Wzmacniacz 2x130W w klasie D z wejściami cyfrowymi

Witam.
Chciałbym zaprezentować Wam mój wzmacniacz pracujący w klasie D. Urządzenie powstało na zamówienie dla klienta, który chciał nagłaśniać małe imprezy oraz do użytkowania na co dzień w domu. Celem była również prostota urządzenia oraz wygoda podczas użytkowania.
Ze względu na zastosowanie równie ważne było, aby wzmacniacz był odporny na zwarcia przesterowania oraz temperaturę.
Wzmacniacz testowany był w tradycyjnej analogowej wersji oraz w wersji z wejściami wyłącznie cyfrowymi. Wzmacniacz posiada komplet zabezpieczeń, jak:
zwarciowe, zwarciowe do linii zasilających (np. masa obudowy) termiczne , DC na wyjściu oraz anticlipping. Posiada również soft start. Indykatorem zarówno statusu, jak i głośności jest dioda w pokrętle głośności.


Opis działania:
Sygnały z wejść cyfrowych USB, SPDIF optyczny oraz elektryczny są multipleksowane i trafiają na odbiornik DIR9001. Następnie dane w formacie już I2S trafiają na upsampler SRC4192. Wszystkie nastawy co do długości ramek danych wyjściowych jak wejściowych, kontrolowane (lub odczytywany status aktualnego fs) są przez uPc Atmega 88. Układy w zależności od wersji są taktowane oddzielnymi lub wspólny zegarem zewnętrznym. Jest też możliwość przejścia na zegar MSCK generowany z układu DIR9001. W wersji widocznej na zdjęciu zastosowałem pojedynczy DAC o maksymalnej rozdzielczości 32bitów oraz Fs 384kHz. Jest to wersja, że tak powiem, "zubożona", ponieważ docelową są tam zastosowane po 2 układy PCM510, w wersji symetrycznej z możliwością przełączenia na sygnał SE (desymetryzator na układach OPA 2211).
W prezentowanej wersji sygnał z PCM trafia na moduł końcówki mocy, a tam symetryzator oparty również na OPA2211. Nie mogę na razie zdradzić szczegółów dotyczących układu mocy, zainteresowanych ewentualnie proszę o PW. Wzmocniony sygnał leci na filtr rekonstrukcyjny. Jest możliwość zaprogramowania jednej z częstotliwości podstawowych wzmacniacza podczas zarówno wzbudzenia z trybu ST-BY, jak i podczas jego pracy. Zmieniony również został układ zasilania układów sterujących wzmacniacza. Programowalny jest również układ overcurrent w zależności od typu filtru wyjściowego (50uH - czas zadziałania zależny od użytego rdzenia). Praca wzmacniacza, jego nastawy i sterowanie odbywają się również za pomocą układu Atmega 88 oraz dwóch bramek NAND.

Aktywny układ układ chłodzenia działa w trybie dwustopniowym zależnym od temperatury.
Jeżeli chodzi o zmiany w stosunku do pierwotnej wersji, znacznie zmniejszył się szum generowany przez wzmacniacz, co było jego główną wadą w pierwotnej wersji. Nie występuje również charakterystyczny dla klasy D i niezbyt „przyjazny" dla przetworników dźwięk przy nagłym odcięciu zasilania (spowodowany nierównym zanikiem napięcia układów logicznych i zasilania mostków lub wyłączenia przetwornicy). Maksymalna moc, jaką udało mi się uzyskać w tej konfiguracji to 280 W na kanał przy Rl=4 Ohm. Przy obciążeniu 3Ohm i konfiguracji PBTL maksymalnie można uzyskać 400W (układ dopiero czeka na uruchomienie).
Skuteczność wzmacniacza to średnio 90%, a temperatura radiatora podczas normalnej pracy wynosi <30 stopni. Prezentowane urządzenie osiąga 130W na kanał, ograniczone przez układ zasilania.

