• Announcements

    • admin

      Размещайте материалы своей компании БЕСПЛАТНО!   04/18/18

      Редакционная политика портала позволяет размещать на бесплатной основе различные типы материалов: интересную информацию, наработки, технические решения, аналитические статьи и т.д. Пример такого блога. Взамен мы рекламируем ваш блог в наших группах в соц. сетях, ну и плюс естественная самореклама от пользователей форума и блогов, которые будут читать ваш блог. К примеру охват одного поста только в нашей группе VK составляет более 10 тыс. человек. Т.е. мы предлагаем бартер - вы ведете у нас блог и публикуете какую-то полезную и интересную информацию связанную с вашим производством, а мы рекламируем ваш блог в наших соц. сетях. Блоги можно полностью кастомизировать: поставить изображение шапки, сделать меню или оглавление, также в своем блоге вы будете модератором - сможете удалять комментарии и т.д. Ведение своего блога требует времени и навыков, но рекламный эффект колоссальный, т.к. это живое общение и отклик. Посты не должны быть рекламой, а также должны соответствовать правилам форума. Для тех компаний, которые будут публиковать интересный контент, права в дальнейшем будут расширяться - сможете публиковать больше ссылок, пресс-релизы, новости компании, анонсы и т.д. Ну а если вы хотите размещать платную рекламу: условия и прайс размещения на сайте и форуме, коммерческая тема на форуме, реклама в группе VK.
Sign in to follow this  
  • entries
    2
  • comments
    16
  • views
    282

УМЗЧ Holton AB-plus, исправляем главный недостаток

   В модулях для сабвуферов Newton-Lab старших моделей в качестве усилителя я взял за основу симметричный MOSFET AV400 Entony E. Holtona, компактный, недорогой, термостабильный, музыкальный и с хорошим выходным током.  С задачами он справлялся на 4 (из 5). Владимир Перепёлкин (НОЭМА Новосибирск) внёс в схему усилителя полезные улучшения. В порядке эксперимента, я изменил схему термостабилизации для  удобства первичной настройки и контроля. Всё прекрасно работает, но главная проблема осталась.

mosfet_pa_pa_1920.png

S350PA-v3-1_960.jpg

   Усилители с MOSFET выходными транзисторами на выходе имеют такой существенный недостаток, как сниженный КПД по сравнению с биполярными. Основная причина в пороговом напряжении затвора Vgs(th) 5..6 вольт MOSFET, транзисторы полностью не открываются. Решается проблема повышением питания предварительных каскадов, известный способ выжать по максиму из имеющихся возможностей питания и охлаждения. Питание усилителя определяет его возможности, возможности питания определяют конденсаторы фильтров, возможности конденсаторов определяют ёмкость и рабочее напряжение (ряд 35V, 50V, 63V, 100V).  Что такое 56V = 63V-10%, соответствует допуску на бытовые 230V+-10%. Переход из 63V в 100V - это кратное удорожание и увеличение массогабаритных показателей питания и охлаждения. Нужно выжимать всё из 56V, излишки можно "прижать" программируемым лимитёром.
   Такой режим работы усилителя я называл MOSFET AB+ (AB-plus) для маркетингового позиционирования изделий. Решение требует дополнительных источников напряжения по 6..9 вольт на плечо. Потребление предварительных каскадов приведённого ниже усилителя не превышает 30ma, соответственно, требования к дополнительным обмоткам питающего трансформатора минимальные.
   Проверенная схема симметричного усилителя изменена по рекомендациям Владимира Перепёлкина, транзисторы BC546 (Vceo=65V, Ic=100ma, Pc=500mW) заменены на 2N5551 (Vceo=160V, Ic=600ma, Pc=625mW), ток дифкаскада увеличен с 1,5ma до 3,8ma, ток каскада усиления напряжения 8,6ma->15,5ma, Q6-Q21 каскод и как результат увеличена полоса усиления в 1,5 раза. Узел стабилизации тока покоя изменён из технологических соображений. На электролитическом конденсаторе C4 в обратной связи присутствует постоянное напряжения до 200mV, что делает необязательным применение неполярного конденсатора. Балансировка каскодного дифкаскада RV1, R6, R36,  введена для экспериментов, без RV1 при номиналах R6=R36=51ом смещение "0" не более 30mV (в данном экземпляре +-7mV). Узел термостабилизации и управления током покоя выполнен на диодах D13, D14, D15, стабилитроне D12, светодиоде D11 и резисторе RV2. Диоды расположены на печатной плате в непосредственной близости от силовых транзисторов в наиболее горячей точке усилителя. Традиционный транзистор, вынесенный на радиатор, требует дополнительного крепления, принимает температуру медленнее и он, в итоге, холоднее на 5..20 градусов по сравнению с предложенным вариантом. Регулировка тока покоя удобно контролируется светодиодом D11. Цепи подачи питания на предварительные каскады D1, D2, R20, R21 сохранены на случай пропадания дополнительного питания и возможности работы усилителя в традиционном AB режиме.  В усилителе на фото, в качестве эксперимента, применены MOSFET транзисторы  FQA28N15 33/132A и FQA36P15 36/144A, эта пара вполне заменяет три пары RFP9240/IRFP9240 до напряжения питания +-70V. Замена  работает без замечаний, но на предельных режимах транзисторы следует ставить на керамические прокладки (НОМАКОН имеет большое тепловое сопротивление).

