Amplificator clasa D autooscilant - o schema interesanta

[spinach]

Dupa cum vad eu schema , avem un oscilator format din mosfeti si bobina de 30uH , in care injectam un semnal audio . De inteles , inca nu am inteles , astfel :a. la ce valoare a miezului , ar fi tinta sa ajung ?b. ce valoare au astfel de miezuri uzual ? sint toate la fel ? din ce sint facute ?c.de ce trebuie sa folosim miez pentru o valoare de 30 microH ? la acesta valoare o putem face si fara miez d.cu ce frecventa merge oscilatorul pe gol ? cu ce frecventa merge oscilatorul la 150w ?

[Th3_uN1Qu3]

a. Depinde de impedanta difuzorului. Insa pt ca in aceasta schema se ia reactia negativa dupa filtru, nu conteaza asa de mult. Un filtru optim pt toate impedantele 8-4-2 ohmi este 22uH/1uF. Condensatorul neaparat nepolarizat. Eu folosesc 3x 330nF poliester in paralel.b. Miezurile sunt facute din pulbere de fier amestecata cu un alt material nemagnetic. In functie de acest raport miezul are o permeabilitate mai mare sau mai mica - cu alte cuvinte, cu acelasi numar de spire, pe un miez de amestec diferit, vei avea mai putina sau mai multa inductanta. Ai zice ca e mai bine ca ai mai putine spire de dat insa odata cu cresterea permeabilitatii scade curentul de saturatie. In clasa D ai nevoie de inductante relativ mici la curenti de saturatie mari. Prin taierea bobinei efectiv scazi procentul de fier din ea, deci scade inductanta si creste curentul de saturatie.c. Bobina pe aer se comporta mai bine decat una pe miez. Insa dimensiunea fizica devine repede un inconvenient - 350W la 4 ohmi = 10 amperi. Daca pui pe 2 ohmi situatia e si mai tragica. Deci ai nevoie de fir si mult si gros.d. Oscilatorul nu este influentat numai de filtrul de iesire. In schema din pdf C3 si R7 au o influenta foarte mare asupra frecventei de oscilatie. Al meu se invarte undeva pe la 270kHz in gol cu componentele specificate in pdf. Frecventa scade oarecum in sarcina insa nu am stat sa vad exact la cat. Pt scaderea nivelului de semnal rezidual de comutatie la iesire scade R7 pana la 1k. Din C3 se poate ajusta frecventa. O sa vin cu o schema actualizata cand termin modulul meu de 350W.

[spinach]

Ce influente ar fi din punct de vedere al ratiatiilor parazite ? cit este de nociv pentru sistemul electromagnetic al camerei ? Daca folosim un tor pentru bobina , bobina este mai putin radianta ? Am studiat putin citeva surse de calculatoare ; am gasit la torul cel mai mare valori de nivelul milihenri ! exista acolo bobine , lineare de valoare 10uh , ex R6X30 , bobinat cu 1.5mm . Nu am putea sa luam asa ceva si sa marim numarul de spire ?

[Th3_uN1Qu3]

Ce influente ar fi din punct de vedere al ratiatiilor parazite ? cit este de nociv pentru sistemul electromagnetic al camerei ? Daca folosim un tor pentru bobina , bobina este mai putin radianta ?

Nivelul de radiatii cel mai mic il obtii cu feritele alea "drum core" in care intreaga bobina este incastrata in miez, si ai nevoie si de mai putine spire decat pe pulbere de fier. Ramane doar problema procurarii acelor ferite.

Am studiat putin citeva surse de calculatoare ; am gasit la torul cel mai mare valori de nivelul milihenri ! exista acolo bobine , lineare de valoare 10uh , ex R6X30 , bobinat cu 1.5mm . Nu am putea sa luam asa ceva si sa marim numarul de spire ?

Adica alea de au doar 5-10 spire pe ele? Tot trebuie taiate, se satureaza miezul la curenti mari.

[spinach]

Am pus anexat o poza cu 2 surse si am numerotat bobinele ; despre care bobina vorbim in mod concret ?