Zasilacz to kilkusekcyjny, tradycyjny układ z łączną pojemnością kondensatorów 15000 uF. Atmega 88 pełni również funkcje dekodera RC oraz steruje mostkiem zasilającym silnik potencjometru. Oprócz tradycyjnych funkcji głośniej ciszej, wł., wył. możemy także podczas korzystania z wejścia USB sterować funkcjami odtwarzacza na PC (foobar, Windows Media Player lub Winamp). Dzięki temu nie ma potrzeby wstawania, aby zmienić utwór, zatrzymać lub wznowić odtwarzanie.

Wzmacniacz posiada wyjścia głośnikowe typu Speacon. Całości jest mocno okrojoną wersją innego projektu oraz nie mogę publikować na razie jej szczegółów, z racji czego, jak ktoś będzie zainteresowany szczegółami, to proszę o PW (odnośnie prezentowanej konstrukcji).

Co do obudowy, to widać na zdjęciach - wykonana z blachy 1mm, front natomiast aluminium 6mm szczotkowane. Całość malowana anodowana na kolor czarny.

Co do brzmienia - wzmacniacz idealnie nadaje się do kolumn, które są bardziej wymagające w kwestii wysterowania. Dolny zakres jest bardzo precyzyjny oraz szybki, nie ma mowy o dudnieniu. Góra pasma jest nieco cofnięta, dzięki czemu wzmacniacz idealnie pasuje do kolumn lekko rozjaśnionych. U mnie testowałem z B&W Matrix oraz kolumnami DIY na przetwornikach Visaton.

Co do kosztów, to całość zamknęła się w okolicach 600zł (prototyp na zdjęciach).

Sorki za jakość zdjęć, ale nie miałem aparatu akurat pod ręką.

Schematów nie udostępniam.

Zapraszam do oglądania.

Faktyczna rozdzielczość tego DAC-a to około 20 bitów, a to że akceptuje sygnał max. 32 bit to zupełnie inna para kaloszy...

Co do "tajemniczych" końcówek mocy to wydaje się na pierwszy rzut oka podobne do referencyjnych projektów płytek układów z serii TAS56** Texas Instruments (http://www.ti.com/corp/docs/landing/tas5261/index.htm). Polecam obejrzeć sobie przykładowe płytki ewaluacyjne: http://www.ti.com/tool/tas5631dkd2evm

Jaki jest cel stosowania chłodzenia aktywnego przy tak małych radiatorach i takiej ilości wolnego miejsca w obudowie?

Witam!

badworm napisał:

Jaki jest cel stosowania chłodzenia aktywnego przy tak małych radiatorach i takiej ilości wolnego miejsca w obudowie?

...i klasie D wzmacniacza... ?
Czy wentylator załącza się sam ? Jest tam jakiś czujnik ?
Ładna obudowa, wnętrze skromne jak na 130W, ale za przestrzeni dużo .
Generalnie nasuwa się jeszcze jedno pytanie: czy wentylator nie powoduje jakiegoś szumu/przydźwięku w głośnikach ?

Pozdrawiam! \m/

Pozwolę sobie trochę obronić autora projektu: Jeżeli zgodnie z moimi domysłami w środku jest TAS to zastosowanie aktywnego chłodzenia jest jak najbardziej wskazane. Sam radiator się dość mocno grzeje przy mocnym wysterowaniu. Fakt faktem, że w takiej obudowie, tak umieszczony wentylator nie za dużo da, lepiej było dać większy (nawet dwa razy) radiator, z konkretniejszym użeberkowaniem, a wiatrak dać z tyłu obudowy wymuszając obieg powietrza w całej obudowie - przy okazji trochę "wichury" by się transformatorowi dostało.

