TPA3123D2-Primul meu amp clasa D

[Mikrosha]

Salutare tuturor.

Sper sa nu se supere cineva ca fac un topic doar despre asta, dar am vazut ca amplificatoarele clasa D nu sunt prea discutate p-aici.

Dupa ce m-am distrat cu amplificatoare cu lampi, tranzistoare si circuite integrate, clase A si AB, m-am decis sa incerc ceva nou: Un amplificator clasa D. Sunt destul de impresionat cat au evoluat ampificatoarele clasa D, deoarece au reusit sa bage totul (oscilator, comparator, driver si finali) intr-un singur integrat.

TPA3123 este unul dintre ele, care are nevoie doar de filtrul de iesire. L-am ales pentru ca pretul componentelor este relativ mic fata de altele. Lucrand la o frecventa de cca 200KHz, nu i-ar trebui decat filtru L+C pe iesire.

O alta inovatie este Thermal Pad-ul; pastila de siliciu este pusa pe un suport din metal bun conductor termic, care trebuie lipit pe un plan de masa de cupru. In acest fel caldura se disipa pe planul de masa. In modulul de evaluare produs de Texas Intruments, tot bottom layer-ul este folosit ca radiator, si cateva vias-uri le leaga de un pad, pe care este lipit thermal pad-ul. Ca hobbyist neavand posibilitatea sa fac vias-uri, am folosit o mare parte din top layer ca radiator, si majoritatea traseelor au fost puse pe bottom layer. Se pare ca am exagerat cu chestia asta, observ ca desi integratul ajunge pe la 60'C (masurat cu degeto-metrul) la 1cm distanta de el, cuprul nu depaseste 40'C. In datasheet spune ca temperatura maxima, si respectiv cea la care intra protectia, este de 150'C. In concluzie s-ar fi putut sa se faca un plan de masa mai mic si chiar tot amplificatorul pe un singur layer. Din acest motiv nici nu public cablajul decat daca doreste cineva.

Cablajul mi l-a facut cineva dupa metoda foto. Thermal pad-ul nu l-am lipit cu cositor de cablaj, ci am pus pasta termoconductoare pentru procesoare. Nu este cea mai buna solutie, dar mi-ar fi fost imposibil cu cositor pe thermal pad

Pinii se lipesc cel mai bine cu flux si creion cu aer cald, dar in lipsa se poate folosi si un letcon de 25W cu varf subtire, sub lupa. Operatia de lipire este a integratului este partea cea mai dificila a proiectului.

Componentele le-am cumparat de la Farnell, si public lista:

Nr crt Componenta Cod Pret unitar Bucati Observatii

1 TPA3123D2 1632099 5.10 1

2 470uF low-esr 1219475 0.46 5 THT, 4+1 rezerva

3 1uF low-esr 1735541 0.37 10 Comanda minima 10, necesari 6

4 22uH SMD, ferita, 1636150 1.81 2

5 10uF low-esr 9695826 0.23 2

6 220nF, 50V SMD 1362557 0.09 10 c.min. 10, necesari 2, cel mai ieftin

Toate componentele au costat 16 euro.

Pe placa am pus si partea de redresare. Il alimentez la 28V, dar poate fi alimentat intre 10 si 28V. Ca filtrare am folosit 6800uF plus condensatorii 470uF low-esr din schema (v. datasheet). Tot avand un brum destul de deranjant, am pus un shoc mic, pe 8 tole E+I cu sectiune totala de aproximativ 0,25cm.

Calitatea sunetului nu-i cine stie ce. Desi puterea maxima e de 25W, THD de 0,1% sunt cam pana la 10W, dupa care cresc exponential, lucru care se simte.

Datasheet-ul integratului: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet- ... 123D2.html

Modulul din care m-am inspirat: http://focus.ti.com/lit/ug/slou208/slou208.pdf

Poza cu integratul (pe bottom layer):

Poza cu placa:

 

Pareri??

[moro]

Frumos amplificatorul

[lalihifi]

Ma bucura ca a incercat cineva cu circuite de la texas .Am in vedere si eu unul de 2*150w.Daca vei sa-l folosesti asa cum trebuie vezi ca poti gasi surse mici in comutatie de 24v (iei una cu 10% mai puternica decat puterea maxima pe iesire).Cred ca o sa fii mai multumit de rezultate .Felicitari pentru realizare.

[baga]

Daca iei sursa in comutatie,ia minim de 2 ori mai puternica decat puterea maxima.Daca nu,este posibil sa intre in protectie sursa cand dai la maxim pe frecvente joase, asta depinde si de filtrajul intern al sursei.