[baga]

The Unique are dreptate , miezurile netaiate se satureaza , adica cand creste curentul prin bobina scade inductanta pana la ca si cum ar fi bobina pe miez de aer, degeaba are inductanta initiala mare. Daca le tai le scade inductanta dar nu mai scade cu curentul adica nu se mai satureaza.. . Nu stiu daca sunt foarte bune alea rotunde din sursele PC pentru ca multe nu sunt din ferita, sunt pentru frecvente de ordinul zecilor de khz, la cateva sute de khz s-ar putea sa se incalzeasca, chiar daca sunt taiate sa nu se satureze (au pierderi la frecventa mare).Eu am folosit un miez inel de ferita ( TN25 parca se numea de la tme) i-am facut o taietura cu flexul , am bobinat 20-30 de spire asa l-am lasat, nu am mai masurat inductanta.Amplificatorul meu nu era autooscilant, deci frecventa nu depindea de el.Facea un camp electromagnetic destul de mare , am pus o surubelnita aproape de el si se misca putin dupa bas.Banuiesc ca deranja radioreceptoarele si circuitele de semnal mic de la amplificator.Pentru ca nu am umplut taietura cu ceva cu lipici s-a spart cand am scapat amplificatorul pe jos.Apoi am luat dintr-o sursa de Pc miezul ala de la transformator E+I (asta e din ferita), am polizat putin partea din mijlloc de la E ca sa fac un intrefier de cam 2 milimetri, am bobinat si pe ala cam 20-30 de spire si merge brici, e rece si la 300W. Radiatia electromagnetica cred ca este mai mica ca si in primul caz pentru ca nu mai misca surubelnita. Cand am desfacut traful e+i am gasit bonus o folie de cupru care am folosit-o ca si ground-plane, fara ea facea figuri amplificatorul la putere mare. Imi pare rau ca nu am osciloscop sa vad ce se intampla pe acolo.Metoda lui The Unique cu 7 taieturi ar trebui sa reduca mult campul electromagnetic radiat daca bobinezi si pe taieturi, pe principiul asta cred ca sunt facute alea speciale pentru clasa D .Din pacate nu prea se gasesc la noi, numai daca comanzi in cantitati industriale.

[spinach]

a. orice miez are o sectiune , diametru , dimensiuni , etc . cum alegem acesta valoare , asa , macar grosier . in poza sint 3 trafuri , de diverse dimensiuni ; in surse traful depinde de puterea sursei ; pe care sa il aleg ?b. daca ii punem intrefier , cresc emanatiile secundare , nocive .2 mm nu este prea mult ?c. taiat miezul , cu 7 taeturi , nu inteleg ; adica a fort taiat in 7 locuri , cu taeturi partiale ? miezul era toroidal ? s-a taiat pe interior sau exterior ? daca s-a taiat cu bomfaerul , cred ca batea catre fier , ? d.am pus alaturi un material derpre miez toroidat folosit netaiat ??e.eu sint nelamurit cum functioneaza sistemul ; fiind autooscilant , cred ca merge in permanenta ; asta inseamna ca permanent miezul este in sarcina ?

[baga]

a. Fiecare miez are un parametru numit Al care depinde de dimensiuni , material si dimensiunea intrefierului. Parametrul Al iti arata ce inductanta obtii cu o spira. Daca luam miezuri recuperate nu avem de unde sa stim cat este Al si mergem pe incercate. Luam miezurile mari ca au Al mare. Eu am folosit transformatorul mare.Am incercat si cu alea mici, le-am facut intrefier si le-am umplut de sarma dar inductanta era foarte mica, cred ca sub 1 uH, deci alea mici nu sunt bune.Cu cat e mai mare miezul cu atat e mai mare si Al , deci punem mai putine spire pentru inductanta dorita.b. nu stiu daca este prea mult, dar daca este prea mic intrefierul poate intra miezul in saturatie la curenti mari ( si asta se calculeaza in functie de parametrii miezului , inductanta si curentul maxim ) c. toroidalul a fost taiat cu taieturi totale, nu partiale.Taieturile ar trebui sa le umpli cum a facut The Unique cu ceva amestecat cu lipici.[attachment=0]4.JPG[/attachment] d.Astea sunt miezurile speciale pentru clasa d care se gasesc greu. In titlu scrie Gapped toroid adica toroidal cu intrefieruri. (sub invelisul din plastic are taieturi multe si subtiri)e.La orice amplificator clasa d (autooscilant sau neautooscilant) miezul este "in sarcina" tot timpul . Miezul ( bobina) formeaza un filtru trece jos impreuna cu condensatorul.Cred ca nu intelegi cum functioneaza amplificatoarele in clasa D, voi incerca sa-ti explicCand avem 0v pe iesire la difuzor si amplificatorul functioneaza, tensiunea din fata filtrului oscileaza repede intre cele doua alimentari v+ si v-, insa exact jumatate din perioada oscilatiei sta la v+ si cealalta jumatate v- ( de ordinul microsecundelor).Deoarece filtrul nu lasa sa treaca frecventa inalta, dupa el avem valoarea medie a tensiunii oscilante din fata lui, adica 0 volti. [attachment=3]1.JPG[/attachment]Daca vrem pe iesire tensiune mai mare decat 0v crestem durata de conductie a finalului de la + (in fiecare perioada), filtrul nu lasa frecventa inalta sa treaca, doar valoarea medie a tensiunii de inalta frecventa.Daca vrem tensiune negativa pe difuzor, crestem durata de conductie a finalului de jos.[attachment=2]2.JPG[/attachment]Daca vrem sa avem tensiune alternativa pe difuzor modificam duratele de conductie a finalilor dupa cat vrem sa urce sau sa coboare tensiunea pe difuzor.Filtrul opreste frecventa inalta, dar lasa frecventa joasa (care este "media" frecventei inalte)[attachment=1]3.JPG[/attachment]La amplificatoarele autooscilante se ia frecventa inalta din fata sau de dupa filtru(filtrul nu este perfect si lasa putina frecv inalta) si se aplica la intrare prin reactie pozitiva ca sa oscileze tot timpul.

