Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Redukcja zakłóceń EMI w wzmacniaczach Audio klasy D.

ghost666 30 Kwi 2012 10:02 5497 5
  • Redukcja zakłóceń EMI w wzmacniaczach Audio klasy D.

    Użytkowanie coraz większej ilości urządzeń bateryjnych, takich jak smartfonów, tabletów czy przenośnych zestawów głośnikowych, przez konsumentów sprzętu elektronicznego powoli zwiększa zapotrzebowanie na wydajne wzmacniacze mocy audio. Wzmacniacze wysokiej efektywności wymagane są w tych układach, aby móc osiągnąć znaczny czas życia baterii przy jednoczesnym zwiększeniu mocy wzmacniacza. Nie należy zapominać także iż zminimalizowany powinien poziom zakłóceń EMI. Wzmacniacze cyfrowe, tj. pracujące w klasie D, osiągają sprawność do 90%, w porównaniu do maksymalnie 50% sprawności wzmacniaczy AB. Zwiększenie sprawności pozwala projektantom tworzyć układy dłużej pracujące na baterii i generujące mniej ciepłą. Niestety zwiększona sprawność okupiona jest zwiększonym poziomem zakłóceń elektromagnetycznych EMI generowanych przez taki układ.

    Wzmacniacz klasy D produkuje zakłócenia EMI z samej istoty swojej topologii, o czym każdy projektant musi pamiętać. Zakłócenia EMI propagują przez 'eter' i zwiększają się wraz z siłą sygnału, dodając się do generowanych przez układ zakłóceń i szumu. Poziom tych zakłóceń jest silnie normowany, np. przez amerykańskie biuro FCC, które ustala standardy emisji EMI dla urządzeń - podobnie analogiczne urzędy w innych krajach. Żeby było jeszcze trudniej, urządzenia w których projektanci chcą minimalizować zakłócenia EMI ulegają coraz większej miniaturyzacji, a zmniejszona objętość urządzenia prowadzi do problemów z redukcją EMI filtrami itp. które zajmują cenną przestrzeń w obudowie urządzenia.

    Aby zrozumieć jak zakłócenia EMI są generowane w wzmacniaczach klasy D przypatrzmy się poniższemu schematowi wzmacniacza tej klasy. Składa się on z trzech podstawowych modułów - modulatora, który moduluje sygnałem audio wysokoczęstotliwościowy przebieg trójkątny, końcówki mocy wraz z driverem tranzystorów MOSFET oraz z filtrów wyjściowych.

    Redukcja zakłóceń EMI w wzmacniaczach Audio klasy D.

    Wyjście z końcówki mocy jest naturalnie sformowanym przebiegiem PWM, którego wypełnienie koresponduje z chwilową amplitudą sygnału audio. Filtr wyjściowy jest naturalną częścią głośnika, który jest cewką. Filtr ten naturalnie odcina składową wysokiej częstotliwości i przenosi, w postaci dźwięku, składową niskiej częstotliwości. Dzięki pracy w takim trybie, tranzystory non-stop się przełączają, a układ traci znacznie mniej na straty niż konwencjonalny wzmacniacz audio. Więcej szczegółów na temat wzmacniaczy klasy D zawarte jest w nocie aplikacyjnej numer 3977, "Class D Amplifiers: Fundamentals of Operation and Recent Developments".

    Źródłem zakłóceń EMI w takim układzie są szybko narastające zbocza przebiegu prostokątnego sterujące tranzystorami MOSFET. Firma Maxim w swojej nocie aplikacyjnej numer 3973 "Maxim's Active-Emissions-Limiting Circuitry Demystified" proponuje aktywny układ ograniczania emisji EMI poprzez ograniczanie szybkości narastania zbocza sygnału PWM. Pokazane jest to, modelowo, na poniższym przebiegu.

    Redukcja zakłóceń EMI w wzmacniaczach Audio klasy D.

    Dzięki takiemu podejściu znacznie zredukowane zostają zakłócenia EMI, generowane przez układ. Jednakże zwykłe limitowanie szybkości narastania tego przebiegu spowodowałoby spadek efektywności wzmacniacza, poprzez zwiększenie strat przełączania. Układ który proponuje firma Maxim, zawarty w ich wzmacniaczy klasy D - MAX9705 - wyposażony jest w inteligentny limiter, który zmienia czas narastania w zależności od warunków pracy układu. W ten sposób zakłócenia EMI zostają wyraźnie zredukowane bez utraty wydajności. Obrazuje to poniższe zestawienie.

    Redukcja zakłóceń EMI w wzmacniaczach Audio klasy D.
    Źródła:
    http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/5342

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9500 postów o ocenie 7535, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    markovip
    Poziom 34  
    Bez utraty wydajności? Ja tam widzę spadek o prawie 20%...
  • #3
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Zależy od mocy. Wiadomo że dla najmniejszej, gdzie efektywność jest naturalnie niska, będzie spadek. ale już dla większej mocy to różnica 5%.
  • #4
    KmiecikSe
    Poziom 14  
    A to i tak różnica, tym bardziej, że nikt nie używa wzmacniaczy klasy D 'wyciskając' z nich moc znamionową. Bez sensu moim zdaniem.
  • #5
    chaka
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Sens się pojawi gdy FCC przesuną swoją kreseczkę parę oczek w dół. Tak to działa.
  • #6
    remiorn
    Poziom 18  
    ghost666 napisał:
    w porównaniu do maksymalnie 50% sprawności wzmacniaczy AB


    Maksymalna sprawność wzmacniacza pracującego w klasie AB może być wyraźnie wyższa niż 50%.
    W zasadzie przyjąć można (szczególnie dla wzmacniaczy dużej mocy), że będzie dążyć do maksymalnej sprawności wzmacniacza klasy B.
    Teoretyczna sprawność wzmacniacza klasy B wynosi około 78%.
    W praktyce wzmacniacze klasy AB osiągają sprawność dochodzącą do 70%.