata cu ramurile de alimentare, care cu conzii de pe placile amplificatoarelor vor face un LC tocmai bun pentru combaterea zgomotului.

 

LE: Referitor la varfurile de curent mai mari pentru amplificatoare.

Protectia va fi una simpla cu stop, si cel mai probabil pentru simplitate realizata cu un shunt in sursa mosfetului de jos, iar pragul va fi destul de sus fata de curentul mediu maxim, deci resurse vor fi destule in vederea dinamicii, mai ales ca varfurile alea acute se trag mai mult din filtrare decat din traf.

[Sharky]

Pe scurt: comanda de shutdown, scoasa explicit undeva. Adica poate userul nu folsoeste releu DC, foloseste shutdown pe sursa, plus crowbar, care il instaleaza el.

Eu as fi pt bobinaj separat daca nu ridica prea mult costul. MAcar pe placa pastrat loc pt redresarea auxiliara si filtraj.

Cui nu ii trebuie nu cere bobinaj extra.

 

Stabilizare din tensiunea mare n-are decat sa o faca utilizatorul pe alta placa, n-are rost de inghesuit aici asa ceva.

N-are rost sa incluzi asa ceva, mi se pare inutil.

[Marian]

Cam asta ar fi ce am discutat pana acum:

 

Ignorati numerotarea cvasi-aleatorie acomponentelor, e un aspect ce-l voi finisa mai tarziu.

Nu am pus inca inductanta serie pentru rezonanta in primar deoarece inca nu m-am decis nici macar ce fel de regim voi alege, si ZCS si ZVS au unele neajunsuri care tind sa-mi limiteze asteptarile ( ZCS supune mosfetii la varfuri mari de curent si poate avea totusi ceva pierderi in comutatie pe Ton, in schimb ZVS are comutare soft doar pe Ton, Toff e tot hard, ambele pot sa aiba performante sub asteptari la capitolul zgomot, deci...). Totusi o sa incerc sa testez practic atunci cand va fi cazul, ambele variante si vedem ce decid atunci.

 

[XAN77]

E ok alimentarea la 7812 ăla? că nu înțeleg ce limitează intrarea la cei 37-40 cât acceptă el.

[lalihifi]

On 2/23/2022 at 2:52 PM, x_dadu said:

E ok alimentarea la 7812-ele ăla? că nu înțeleg ce limitează intrarea la cei 37-40 cât acceptă el.

 

Nu este o problema .

Poate sa puna preventiv la intrarea lui 7812 un zener de 20v aprox (sa zicem) si dupa cateva teste (curent consumat , etc ) sa modifice rezistenta de alimentare si sa pastreze dioda zener daca vrea