[Mikrosha]

Multumesc de aprecieri!E buna ideea cu sursa in comutatie, dar oricum am vreo 20 de kile de transformatoare deci nu s-ar merita investitia Mi se pare ciudat cum se comporta termic. La pornire, in 15 secunde ajunge cam la 60'C (nu se poate tine degetul pe el), si la oprire se raceste tot la fel de repede, in mai putin de 10 secunde. O fi normal? Nu apar tensiuni mecanice in siliciu care sa-l crape?

[Mahdi]

Multumesc de aprecieri!E buna ideea cu sursa in comutatie, dar oricum am vreo 20 de kile de transformatoare deci nu s-ar merita investitia Mi se pare ciudat cum se comporta termic. La pornire, in 15 secunde ajunge cam la 60'C (nu se poate tine degetul pe el), si la oprire se raceste tot la fel de repede, in mai putin de 10 secunde. O fi normal? Nu apar tensiuni mecanice in siliciu care sa-l crape?

...pai...in general aceste circuite integrade smd "de putere" au un pad dedesupt. Acest pad, legat electric la GND are rol de "relief" termic (pe romaneste eliminare caldura). Cablajul pentru asftfel de CI se face neaparat multistrat. Sub padul de dedesupt se pun multe via (gauri de trecere) care asigura eliminarea caldurii in placa. Astfel placa de circuit se transforma in radiator terminc. Chestia asta e dificil de realizat DIY pentru ca nu prea ai tu cum sa metalizezi via. Deci in cazul tau incalsirea la 60 C nu e anormala. Viteza de incalzire/racie e mare pentru ca circuitul este mic dimendsional si are "capacitate calorica" mica. Nu pot bagta mana in foc dar nu cred ca vor fi probleme f mari.Cauta la TI pe site layout-uri recomandate pentru circuitele de amplificare in clasa D eventual pentru cele din seria de drivere si surse in comutatie. Acolo vei vedea despre ce vorbesc legat de gestionarea regimului termic de functionare (in atasament am un astfel de exemplu).Bafta.

[Mikrosha]

Multumesc pentru raspuns!

...pai...in general aceste circuite integrade smd "de putere" au un pad dedesupt. Acest pad, legat electric la GND are rol de "relief" termic (pe romaneste eliminare caldura). Cablajul pentru asftfel de CI se face neaparat multistrat. Sub padul de dedesupt se pun multe via (gauri de trecere) care asigura eliminarea caldurii in placa. Astfel placa de circuit se transforma in radiator terminc. Chestia asta e dificil de realizat DIY pentru ca nu prea ai tu cum sa metalizezi via.

In primul post am spus si eu cam acelas lucru legat de "thermal pad".

Deci in cazul tau incalsirea la 60 C nu e anormala. Viteza de incalzire/racie e mare pentru ca circuitul este mic dimendsional si are "capacitate calorica" mica. Nu pot bagta mana in foc dar nu cred ca vor fi probleme f mari.

Concluzia ar fi ca vaselina siliconica de procesor pe care-am pus-o nu prea da roade, cred ca din cauza distantei mari (~1 mm) intre thermal pad si planul de masa. Deci chiar daca am pus un plan de masa suficient de mare, nu face mare diferenta tocmai din cauza transferului termic prost capsula-cablaj. Poate daca lipeam cu cositor thermal pad-ul era mai bine .

 

Oricum, daca spuneti ca nu vor fi probleme, il las asa. Pana acum n-a intrat protectia termica nici la maxim, si nu cred c-o sa intre.

Cauta la TI pe site layout-uri recomandate pentru circuitele de amplificare in clasa D eventual pentru cele din seria de drivere si surse in comutatie. Acolo vei vedea despre ce vorbesc legat de gestionarea regimului termic de functionare (in atasament am un astfel de exemplu).

