Projekt hybrydowego stopnia mocy.

[ludo]

Powyzszy link podalem wlasnie dla zastanowienia sie nad topologia stopnia wyjsciowego ukladu.
Jak widac chcac uzyc mosfety jako tranzytory wyjsciowe najprosciej jest chyba zaprojektowac uklad w oparciu o stopien wtornika na wyjsciu. W ten sposob uniknie sie efektu Millera i potrzeby zaprojektowania odpowiednio wydajnego ukladu sterowania mosfetami.

[_idu]

Tak ale wtedy potrzeba pary komplementarnej. I tu już się zaczynają problemy - pierwszy praktyczna czasem niemożność dobrania tranzystorów w pary- co zrobisz jak sprzedawcy mają partie n jednego producenta a partię p innego o znacznie przesuniętych względem podanych nominalnych wartości parametrach?. Kupowanie po kilkanaście-kilkadziesiąt z różnych źródeł - OK a co potem z kolekcja tranzystorów?

W przypadku 2SK1058 - pojemność przejściowa - jest naprawdę mała - 10pF nominalnie. Czyli w tym przypadku efekt Millera byłby najmniejszy w porównaniu z resztą tranzystorów.


Transkonduktancja 2SK1058 to 1 A/V. Rezystancja obciążenia to maks 8 omów. Czyli maksymalne wzmocnienie to 9. Czyli pojemność efektu Millera - 9 * 10pF = 90pF - czyli i tak o rząd mniej niż pojemność wejściowa.

Owszem można dać dla zachowania symetrii w części wtórnikowej stopnia mocy kondesator bramka - wyjście - tylko na ile taka kompensacja da odczuwalne rezultaty?

[Piotr]

Jedno pytanie do Piotra - czemu stosujesz wysokoprądowe tranzystory - o prądzie dopuszczalnym znacznie przekraczającym prąd dostarczany do głośnika jeśli w przypadku MOSFET'ów można śmiało mówić o proporcjonalności pojemności wejściowego do maksymalnego prądu drenu? Czy nie lepiej zrobić porządne zabezpieczenia przeciwzwarciowe i termiczne zamiast szarpać sie pojemnościami?

Po pierwsze nie mam zbytniej sympatii do zabezpieczeń, wolę żeby układ wytrzymał warunki awaryjne bez wspomagania.
A po drugie w kręgach audiofilskich głośniki, którym moduł spada poniżej 2R może nie są powszechne, ale kilka razy już się z moimi wzmacniaczami spotkały

I jeszcze jedno - widać jaki rozrzut parametrów jest w zależności od producenta. Widać też przewagę tranzystorów Hitachi nad typowymi MOSFET'ami dla układów impulsowych w zastosowaniach audio.

Ja jednak uparcie stosuję duże tranzystory impulsowe. Dlaczego?
Ponieważ pracują we wtórniku i to bez globalnego USZ, a wtedy transkonduktancja jest na wagę złota. Liniowość jest w tym przypadku sprawą drugoplanową, podobnie jak pojemności, które jednak da się przeładować. Dodatkowo mała wartość Ron sprzyja uzyskiwaniu wysokich sprawności wzmacniacza.

[ludo]

Tak, zgadza sie, pojemnosc wejsciowa jest mniejsza ale tez i trankonduktancja jest o wiele mniejsza.
Wybieralbym mosfety wyjsciowe porownujac iloraz transkonduktancji do pojemnosci wejsciowej (lub innej pojemnosci pasozytniczej o znacznym znaczeniu dla ukladu).
Oczywiscie jak wczesniej wspomniales latwiej jest zastosowac mosfety Hitachi/Magnatec ze wzgledu na ujemny wspolczynnik temperaturowy.

[_idu]

Zwrócę uwagę że pomimo braku globalnej pętli USZ jest sprzężenie zwrotne z inwerterem. Układ Futtermann'a. Wiec chyba niska stosunkowo transkonduktacja - zwłaszcza że przewiduje obciążenie 8 omów nie powinna być tak dokuczliwa.
W tej konfiguracji inwerter z tranzystorami mocy nie daje wzmocnienia.