   Что даёт режим AB+ в данном усилителе, сравним работу в двух режимах:

- AB подано только +-56V на выходной каскад. Ограничение амплитуды 46,5V на 8 Омах. Потери напряжения V=56V-46.5V=9,5V, пиковая мощность P=46,5V^2/8oHm=270W.

- AB+ подано на предварительные каскады +-65V на выходной  +-56V. Ограничение амплитуды 54,75V на 8 Омах. Потери напряжения V=56V-54.5V=1.5V, пиковая мощность P=54,5V^2/8oHm=371W.

В режиме AB+ имеем прирост пиковой мощности по сравнению с AB 37% при питании выходного каскада +-56V.

За счёт чего - это происходит?
   В режиме AB+ выходной каскад в пиковом режиме теряет напряжение только на сопротивлении сток - исток MOSFET транзистора и на резисторе в цепи стока. Так для IRFP9240 не более 0,5oHm (7,2А) и   для IRFP240 не более 0,18oHm (12А) имеем падение на  3-х параллельных каскадах не более
U=56V/8oHm/3*(0,5oHm+0,22oHm)=1,68V.
   В режиме AB (в положительном плече) потери складываются из
U=R20(2,35V) + D2(0,74V) + R16(0,5V) + Q8ek(0,06V) +Q11gs(5,47V) +R25(0,43V)=9,55V.
Данная модель и расчёты построены на предположении стабильного напряжения 56V и 65V, учитывая просадки напряжения, при питании от реального источника пиковые значения несколько снижаются, но соотношения эффективности AB+ и AB режимов работы усилителя сохраняются.

Выводы:
Режим AB+ значительно расширяет энергетические возможности аналогового дискретного УМЗЧ, сохраняя все его преимущества.
Дополнительные обмотки трансформатора и цепи выпрямителей небольшая цена за существенный прирост мощности и КПД.

Осталось подтвердить результаты имитационного моделирования экспериментально.

Появились вопросы, заметили ошибки, пишите,  постараюсь ответить и исправить.



16 Comments


Recommended Comments

Дмитрий, не понятно, как вы поднимаете напряжение питания каскада УН? На входе 57 В а на шине питания уже 65 значится. В усилителе Lemm с аналогичной топологией использовалась вольтодобавка, работающая от выходного напряжения.

Share this comment


Link to comment

Блок питания, четыре вторичных обмотки,  две мощные + две дополнительные ~6.5V от 30ма.

mosfet_pa_ps_1920.png

Share this comment


Link to comment

Да, я уже дочитал до этого момента на сайте subwoofer.ru))

Edited by nikolayms

Share this comment


Link to comment

Q7 и Q9 должны быть в тепловом контакте. Иначе ток покоя может сильно меняться от разницы в их температуре. Это по-моему разгадка давней проблемы с отказами. Я анализировал этот момент по предыдущим ревизиям печаток.

Share this comment


Link to comment
21 час назад, nikolayms сказал:

Q7 и Q9 должны быть в тепловом контакте

Q7 рассеивает ~4 мВт, а Q9 ~350 мВт (греется до 80 градусов). Соответственно и рабочая температура разная, но это не первая причина теплового разгона выходных транзисторов.

Больше влияет цепь смещения затворов, на этой схеме D11..D15 и RV2, компоновка в корпусе определяет конвекционное охлаждение и взаимный кондуктивный нагрев через печатную плату.

В оригинальной схеме смещение и стабилизация тока покоя выполнена на транзисторе и рассчитан на закрепление на радиаторе.

HoltonStabTok.png.04036a3b53936a1863a703e540c853b2.png

Здесь два нюанса:

1. При нарушении контакта щётки резистора P1 выходные транзисторы открываются и либо предохранители сработают, либо выйдут из строя.

2. Номинал R34 = 82 ohm великоват, можно экспериментально уменьшить (до нуля включительно) для получения отрицательной зависимости тока покоя от температуры.

Гирлянда диодов, тоже не идеальна. Для саба падение тока покоя до 20..30ма при сильном нагреве не критично, использую транзистор с нулевым сопротивление в цепи эмиттера. Транзистор на плате возле выводов.