Multumesc de atasament, util! Ceva similar am studiat inainte sa proiectez placa:

http://focus.ti.com/lit/an/sloa120/sloa120.pdf

[Mihai85]

cauta pe cineva cu o statie cu aer cald sa il lipesti cum trebuie,la un service gsm de ex.avand in vedere ca placa e cam groasa iar traseul de masa are suprafata mare daca vrei sa-l lipesti cu aer ar fi bine sa bagi un preheater dedesupt ca sa nu il incalzesti prea tare si sa folosesti cositor cu plumb care se topeste la temp mai joasa.daca mai cositoresti si tot cablajul suprafata de racire va creste

[Mahdi]

...trebuie sa recinosc ca nu a citit cu f mare atentie postul tau, ideea mea a fost sa iti raspund la problema cu incalzirea/sacirea integratului. Recomandarea pe care pot sa o fac este sa incerci sa realizezi cablajul industrial, in felul acesta avend posibilitatea sa folosesti via in thermal pad. Folosind cablaj realizat industrial vei putea benegicia de un plan de masa mai generos, si chiar daca cablajul va fi acoperit cu solder mask eu zic ca racirea se va face mai bine decat acum.In legatura cu pasta termica de procesoare, nu shtiu ce parere au in general utlizatorii acestui forum despre ea, eu am o parere foarte proasta. Am avut rezultate mai mult decat excelente cu vasilna siliconica clasica. Dar, daca te documentezi putin vei vedea ca dedi e filisita ca mediu de transfer termic, conductivitatea termica a vasilinei siliconice este cu mult mai mica decat a metalelor. Pentru transfer termic bun este bine sa lipesti termal padul. Recomandarea de mai sus cu statia cu aer cald o impartasesc si eu. Daca esti din Bucuresti te pot ajuta si eu cu o astfel de statie (send PM).Bafta.PS. Intentiones curand sa fac si eu un amplif in clasa D dar pornind de la o alta schema, fara integrate special facute pt audio.

[lalihifi]

Aceiasi problema o am si eu la un cip clasa D .Insa sper sa rezolv in felul urmator :Gaura langa gaura pana fac o crestatura sub circuit .Asa ramana padul acela termic din circuit la vedere :-)Si apoi sudata o tablita intre circuitul integrat si masa ba chiar tablita mai mare ca sa disipe .

[Vizitator]

In regim de amator, pe PCB dublu strat fara metalizari, racirea capsulelor cu thermal pad se poate rezolva printr-o gaura ceva mai mare sub pad si plan de masa (sau suprafata izolata de Cu) pe partea PCB-ului opusa IC-ului; gaura se umple cat mai compact cu tresa fina si apoi cu aliaj de lipit astfel incat sa asigure contact termic (si implicit si electric) intre pad si planul de racire. [Daca este nevoie, tot acolo se poate atasa si un mic element de racire ajutator, din cupru]. Bineinteles, toate acestea trebuiesc prevazute inca din proiectarea PCB...Metoda s-a folosit cu succes in cazul cip-urilor DDS AD9951.

[Den]

Salut.Sunt curios cat de mult ar stabiliza niste mici radiatoare prinse deasupra pe integrat.La fel cum se pun pe rami la placile video.Ai cum sa testezi temperatura langa integrat cu/fara radiator prins pe ele?Si daca mai poti sa testezi in sarcina maxima la ce temperatura ajung si daca nu apar fluctuatii.Ma bate si pe mine gandul sa le folosesc la un proiect.Nu cumva distorsiunile cresc odata cu temperatura?Cam mari distorsiunile.

[Mikrosha]

Salutare.

Da, foarte buna ideea cu gaura dedesubt, am vazut la bodega c-asa a facut si Dudi cu un AD9854, impecabil lucrat. Loc sa-i pun radiator n-am. Oricum, n-am mai umblat la el. Il folosesc in fiecare zi si n-a crapat, deci consider ca-i in regula.

Nu mica mi-a fost mirarea cand am gasit din greseala, intr-o carte veche, "Montaje electronica de vacanta" un amplificator clasa D facut cat se poate de simplu. Doresc sa o fac cunoscuta, asa ca fapt divers, deoarece performantele n-o fac utila in practica:

Primele 2 porti din stanga formeaza un oscilator (merge doar TTL standard, trebuie modificari pentru LS). Condensatorul C de 1nF se descarca prin rez de 500 omi si prin colectorul tranzistorului, astfel curentul de baza controleaza timpul de descarcare, si de asemenea latimea impulsului debitat de monostabil. Am incercat de curiozitate, si chiar functioneaza, cu un sunet foarte departe de Hi-Fi, "monoalternanta" totusi suficient de "analogic" cat sa demonstreze conceptul. Rezultate mai bune am obtinut cu 10nF in loc de 1nF dar difuzorul este permanent parcurs de curent continuu (similar cu clasa A). Probabil ca se poate face sa aiba duty cycle 50% in lipsa semnalului , caz in care s-ar putea pune condensator la iesire si elimina acest neajuns.