Автор Тема: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе  (Прочитано 9447 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Привет всем! Собрал усилок класса D (UcD, если точно) на микросхема IRS2092. Работает очень прилично, хотя ключи на IRF640, питание +/-36в, на 4 Ома - чуть более 100Вт, КЗ не боится - защита, радиатора нет вообще - транзисторы на корпусе уся...Красота... НО...
Но - имеется ложечка дегтя. Сигнал линеен почти во всем диапазоне выходных амплитуд, но при входе в оганичение по питанию сигнал сначала довольно резко возрастает, потом уже ограничивается, выглядит это, как "прыщик" на вырхушке синусоиды :). Я думал сначала, что дефект скрыт в неправильной настройке, либо в дефектных компонентах... Зарылся в теорию, благо есть авторское описалово UcD на аглицком. Дык автор пишет, что на больших индексах модуляции резко возрастает нелинейность...Лучше б картинку нарисовал, гад. Причем - если убрать ускоряющую цепочку из ООС (ну, кто в теме, что такое UcD, тот понимает :)) - то дефект почти пропадает, зато ухудшается вся форма сигнала - поскольку частота модуляциии начинает зависеть лт амплитуды...
Вот вопрос - кто нибудь сталкивался с таким и как боролся? Да, с увеличением глубины НЧ ООС дефект тоже уменьшается, но у меня раскачивающий ОУ на питании от 2092, а там +/-6в всего, так что размах сигнала около 5в, потому КУ усилителя мощности не может быть сильно маленьким... Можно, конечно просто ограничить по сигналу раскачки - дык жалко не доиспользовать мощность, ибо питание у меня пока то, что есть...Пробовал запитать все от +/-75в - сильно упал КПД, чего-то грелись выходники...так что, возможно, есть другой метод?
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

Rst7

  • Сообщений: 1619
  • Мимо проходил...
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #1 : Апреля 22, 2012, 08:30:24 am »
А что за схема, можно пальцем показать?
"Практика выше (теоретического) познания, ибо она имеет не только достоинство всеобщности, но и непосредствен

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #2 : Апреля 22, 2012, 08:46:16 am »
Полной схемы у меня нет - нарисовано карандашом на бумаге. Выходная часть - по типовой схеме включения IRS2092 - т.е. ключи к драйверу и цепи защиты по току. А цепь ООС и построена не по даташиту - мне больше нравится принцип UcD, потому блок схема выглядит так:


Сlead=470 pF
Rlead=1kOhm
Ri=2.2kOhm
Rf=24kOhm

Извини, если ты не делал - то долго объяснять, как работает и почему нелинейность именно на краях. Теоретически-то я разобрался. Просто - возможно - кто-то уже решил это просто и практично :), потому и спрашиваю.
« Последнее редактирование: Апреля 22, 2012, 08:54:39 am от OldMike »
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

Rst7

  • Сообщений: 1619
  • Мимо проходил...
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #3 : Апреля 22, 2012, 09:04:26 am »
Цитировать
то долго объяснять, как работает

Я знаю, как работает.

Цитировать
и почему нелинейность именно на краях.

С этим тоже понятно, но надо подумать, может есть способ борьбы, просто пока видится прямой - ограничивать сигнал на входе.
"Практика выше (теоретического) познания, ибо она имеет не только достоинство всеобщности, но и непосредствен

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #4 : Апреля 22, 2012, 11:37:33 am »
Нелинейность на краях - потому что форма модулирующей ВЧ составляющей на краях диапазона - далека от линейно-треугольной. Какое-то время это компенсируется ООС, потом эффективности ООС не хватает и к моменту срыва генерации при входе в ограничение - КУ модулятора резко возрастает раза в 1,5 - 2.
Причем - этот эффект при разном питании наступает на разных уровнях... Потому - тупое ограничение видится неэффективным - его бы привязать к напряжению питания... Тоже вроде несложно, но из простой схемы растет большой огород... В общем - чешу репу...
Кстати - самый заметный момент - именно перед входом в ограничение, когда ограничило - уже почти незаметно, а при значительном ограничении - практически не видно....Если получится - отслушаю на громкости (если людей на работе не будет :))  - возможно все не так и страшно - это мне халтуры играть на выезде усилок... :)