Прокладки под транзисторами критичная позиция, НОМАКОН и слюда могут подвести, глинозёмная керамика 0,6мм пока без замечаний.

Edited by Dmitriy Khamuev

Share this comment


Link to comment
5 часов назад, Dmitriy Khamuev сказал:

1. При нарушении контакта щётки резистора P1 выходные транзисторы открываются и либо предохранители сработают, либо выйдут из строя.

Ну это даже не нюанс, а скорее косяк, и повторять схему с ним 1:1 смысла нет.
Вроде давно уже и повсеместно делают как тут в заглавной схеме: 

При плохом контакте сильно снизится ток покоя, и больше ничего.

Edited by Mike_Solo

Share this comment


Link to comment
15 часов назад, Mike_Solo сказал:

Вроде давно уже и повсеместно делают как тут в заглавной схеме: 

HoltonStabTokMod.png.abaeffb72ef749a5ce50d82d4e39eb9d.png

Такой вариант испытывал с парой IRFP140 - IRFP9140, немного другие номиналы R17 = 6k8, вместо R15, R15' многооборотный 3296W 2к.

Напряжение между затворами ~7,55V (Uce VT7 на фрагменте).

Транзистор 2N5551 возле выводов выходных транзисторов на коротких ножках.

При резисторе в цепи эмиттера 82ом (на схеме не показан), ток покоя:

25 градусов ~70ма

50 градусов 100ма

Без резистора в цепи эмиттера (как на схеме), ток покоя:

25 градусов ~250ма

50 градусов 100ма

Просится резистор в цепь эмиттера 50..70 ом, но можно ничего не ставить.

Edited by Dmitriy Khamuev

Share this comment


Link to comment
21 час назад, Dmitriy Khamuev сказал:

1. При нарушении контакта щётки резистора P1 выходные транзисторы открываются и либо предохранители сработают, либо выйдут из строя.

2019-05-30_17-11-17.png.97904e0ae13b6c8079282a234c7fc457.png

при таком включении только в режим С вывалится, возможно. А с диодами и стабилитронами такую схему не реализовать.

21 час назад, Dmitriy Khamuev сказал:

Q7 рассеивает ~4 мВт, а Q9 ~350 мВт (греется до 80 градусов). Соответственно и рабочая температура разная, но это не первая причина теплового разгона выходных транзисторов.

У меня во второй версии после Вашей транзисторы стоя были, без теплового контакта и я заметил, что от моего дыхания плавает ток покоя. Поэтому теперь их всегда теперь ставлю рядом в тепловом контакте.

 

2 часа назад, Dmitriy Khamuev сказал:

Такой вариант испытывал

А на полевике пробовали, Дмитрий?

Share this comment


Link to comment
6 часов назад, nikolayms сказал:

на полевике пробовали

Да.

8 часов назад, Dmitriy Khamuev сказал:

Такой вариант испытывал с парой IRFP140 - IRFP9140

 HoltonStabTokMod.png.abaeffb72ef749a5ce50d82d4e39eb9d.png

При обрыве щётки выходной каскад прейдёт практически в режим B.

Режим C применяется в радиопередатчиках, ЕМНИП.

 

Edited by Dmitriy Khamuev

Share this comment


Link to comment

 

6 часов назад, nikolayms сказал:

А с диодами и стабилитронами такую схему не реализовать.

Такие цепи не подразумевают регулировки, устанавливается постоянный резистор после подбора сочетаний диодов и стабилитронов.

Подходит для небольших токов покоя, до 20..50 ма на пару.

Edited by Dmitriy Khamuev

Share this comment


Link to comment

Мне кажется это сложным в виду того, что в партии мосфет транзисторов (штук на 10 усилителей) разброс напряжений исток-затвор может составлять - 0,1-0,15 В, насколько помню. И на каждый усилитель надо будет подобрать стабилитроны (т.к. они с разбросом тоже) а затем и постоянные резисторы вместо подстроечника. Хотя, - теперь я понимаю. На фоне стоимости подстроечника  52 рубля пара резюков и стабов по 50 копеек выглядят намного интереснее.

Edited by nikolayms

Share this comment


Link to comment

Сборки BAV99S можно попробовать, 2..3 штуки (8..12 диодов). Получится компактно и расположить можно в горячей точке.

Share this comment


Link to comment

А второй усилитель с двумя параллельными ДК на входе не пошел в серию?

Share this comment


Link to comment
4 часа назад, nikolayms сказал:

с двумя параллельными ДК

По мотивам Ланзара?

Share this comment


Link to comment
1 час назад, Dmitriy Khamuev сказал:

По мотивам Ланзара?

Да.

Share this comment


Link to comment

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now