Gtlab Forum
Тематический => Негитарная электроника => Тема начата: OldMike от Апреля 22, 2012, 08:07:22 am
-
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?
-
А что за схема, можно пальцем показать?
-
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:
(https://guitartonelab.ru/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fimg88.imageshack.us%2Fimg88%2F6074%2Fucdprinc.jpg&hash=e19443456d740c99b40d3b9491d5507296c7fcc8) (http://imageshack.us/photo/my-images/88/ucdprinc.jpg/)
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.
-
то долго объяснять, как работает
Я знаю, как работает.
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.
-
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...
-
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.
-
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...
-
Ну вот так на сегодня выглядит схема :
(https://guitartonelab.ru/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fimg831.imageshack.us%2Fimg831%2F9867%2F2092.gif&hash=ef8d71dd3ae799b643fce26b09566f2d2271fdc6) (http://imageshack.us/photo/my-images/831/2092.gif/)
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).
-
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.
-
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... :)
-
Миша, ты учитываешь, что АС обладает большой реактивностьью?
Цитата из первой части статьи про сверхлинейный усь Агеева (Радио 10, 1999):
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
Думаю, что задержку они там предусмотрели
Ну какая-то есть. Неизвестно только какая.
-
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 :).
-
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
Симуляторы - по крайней мере те 2, что я юзал - тоже любят приврать...
то считайте руками, в ХХ есть методика.
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.
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.
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.
-
Ну, с теорией разобрались :)
А есть что нибудь практически сделанное по данной теме?
-
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...
-
OldMike, а какой блок питания? Импульсник? Тема интересная.
-
Блок питания пока в наследство от предыдущего усилка, жившего в этом корпусе - 2хТС-180 + 2х10000 мкФ... :).
Просто нужно было срочно его оживить - вчера была выездная халтура. Отработал вчера свадьбу на нем... Очень достойно! :) Было громко, плотно и ни чего "цифрового" я не услышал в звуке. Сам аппарат (он в корпусе из дюраля толщиной миллиметра полтора - обрезанная коробка от какого-то военного блока в размер 2U) был просто чуть теплым при работе на всех режимах. Выходники обоих каналов я просто посадил на корпус - на дно. Вентилятора не было. В общем - я доволен. Доделаю индикацию - и пока оставлю его в таком виде. Индикаторы перегрузки у меня пока отсутствуют - потому не могу сказать точно - насколько часто он клипповал (на слух это заметно не было). Причем - в одном канале было предусмотрено ограничение по сигналу до выходного каскада, в другом -нет. Один канал работал на саб (НЧ точнее, ибо до 250 Гц), второй - на 2 сателлита параллельно. Было довольно шумно и потому мелкий нюансы звука могли остаться неуслышанными (хотя - этот проект именно для такого применения и создавался :))
Но - в планах и мечтах - сделать импульсное питание и запихнуть все это в корпус 1Uот ревера советского (ну хочется маленький и легкий аппарат). Так что буду продолжать потихоньку.
ЗЫ Чего лишился этот усилок? Здоровенного радиатора от Регента, 8 транзисторов на нем (КТ825/827) и вентилятора. Стал немного легче, из него перстало дуть горячим воздухом под нагрузкой :). Трансы в "транзисторном" варианте по вторичке были включены последовательно и давали на хх 75В в плече. Потому усилок отлично работал и на 16 Ом и на 8... На 4 ему было тяжеловато, но при этом подсаживалось питание до 50 примерно и все продолжало работать, хотя и грелось... В цифровом варианте трансы стоят параллельно (2 независимых моста) и дают 36В в плече на хх.