[Romekd]

STUDI, gdy analizuję jakiś układ, zawsze zastanawiam się co się stanie bezpośrednio po włączeniu zasilania, czyli w momencie poprzedzającym ustalenie się warunków pracy poszczególnych jego elementów. Czy tranzystory końcowe nie włączą się jednocześnie? Dolny tranzystor po podaniu na część lampową napięcia anodowego przejdzie w stan całkowitego załączenia (do czasu naładowania się kondensatora C5), a górny.. no właśnie - tego jeszcze nie wiem. Prawdopodobnie wzmacniacz operacyjny, pracujący jako integrator (kontrolujący "zero" na wyjściu), będzie starał sie włączyć górny tranzystor. Przeprowadziłeś symulację tego układu? Być może moje obawy są przesadzone, ale warto to sprawdzić.

Pozdrawiam,
Romek

[_idu]

OK.
Powiedzmy że tzw góry nie ma.
Dolny układ zamknie się pętlą zasilacz, tranzystor, głośnik i rezystor w źródle tranzystora. Dla napięcia 24V prąd nie przekroczy 3A.

A teraz ile to będzie trwało. Pojemność sprzęgającą 0,33uF ładujemy poprzez rezystory 100k + 6k8 + R9. Powiedzmy zę będzie to 110k. Stała czasowa to 36ms. Stara reguła mówi ze układ można przyjąć za ustalony po pięciokrotności stałej czasowej. Czyli 150ms. Impuls prądu po 36ms spadnie do nieco poniżej 30% maksymalnego piku - tj 1A. Po drugich 36ms będzie to nie więcej niż 0,3A.... itd.

A teraz góra. Mamy tam serwo. Jego stała czasowa to 0,22s.
Może się okazać ograniczenie diodami zakresu zmian napięć wyjściowych integratora - taką ewentualność zakładam od razu.

Wrócmy do problemu.
Zobacz że po 150ms wartość prądu (bez tej całej góry) spadnie grubo poniżej 0,1A.
Zakładając że przez 150ms nie osiągniemy nawet 50% spadku napięcia na głośniku - tj około 22V. Czyli ledwo co dojdziemy z napięciem na brance do 9V - choć to oznacza pełne włączeni tranzystora.

Jeśli pojawie sie prad skrośny to znacznie spadnie napięcie na głośniku - i zarazem na wejsciu integratora. Jełśi prąd górnego tranzystora będzie wieśzy niz dolnego integrator będzie starał sie go zmniejszyć.

Dojdzie do gasnących oscylacji poniżej dolnej częstotliwości słyszalnej przez ucho... Zanikną (ma taką nadzieję) zanim w pełni nagrzeją się lampy.

I to wszystko przy założeniu że napięcia zasilające pojawią sie nagle - bez narastania spowodowanego lądowaniem kondesatorów w zasilaczu.

Koniecznym okaże sie układ miękkiego startu dla zasilacza - z innych względów. A to znacz że napięcia zasilania będą wolno narastać. To powinno dodatkowo zmniejszyć ten efekt.

(P.S.) Zawsze można zrobić łagodne narastanie napięcia anodowego.
Wiem ze jest w obwodzie ładowania tego kondesatora dioda zenera. Ale ona tylko skróci czas narastania napięcia na bramce dolnego tranzystora - bowiem dopóki ona będzie przewodzić to kondesator ten będzie ładowany praktycznie przez rezystancję o rząd wielkości mniejszą.

Jeśli popełniłem RAŻĄCY BŁĄD w rozumowaniu proszę o sprostowanie.

[Romekd]

Rozumowanie jest całkiem sensowne. Jak wspomniałem zawsze na początku próbuje znaleźć słabe punkty układu, a większość moich obaw okazuje się później wyolbrzymiona (wolę się rozczarować pozytywnie ).
W układzie działa pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego (symetryzująca działanie tranzystorów), bez której jego parametry byłyby bardzo kiepskie. Z niecierpliwością czekam na uruchomienie układu i pomiar parametrów .