[Th3_uN1Qu3]

@ hspinache - tot cu alea principale faci treaba. Adica 2 si 6.

 

@ baga: Miezurile sunt din pulbere de fier, insa din contra, au pierderi mai mari la sub 100kHz! Taiate, sau folosite cu suficiente spire cat sa nu satureze (asta merge doar in surse pt ca ajunge inductanta foarte mare), merg pana la 1MHz lejer.

 

Eu sa termin sursa, ca am folosit in primarul sursei mele diode luate din primarul unei surse ATX si am luat cata teapa ca erau de 1A, au intrat in scurt si mi'au troznit unul din mosfeti. Ma duc sa iau unele de 5A.

[spinach]

OK. acum este ceva mai clar ; se pare ca tot secretul este acest miez ; este vizibil ca nu putem sa o nimerim din prima cu miezul si se pare ca varianta cu miez E este mai comoda ; a.cistigam ceva daca ne chinuim sa facem un miez toroidal cu 7 taieturi ? conteaza distanta dintre taieturi ? din punctul de vedere care il vad , cel toroidal este incomod pentru ca trebuie taiat , lipit cu intrefier , dificil de bobinat apoi cu sirma de 1.5mm , si dupa ce ne chinuim vedem ca nu este bun . Poate aveti ceva date concrete , de la un miez astfel confectionat ; cred ca in sursele de 300-400w , toate miezurile toroidare sint cam la fel .Eu am cercetat 2 surse si am gasit acelasi miez , cu 30mm la exterior . sa consideram ca el este "materia prima "-Tehnologia mi-o imaginez cam asa: taiem , punem un intrefier de anumit material , lipim cu electropasta . Care totusi ar fi intrefierul ideal si ce material de intrefier sa punem ? daca facem 7 taeturi pentru un miez de diametru 30mm la exterior , cred ca totusi se ansambleaza greu ; de ce 7 si nu 5 taeturi ? nu stiu cit de greu se taie cu bonfaerul ; daca taiem cu discul , taetura va fi cam de 1.5mm ; cu bonfaerul cred ca iese de 1 mm -putem taia la rind , la o distanta de 5 mm sau putem taia echivalent secmente pe ; cum ar fi bine ? b.daca folosim miez 2xE , facem intrefier la mijloc doar sau la toate 3 sectiunile ?c.toate miezurile de la surse sint netaiete ?d. eu cred , asa , fara o baza de cunostinte , ca un miez toroidal este mai bun decit unul 2xE , deoarece pare mai omogen , in privinta liniilor de forta ; s-ar putea sa radieze mai putin .e.am citit ca dupa filtrul LC al amplificatorului , se pune al doilea filtru LC pentru eliminare reziduri frecventa inalta ; si la acest filtru trebuie miez taiat ?f.de moment ce oscilatorul merge permanent in amplificator , ar insemna ca pe gol , amplificatorul consuma 50% din varianta amplificator full ; mi se pare mult si neeconomic . Intrebare :cele autoscilante , cit au incarcarea pe gol ? Sint diferente intre cele autooscilante si cele clasice privind incarcarea minima ? g. Cred ca exista un motiv pentru care cele autooscilante nu s-au raspindit ; inca nu stiu ce anume ; nici cele cu circuite specializate , am vazut ca nu sint prea raspindite ; de ce ? din cauza reactiilor parazite secundare ?Daca ne uitam in toate suburile facute de diversi producatori , nu sint dotate cu clasa D , desi logic ar trebui sa fie .