Сейчас включил на Маяковский динамик - играет ватт на 5-7, Eagles :) прямо с ноута - то очень неплохо - никаких "цифровых" призвуков не слышно, четко, чисто, прозрачно... Правда - звук "холодный" - т.е. что пришло, то и вызвучено...
« Последнее редактирование: Апреля 22, 2012, 12:11:40 pm от OldMike »
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

Rst7

  • Сообщений: 1619
  • Мимо проходил...
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #5 : Апреля 22, 2012, 05:02:50 pm »
Цитировать
Тоже вроде несложно, но из простой схемы растет большой огород... В общем - чешу репу...

Да вроде никакого такого страшного огорода - 2 диода, два транзистора и четыре резистора - это, если, конечно, надо линейно порог двигать от питания.
"Практика выше (теоретического) познания, ибо она имеет не только достоинство всеобщности, но и непосредствен

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #6 : Апреля 22, 2012, 10:15:00 pm »
Попробовал нарисовать :). Собирать уже буду на следующей печатке - на той места нет. Только я обошелся без транзисторов, но с парой лишних резюков и - у меня был свободный ОУ (половинка от ТЛ072) - я его туда задействую, как буфер. Самое сложное - все это на печатку втулить (я поклонник односторонних печаток - лениво дома ЛУТить двухсторнние :), особенно если учесть, что у меня микрухи и большинство резисторов - СМД). Ну - вроде втулил, правда - одна перемычка МГТФом образовалась :).
А второй слой на печатке - у меня экран, что совсем не лишне в классе Д.
Итого  схема выглядит так - на входе симметричный  входной каскад на ОУ, за ним пассивный ограничитель, привязанный к питанию, второй ОУ буфером-инвертором (оба ОУ еще и ФНЧ первого порядка 18-20 кГц). Ну а далее - схема из моего второго поста (ну и типовая 2092, ДТ выставлен максимальный 105нС, пороги токовой защиты настроены на КЗ). Дроссель - большой сердечник СБ диаметром 35мм с зазором в шайбу из пластиковой бутылки :), 17,5 витков ПЭВ диаметром 1,5 и емкость на землю 0,22. Еще в схеме 3 снаббера - по выходу (отражен в типовухе) и параллельно ключам...
На громкости сегодня не послушал - возможно завтра. На половинной (скорее 1/4 :)) мощности слушал полдня - очень чисто.
ЗЫ. У меня сложилось мнение, что данный дефект по-другому не побороть - он является свойством схемы... В момент, когда минимальная ширина импульса приближается к двум задержкам распространения сигнала в схеме, довольно резко меняется форма модулирующего напряжения (перед срывом генерации) и, как следствие, растет гейн модулятора... Я наблюдал этот же дефект и в другой схеме с самогенерацией (делал по-приколу все без сложных компонентов, на 074 и нескольких транзисторах). Так что это именно особенность самоосцилирующих схем, причем с повышенной частотой относительно резонанса выходного фильтра... Ладно, попробуем его ограничить, не так уж там много и потеряется, особенно если питалово с небольшим запасом сделать... При питании от 27В ограничивать приходилось где то на 22 - 23В...
« Последнее редактирование: Апреля 22, 2012, 10:20:34 pm от OldMike »
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #7 : Апреля 24, 2012, 08:36:45 pm »
Ну вот так на сегодня выглядит схема :


Единственно, что пока не нравится - пробовал нагрузить громко на 4 омный саб - начинает срабатывать защита по току на предельных амплитудах - все ж реальный тяжелый динамик - это не 4 Ома эквивалента, придется поднастроить защиту...
И вот еще что - пробовал ставить другие ключи - более продвинутые IRF3710 - стало хуже, больше мусора, они начали греться даж на холостом ходу....Вернул 640... Возможно - дело в большей входной емкости...
Ежели кому нада - могу и печаткой поделиться - вполне рабочая, хоть немного "домашняя" - без красивостей - клемм там всяких...
Питалово у меня +/-36В, пробовал и +/-75 :) грелось, хотя и работало. Думаю, 50-55 В в плече вполне возможно, особенно на 8 Ом.
На нижний справа вывод подается 12В относительно -36! (см. даташит на 2092).
« Последнее редактирование: Апреля 24, 2012, 10:36:00 pm от OldMike »
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

Rst7

  • Сообщений: 1619
  • Мимо проходил...
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #8 : Апреля 24, 2012, 09:26:13 pm »
Цитировать
И вот еще что - пробовал ставить другие ключи - более продвинутые IRF3710 - стало хуже, больше мусора, они начали греться даж на холостом ходу....Вернул 640... Возможно - дело в большей входной емкости...