Witam niestety nie mogłem szybciej odpisać kolegom ale już staram się rozwiać wątpliwości:) Co do prezentowanej końcówki tak jak kolega słusznie zauważył jest to układ TAS 5630 w wersji DKD. Układy ewoluacyjne TI były o ile pamiętam na PHD i zarówno płytki są inne jak i same układy nieco się różnią. Co do "tajemniczych" końcówek miałem na myśli projekt który powstaje na układach z pół mostkami firmy Infineon a którego elementami były modułu tego urządzenia. Za wprowadzenie w błąd przepraszam. Co do wentylatora to spełnia swoje zadanie właśnie bardzo dobrze. Końcówka mocy w Idlu wydziela 2,7W strat mocy więc jej uruchomienie przy napięciu 50V bez radiatora jest niemożliwe. Jednak podczas pracy(wentylator uruchamiany w oparciu o status końcówki oraz pomiar temperatury-ktoś pytał wcześniej) radiator tych rozmiarów wystarcza całkowicie i nie ma potrzeby montowania większego. Wentylator nie wprowadza żadnego szumu , nawet jeżeli się włączy a ściszymy wzmacniacz to nie słychać nawet jego wyłączenia w głośnikach. Co do EVM Ti to ten układ powielany był na jednym z forów i charakteryzuje się on wieloma wadami jak duży szum czy nie miły dźwięk przy wyłączaniu końcówki mocy (szybszy zanik napięcia sterowania wzmacniacza niż układu mostków)
Zmieniony został również filtr rekonstrukcyjny. Zmieniana również może być fPWM jednak w tym układzie jest nie wykorzystywana. Zmiany te wyeliminowały wyżej wspomniane problemy modułu EVM oraz pozwalają na łączenie kilku końcówek mocy ze wspólnym MSCK bez nie miłych niespodzianek:) Właśnie co do zmian miałem na myśli PW a nie użytego uC. Co do wnętrza to może właśnie zaleta przy tej mocy a dużej
ilości wolnej przestrzeni(wzmacniacz mieściłby się w połowie mniejszej obudowie wraz z sekcją cyfrową).
Co do dac to o ile pamiętam SNR wynosi 112dB więc ze wzoru na SNR można łatwo policzyć skuteczną rozdzielczość. W innym projekcie umiejętność poprawnego odbioru ramek 32 bitowych i wbudowany pll jest ważniejsze w tym bądź co bądź układzie "low cost" o całkiem niezłych parametrach.

Pozdrawiam

PS Obieg powietrza w obudowie jak sugeruje kolega Ambrozy87 ma sens w przypadku końcówek klasy AB które generują sporą ilość ciepła nawet przy małym wysterowaniu , w przypadku klasy D która praktycznie nie wytwarza go wcale w porównaniu do AB nie miałoby to dużego sensu. Wiatrak ma za zadanie szybkie schłodzenie układu po przekroczeniu danego progu i wyłączaniu się niż wydmuchiwaniu dużych ilości ciepła w dłuższych partiach czasu bo takie nie występują. Chodzi o to aby nie dopuścić do termicznego shutdown'a niż walczenia z dużymi ilościami ciepłego powietrza. W przypadku klasy D takie rozwiązanie jest efektywniejsze(krótszy czas działania wentylatora)

Jakość zdjęć swoją drogą,ale jakość płytek pcb,szczególnie ta z układami cyfrowymi, powinna być wykonana bardziej profesjonalnie. Na pewno rzutowała na to cena niska urządzenia.

krzem3

Rozumiem chodzi o stronę wizualna? Bo wzmacniacz chodzi bardzo dobrze więc od strony technicznej płytką brakuję jedynie soldermaski co byłoby dodatkowym kosztem(wszystkie płytki oprócz zasilacza sa dwustronne). Myślę że nawet w dwukrotnie wyższej cenie znalezienie wzmacniacza o tej wydajności oraz wejściami cyfrowymi byłoby trudne(cena którą podałem to nie cena wzmacniacza a jego wykonania)

Szczerze mówiąc, to po jakości zamieszczonych zdjęć trudno oceniać płytki, widać natomiast, że obudowa bardzo ładna, oraz także to, że przydałoby się poukładać okablowanie, bo pod tym względem panuje nieład.
Ogólnie pomysł nawet ciekawy, choć osobiście (przynajmniej jak na razie) poza estradą nie przemawiają do mnie wzmacniacze w klasie D, nawet mimo tego że jestem świadom ich sprawności.