[Th3_uN1Qu3]

a. Nu te obliga nimeni sa bobinezi cu sarma de 1.5 de la inceput. Pt a testa inductanta poti sa pui si 0.3... numarul de spire conteaza.

Daca faci taieturi mai mari evident trebuie mai putine. Mie mi'au trebuit 7 pt a obtine ceea ce am vrut din miezul meu adica 2x T94. O sa incerc si pe T106 adica ce ai tu acolo, ca oricum asta o sa folosesc la 300W. Nu toate sursele de 300-400W au aceleasi miezuri, depinde cat de petarde sunt. Cele de calitate au miezuri mai mari si de obicei material -52 (vopsit verde cu albastru) insa in specificatii este asemanator si tot trebuie taiat.

 

E mai bine sa ai mai multe taieturi mai inguste decat una singura mare, astfel se distribuie mai uniform fluxul magnetic. Daca ai o singura taietura mare, bobinezi peste ea si ti se incinge sarma (efectul de proximitate si curenti turbionari aka eddy/foucault depinde pe cine ai chef sa numesti), daca nu bobinezi peste ea tocmai ai produs un aparat de bruiaj. Prin distribuirea taieturilor se micsoreaza acesti curenti nedoriti.

 

b. Doar la mijloc, din aceleasi considerente mentionate mai sus.

 

c. Da. Aceste miezuri nu sunt niciodata "taiate" din fabrica, asta se face la nivel de amestec. Nu cred insa sa vezi in vreo sursa material -2 (vopsit rosu).

 

e. Acel filtru, daca vrei sa il pui, il pui in afara buclei de reactie si afecteaza direct raspunsul la frecvente inalte si distorsiunile. Mai bine nu.

 

f. Faci o mare confuzie. Cu 50% pierderi cum naiba scoti randament de 85-90% (sau chiar mai bine)? Acel curent de mers in gol este in intregime REACTIV si exista doar la nivelul bobinei de iesire, el provoaca pierderi NUMAI daca bobina este inadecvata.

 

g. Gresesti din nou, vezi aici. http://www.hypex.nl Ideea este ca acest tip de amplificator clasa D autooscilant cu reactie luata dupa filtrul de iesire si in care filtrul de iesire face parte din oscilator, se numeste UcD (Universal class D) si este patentat de Philips. Cine vrea sa vanda asa ceva trebuie sa le plateasca licenta celor de la Philips. Hypex e doar una din firmele care face treaba asta, iar modulele lor sunt folosite in amplificatoare de la cateva sute pana la cateva mii de $, asta in conditia in care cel mai puternic modul e 400$ parca... Vezi la nebunii astia.

 

Toate amplifurile de masina peste 300-500 W sunt clasa D, dar de obicei sunt cu controller si frecventa fixa de comutatie.

 

Hai sa explic in mai mare detaliu ceea ce a postat colegul nostru mai sus. La mersul in gol fiecare tranzistor de putere "trage" pe rand tensiunea de iesire catre ramura pozitiva, si apoi catre cea negativa, in simetrie perfecta, in contratimp, la o anumita frecventa de comutatie. Bobina si condensatorul reprezinta un filtru trece jos, care ELIMINA aproape complet acea frecventa! Sa presupunem ca avem alimentari de +/-45v. Jumatate din perioada de comutatie iesirea va fi la +45v, cealalta jumatate la -45v. Acum se vede clar ca suma este ZERO. Din moment ce filtrul nu are decat elemente reactive (condensator si bobina) si nu prezinta elemente rezistive, randamentul teoretic al acestui circuit este 100%!!! Daca se schimba semnalul de comanda astfel incat sa "stea" mai mult pe una din ramuri decat pe cealalta, se obtine un nivel de curent continuu la iesire. Daca se moduleaza oscilatorul suficient de repede, se pot reproduce semnale in curent alternativ.

 

Pierderile la mers in gol sunt si in realitate foarte mici daca componentele sunt alese corect. Problemele apar cand intervine elementul rezistiv adica difuzorul. La puteri mici, sub 10W, si folosindu'se o frecventa de comutatie suficient de inalta (peste 500kHz), se poate folosi bobina difuzorului ca filtru de iesire! Insa prin asta se pierde controlul strict asupra parazitilor pe care ii emite acel amplificator, pentru ca producatorul nu poate forta pe nimeni sa foloseasca de exemplu doar o anumita lungime de cablu, si de aceea aceste tipuri de amplificatoare "filterless class D" apar doar in ansambluri care nu se pot demonta, de ex difuzoarele unui telefon mobil.