Надо правильно выбирать Dead Time исходя из параметров ключей. Плюс надо посмотреть, нет ли необходимости резисторы R20 и R21 шунтировать цепочками из последовательно соединенных диода 1n4148 и резистора 4.7...5.1 ома для ускорения закрывания транзисторов.
"Практика выше (теоретического) познания, ибо она имеет не только достоинство всеобщности, но и непосредствен

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #9 : Апреля 24, 2012, 09:51:41 pm »
ДТ максимален - 105нС, я писал. Попробовал уменьшать - стало хуже. Резисторы там по 10 ом - я так понимаю, можно и без них, они только разгружают драйвер, ограничивая бросок в момент переключения. Постоянная времени 10 Ом и 2нФ - всего 20 нС, так что параллельная цепочка там вряд ли поможет... Такие цепочки хороши, когда ДТ отсутствует, я как-то баловался на IR2110 делал макет...
Напрягает немного другое - я сейчас проверял токовую защиту (ну, в пределах моего источника питания :)), так у меня настроено было вроде с запасом, а все равно срабатывало на сабе на полной мощности (всего-то ватт 100 :) на 4 омах)... Значит - или ключи теряют линейность, когда ток превышает паспортный (У них постоянный заявлен 16 А, но импульсный то 64!) то ли я чего-т не понимаю... Ну например - на реальном динамике из-за его индуктивности есть какие-то дополнительные выбросы, улавливаемые детектором перегрузки...Причем - детектор встроенный, ни отключить его, ни изменить ничего, кроме порогов, я не могу... Он снимает сигнал с потерь напряжения на открытом ключе..
Ладно - все равно интересно, буду продолжать ковыряться...
ЗЫ Вот не знаю, как с цифровым осциллом, а с аналоговым не очень удобно - щуп уже давно не родной :), на звуковых частотах это не особо заметно..А вот когда мощные ключи на 250 кГц работают - от помех не удается отстроиться - идут по землям приборов и т.д... :)
« Последнее редактирование: Апреля 24, 2012, 10:12:30 pm от OldMike »
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

OlegFX

  • Сообщений: 5097
    • Просмотр профиля
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #10 : Апреля 24, 2012, 10:46:14 pm »
Миша, ты учитываешь, что АС обладает большой реактивностьью?
Цитата из первой части статьи про сверхлинейный усь Агеева (Радио 10, 1999):
Цитировать
Модуль импеданса некоторых громкоговорителей может снижаться с 4 до 1,6 Ом (в некоторой полосе частот), а фазовый угол — возрастать до 60 град.
Отсюда намного больший пиковый ток, чем в случае с чисто активной нагрузкой.

Rst7

  • Сообщений: 1619
  • Мимо проходил...
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #11 : Апреля 25, 2012, 07:54:53 am »
Цитировать
Постоянная времени 10 Ом и 2нФ - всего 20 нС, так что параллельная цепочка там вряд ли поможет...

Не совсем так. Даже без резистора драйвер сможет дать 1А тока в затвор - для круглого счета это 1нК за 1нс. Для IRF3710 смотрим график Typical Gate Charge Vs. Gate-to-Source Voltage и видим, что общий заряд затвора для полного переключения транзистора нужен под 100нК, т.е. порядка 100нс. Резистор, естественно, крепко усугубляет проблему.
"Практика выше (теоретического) познания, ибо она имеет не только достоинство всеобщности, но и непосредствен