Mnie raczej chodziło o wykonanie płytek chociaż metodą pocynowania miedzi.
Bez dobrej jakości zdjęcia widoczne są jednak plamy na miedzi,a wygląd jest mało estetyczny.Zwróciłem na to uwagę,ponieważ kupiłem DAC od pewnej manufaktury,
właśnie w takim wykonaniu. Przy zakupie zwracałem tylko uwagę że posiada wszystkie wejścia cyfrowe,do środka nie miałem możliwości zajrzeć. Do jakości dźwięku specjalnych zastrzeżeń nie mam.

krzem3

Nie lubie cynowania osobiście jeśli ma to za zadanie tylko estetyczne a zwiększenie kosztu o prawie 200 zł aby była soldermaska do której nikt nigdy pewnie nie zajrzy raczej by nie przeszło ,choć wiadomo że byłoby lepiej:)

Polecam cynowanie metodą: opalarka + pasta lutownicza np. do rur. Wykonanie banalne, koszty groszowe, a płytki wyglądają jak z fabryki. Opis jest na elektrodzie.
Szkoda aby taki fajny projekt psuć badziewnie wykończonymi płytkami.

gRRubasek napisał:

Polecam cynowanie metodą: opalarka + pasta lutownicza np. do rur. Wykonanie banalne, koszty groszowe, a płytki wyglądają jak z fabryki. Opis jest na elektrodzie.
Szkoda aby taki fajny projekt psuć badziewnie wykończonymi płytkami.

Mógłby kolega polecić jakąś tania pastę do cynowania?

Zaobserwowałem, że przebarwienia na pcb powstają w wyniku termo transferu na papierze, przy użyciu folii u mnie ten problem zniknął.

Na efekt ma również wpływ jakość wytrawiacza.

Pozdrawiam.

Używam BISAN LB-3. Do kupienia w marketach budowlanych. Opakowanie 250g kosztuje około 40zł, ale wystarcza na b. długo. Pędzelkiem smarujesz dobrze odtłuszczoną płytkę, suszysz opalarką w max temp. i potem spłukujesz. Trzeba tylko z wyczuciem operować opalarką. Pasta powinna wyschnąć, a nie może zacząć wrzeć czy przebarwiać się na żółto.

Tak wygląda pocynowana tą metoda płytka



Kiedyś płytki polerowałem gąbką ścierną co jest tu widoczne, obecnie laminat do całego procesu tylko odtłuszczam.

Muszę wypróbować sposób kolegi:) Rzeczywiście płytka bardzo ładna. Kiedyś wykonywałem soldermaski samemu jednak przy małych rastrach układów stawało się to problematyczne i zrezygnowałem z tego "patentu". Szczególnie że wszystkie płytki wykonuję obustronne , to dodatkowo komplikowało sprawę. Poszukam opisu na Elektrodzie , i dziękuję za info:)

Cały opis masz piętro wyżej Tą metoda naprawdę ciężko coś schrzanić.
Cynowałem wcześniej chemicznie, ale to kłopotliwe, dość drogie i niepewne jak roztwór nie jest świeży.
O ile dobrze widzę we wzmacniaczu masz już płytki nieźle utlenione. Trzeba je było chociaż roztworem kalafonii pociągnąć.

Kiedyś próbowałem cynować pastą do rur, zostawały brzydkie naloty topnika na bakelicie, poza tym jest ok
Gratuluje udanego projektu, zwłaszcza samodzielnego wykonania pcb.
Co do kopi evm z innego forum, to szumofonem była przetwornica pracująca na 50khz, której nie trzeba było montować. Bez niej nie zauważyłem odczuwalnego szumu.
Co do samego projektu, nie podłączałbym do tego na stałe głośników bez zewnętrznego zabezpieczenia dc. Wiem, że kostka ma takowe, ale nikt nie wie jak zachowa się kiedy się stopi.
Poza tym zadał sobie kolega jak widzę sporo trudy robiąc cyfrowe wejścia. Na jakim układzie zrobione jest wejście USB?
Takie moje zdanie, nie krytyka, zamiast DAC'ów można było wstawić PWMprocesor i jakąś inną kostkę zamiast 5630, np 5624 z wejściem pwm, byłoby to coś nowego na forach, wzmacniacz z wejściem cyfrowym z pominięciem DAC. Jakby nie było, fajna konstrukcja

W takim razie będę próbował Płytki nie są utlenione tylko taki odcień dostają po preparacie Kontakt do czyszczenia i zabezpieczania układów elektronicznych