 

Teorema Nyquist-Shannon spune ca frecventa de comutatie este nevoie sa fie minim 2x frecventa maxima de interes, insa pentru ca frecventa este oarecum variabila functie de sarcina in acest tip de amplificator, se prefera ca frecventa de baza sa fie de 3-4 ori mai mare decat cea mai inalta frecventa audio care trebuie reprodusa. Amplificatoarele auto destinate exclusiv subwooferelor folosesc frecvente de comutatie de 30-50kHz, o clasa D fullrange e recomandat sa foloseasca minim 200kHz.

[spinach]

Acuma inteleg ca user Th3_uN1Qu3 a realizat concret acest amplificator ; nu m-am lamurit daca in teste a esit corect . Deci :-concret , ce fel de bobina ai folosit , ce masuratoare te-a determinat sa tai miezul , cind trebuie sa ne decidem sa taiem miezul ?-valoarea bobinei cred ca este influentata de frecventa de oscilatie ; masurind frecventa de oscilatie ne putem da seama ce valoare are bobina ?-cit variaza frecventa de oscilatie in functie de intrare semnal audiofrecventa sau nivelul de putere de la iesire-de ce in schema sint 2 circuite de tip ao si nu putem pune unul dublu ?

[Th3_uN1Qu3]

nu m-am lamurit daca in teste a esit corect . Deci :

-concret , ce fel de bobina ai folosit , ce masuratoare te-a determinat sa tai miezul , cind trebuie sa ne decidem sa taiem miezul ?

Varianta de 100W a iesit corect. Foloseste o bobina realizata cu 30 spire pe 2x T94-26 lipite unul peste altul si cu 7 taieturi de ~2mm. Am programul asta si programul asta. Cu ele (mai ales linkul al doilea ca e de la mama lor de la aia care fac miezuri si bobine) am calculat o bobina pe material -2 (cel mai bun pt clasa D), si am taiat miezurile mele pana cand am ajuns aproximativ la nivelul acelui material.

 

Am jumatate de SMPS facut, dupa ce termin SMPS'ul de 800W voi face si 2 module de 350W si vedem cum se comporta.

 

-valoarea bobinei cred ca este influentata de frecventa de oscilatie ; masurind frecventa de oscilatie ne putem da seama ce valoare are bobina ?

Am spus mai sus cum se masoara valoarea bobinei cu ajutorul rezonantei paralele.

 

-cit variaza frecventa de oscilatie in functie de intrare semnal audiofrecventa sau nivelul de putere de la iesire

Depinde. La putere maxima poate scadea cam pana la jumatatea frecventei de mers in gol. Sincer sa fiu NU am fost atent, dar voi masura.

 

-de ce in schema sint 2 circuite de tip ao si nu putem pune unul dublu ?

LM311 este comparator nu amplificator operational. Un AO este prea lent pentru aceasta pozitie.

TL071 are rol de buffer, este important pt a se putea conecta orice sursa la intrarea acestui amplificator, si scade propagarea zgomotului de comutatie in sursa de semnal.

[spinach]

a.-de moment ce ai alaturi 2 miezuri tip T94 , probabil ai avut motiv ; asa a esit din calcul sau prin incercari ? - ai taiat ambele miezut de 7 ori sau cumulat pe ambele miezuri sint 7 taeturi ? taeturile sint aliniate pe cele 2 miezuri ? -cu ce diametru de sirma ai bobinat ?b.bobina se incalzeste ? diferenta termica intre gol/incarcat ? c.pentru 100w cu ce tensiune s-a alimentat ?d.daca variaza frecventa avem cumva pe esire probleme ? nu ar fi normal ca frecventa sa stea batz ?

[Th3_uN1Qu3]

a. Din calcul.- Cumulat sunt 7 taieturi, sunt aliniate pt ca le'am taiat dupa ce le'am lipit.- Am bobinat cu cablu din sursa PC, 20AWG (0,8mm). Ca din ala am avut pe mana in momentul respectiv. Nu recomand insa, izolatia din plastic e incomoda si ocupa loc in plus.b. Nu prea se incalzeste. Cam 10 grade in plus fata de temp camerei.c. +/-30vd. Daca vrei sa stea batz frecventa faci un amplificator cu controler PWM. La orice circuit autooscilant fie el sursa sau amplificator clasa D variaza frecventa in functie de sarcina. Atat timp cat frecventa de oscilatie este suficienta cat sa se reproduca corect inaltele, nu sunt probleme.