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #12 : Апреля 25, 2012, 08:06:56 am »
2 OlegFx
Да уж, думал об этом! :)
Встречал упоминания, что на некоторых частотах импеданс понижается до 10 раз... Потому и постарадся токи защиты ампер по 20 поставить. Особенно это касается тяжелых сабвуферных динамиков - на таком и испытывал.
Возможно, я нашел вчера одну из причин...
В даташите несколько невнятно рассмотрен вопрос настройки порога защиты, пришлось кое-что экспериментально установить... В общем - после срабатывания защиты он начинает движение с отрицательной полуволны (в даташите вообще не отражено! :)), и настраивается по напряжению на выводе OCSET. ток зависит от типа ключа. А верхнее пдечо настраивается отдельно - парой резисторов на выводе 16. Если  б не самогенерация - верхнее плечо можно было б просто не использовать, но в режиме UcD возможна ситуация, когда при КЗ пытается открыться верхнее плечо (пока не сгорит :)), потому я его тоже настроил. Так вот, вчера экспериментально установил, что на нем порог был около 12А, что скорее всего маловато, учитывая вышеизложенное...
Исправлю, попробую в пятницу на нем отработать... :)

2 Rst7
Я могу и ошибаться, но расчет по постоянной времени, ИМХО, корректен. Максимальній ток єтого драйвера - 1А водну сторону и 1.5 в другую. Питалоово - 12В. Резистор 10 Ом ограничивает ток 1,2А. Емкость входная 1850 пФ... Т.е. время перезаряда =18 нС. Ну, на самом то деле там еще есть єффект Миллера, ощутимо тормозящий переключение, но и в этом случае максимальный ток определяется драйвером - резистор просто облегчаеи ему режим. Ну, еще ж есть задержки на перключение ключа... Думаю - для 640 105нС нормально - по крайней мере особо не греется без сигнала. Для более мощных ключей... Возможно, пара диодов Шоттки и немного улучшит ситуацию, но тогда никаких последовательных резисторов! Иначе нет особого смысла. Драйвер 2110 работал с диодами.
« Последнее редактирование: Апреля 25, 2012, 08:15:38 am от OldMike »
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

Rst7

  • Сообщений: 1619
  • Мимо проходил...
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #13 : Апреля 25, 2012, 08:12:20 am »
Цитировать
то ли я чего-т не понимаю...

Транзисторы не успевают полностью отпираться за мертвое время и напряжение сток-исток еще не падает до 0, а защита уже разрешена.
"Практика выше (теоретического) познания, ибо она имеет не только достоинство всеобщности, но и непосредствен

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #14 : Апреля 25, 2012, 08:17:19 am »
Цитировать
Цитировать
то ли я чего-т не понимаю...

Транзисторы не успевают полностью отпираться за мертвое время и напряжение сток-исток еще не падает до 0, а защита уже разрешена.

Думаю, что задержку они там предусмотрели - я когда-то макетировал такую защиту на рассыпухе, так без задержки - сразу ложные срабатывания из-за паразитных емкостей диодов.
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

Rst7

  • Сообщений: 1619
  • Мимо проходил...
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #15 : Апреля 25, 2012, 10:14:27 am »
Цитировать
Я могу и ошибаться, но расчет по постоянной времени, ИМХО, корректен.

На самом деле наиболее корректный (из простых) расчетов - это по заряду затвора. Там учтены все стадии - и с запертым транзистором, и в линейном режиме, и в режиме насыщения. Расчет по постоянной времени даст только порядок цифр, причем крепко заниженный. Вопрос вполне годно в формате "на пальцах" рассмотрен в книге "Искусство схемотехники".

Ну а по нынешним временам вполне симулятор ответит на все вопросы. Без учета всяких паразитов (кроме Cси другого ключа) время запирания IRF640 при токе в индуктивности 20А - 85нс, а при токе 2А - 123нс (время растет из-за того, что транзистор уже заперт, а перезаряд собственных емкостей ключей осуществляется за счет тока индуктивности). Это при сопротивлении в цепи затвора 10ом. При сопротивлении 2.5 ома все становится заметно кошернее.

Для транзистора IRF3710 (и питании 75В) все намного хуже. Адекватные цифры получаются только при отсутствии резистора в цепи затвора.