Pozdrawiam,
Romek

[_idu]

Tylko kupić trafo zasilające tranzystory (bo dla części lampowej mam....) i garść tranzystorów.

Najpierw ew. poproszę o sprawdzenie toku myślenia w doborze trafa.

Mamy np. trafo 250W 2*24 przy obciążeniu 2 * 5,2A.
Mostek przemowy - przyjmijmy że spadek napięcia to 1,5V.
24 - 1,5 = 22,5V. Mnożąc przez 1.41 mamy 31,8V.

Teraz charakterystyka tranzystora. Rysujemy prostą obciążenia dla 8 + 0,22 oma. Maksymalny teoretyczne prąd to nieco poniżej 4A. Pomijamy zagęszczenie w pobliżu osi pionowej. Bez zniekształcania mamy Umin = około 3V Id dla tej wartości to około 3,4A. Spoczynkowy punkt pracy przyjąłem 1V a to jest dla Id = 0,4A - Uds wynosi 28V.

Czyli mamy zmianę prądu 3A i napięcia 25V.
Wyliczmy to dla sinusoidy.
Czyli skuteczna wartość prądu wyniesie około 2,1A. Dodajemy te 0,4A. Czyli 2,5A.
Dla drugiego kanału mamy drugie 2,5A. Razem 5A dla jednego napięcia. Mnożąc to przez 1.41 ... wychodzi że trafo nie wydoli trwale oddać takiej mocy.

OK brak w ofercie trafa 250V z nieco niższymi napięciami.
Bierzemy kolejne z oferty:
200W 2*19 V dla 2 * 5,2A.

Znowu liczymy. 19 - 1,5 = 17,5V. Mnożymy przez 1.41. = 24,6V.
Rysujemy na charakterystyce podobna prostą obciążenia.
jeden punkt to 3V i 2,4A - dla spoczynkowego punktu - 22V i 0,4A.
Amplituda szczytowa to 2A a napięcia 19V. (dla 19V daje nam to moc wyjściową około 22W).
dla sinusoidy mamy 1,4A. plus 0.4A spoczynkowego prądu = 1,8. Razy dwa 3,6A.
Mnożymy przez 1,41 = wychodzi 5,04A.
Czyli bingo, trafo odda w sposób ciągły taką moc dla sygnału sinusoidalnego.

Jeden z kanałów powinien zapewnić moc sinusoidalną 22W. Owszem w impulsie przy większych zniekształceniach (obcinanie od góry) da większa moc

(P.S.) sprawność stopnia mocy. pobieramy z trafa praktycznie pełną moc. 191W . Oddajemy do głośników 44W - czyli ciut pozyżej 23%. Dodam że prąd spoczynkowy pożera około 20W mocy. Reszta idzie w grzanie tranzystorów i rezystorów 0,22 oma.

Jakieś uwagi szanowne audytorium?

[_idu]

Co do pomiarów - karta dźwiękowa w notebooku raczej nie jest wiarygodnym narzędziem pomiarowym....

[_idu]

Co do trafa to popełniłem błąd - dobrałem dwukrotnie za duże trafo.
Otóż to że końcówki pobiorą razem 3,6A to całkowity prąd wyjdzie 5.04A - czyli 2 * 2,52A.

Czyli trafo INDELA'a TST100/001 2*19 2*2.63 byłoby odpowiednie tak na na styk.

[ludo]

Wrzuce pare artykulow ktore moze na pierwszy rzut oka nie wiele maja z tematem ... ale ... zadecydujcie sami.

[ludo]

I jeszcze komentarz Self'a na temat proponowanej topolgii koncowki mocy.

[ludo]

Chodzilo mi o to, ze moze mozna by bylo uzyc uklad stopnia wyjsciowego (zastepujac uklad Futtermana) w jakis podobny sposob:

[AZ12]

Powyższy schemat jest błędny (brak rezystorów polaryzującego bramkę jednego z tranzystorów).