Цитировать
Думаю, что задержку они там предусмотрели

Ну какая-то есть. Неизвестно только какая.
« Последнее редактирование: Апреля 25, 2012, 10:16:10 am от Rst7 »
"Практика выше (теоретического) познания, ибо она имеет не только достоинство всеобщности, но и непосредствен

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #16 : Апреля 25, 2012, 11:01:10 am »
Ну с чего ты взял, что отсутствие резистора сильно поможет? если ток драйвера, отдаваемый в режие КЗ - 1А? Как-то он конечно влияет - я и сам не сторонник лишних элементов, но встает вопрос надежности - без резистора это ж КЗ в каждом цикле.
Симуляторы - по крайней мере те 2, что я юзал - тоже любят приврать...:)
Если не трудно - объясни твое видение заниженности цифр по постоянной времени? С чего? Емкость там постоянна (пока Миллер не наступил), к тому же порог открывания лежит в районе 2,5-3 В, что ниже , чем 0,707 от максимума, которые берутся при расчете постоянной времени.
А расчет по заряду затвора - по большому, то же самое - ибо заряд, емкость, ток и напряжение увязаны простой формулой :).
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

Rst7

  • Сообщений: 1619
  • Мимо проходил...
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #17 : Апреля 25, 2012, 12:25:11 pm »
Цитировать
Если не трудно - объясни твое видение заниженности цифр по постоянной времени?

ХХ, раздел "быстодействующие схемы". Там в нескольких параграфах разобрана работа ключа. Раз уж у Вас
Цитировать
Симуляторы - по крайней мере те 2, что я юзал - тоже любят приврать...
то считайте руками, в ХХ есть методика.

Цитировать
но встает вопрос надежности - без резистора это ж КЗ в каждом цикле.

Главное тут - не пожечь ввод затвора транзистора, а не драйвер защитить - он и так матерый по самое не могу. Но современные транзисторы легко держат токи затвора в несколько ампер.

Цитировать
Ну с чего ты взял, что отсутствие резистора сильно поможет? если ток драйвера, отдаваемый в режие КЗ - 1А?

Потому что драйвер суть генератор тока и в результате линейное нарастание, а с резистором - экспонента.

Цитировать
А расчет по заряду затвора - по большому, то же самое - ибо заряд, емкость, ток и напряжение увязаны простой формулой .

В значениях заряда затвора, приведенных в даташите, учтены вопросы влияния миллеровской емкости. Она дает, кстати, очень большой вклад.
"Практика выше (теоретического) познания, ибо она имеет не только достоинство всеобщности, но и непосредствен

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #18 : Апреля 25, 2012, 03:17:30 pm »
Ну, с теорией разобрались :)

А есть что нибудь практически сделанное по данной теме?
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100

OldMike

  • Сообщений: 1963
  • Сложно сделать - просто, наоборот - сложнее...
    • ICQ клиент - 366028254
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Искажения ограничения сигнала в UcD усилителе
« Ответ #19 : Апреля 25, 2012, 09:20:56 pm »
Попробовал с другим питанием +/-55В. Интересовала работа схемы ограничения и нагрев. Ну - работает нормально, хотя номиналы схемы ограничения несколько откорректировал (все ж работает не абсолютно - в некотором диапазоне).
Слегка греется без сигнала (с нагрузкой, но без сигнала на входе). Полагаю - дело в снабберах  - тот, что параллельно нагрузке - ощутимо горячий (2Вт резистор), ну и ключи ж на фронтах и обратных токах рассеивают мощность. Вместо радиатора сейчас пластинка дюраля 50х30 мм, и под небольшой нагрузкой  - теплая заметно...

приложил с одним винтиком к радиатору от кулера...
Покипятил водичку эквивалентом... Работает. 200Вт синуса на 4 Ома, дальше - ограничение и при превышении над номиналом раза в 1,5-1,8 появляется еще небольшая полочка над круглой вершиной ограничения.
Полагаю - при такой мощности запас по току (защита) небольшой - раза 1,5 всего. Ну - первая цель достигнута, буду играться дальше...
« Последнее редактирование: Апреля 25, 2012, 09:57:44 pm от OldMike »
производится и предлагается к продаже линия примочек/преампов RedCat BM-4/5/6/7 и SL100/FSL100