Algunas pautas de diseño de fuentes de alimentación para Audio

[Dr. Zoidberg]

Muy bueno lo tuyo Diego!!!!
La verdad es que siempre he usado la fórmula que pasé antes, pero como ando más por el audio de baja señal, casi que los valores de C ya están definidos para mis aplicaciones y mucho no los calculo. Lo de las curvas de Schade lo estudié allá por los 80's pero nunca le dí mucha bola por que era excesivamente "molesto" para un cálculo en el que habían tantas variables "libres" .

Sería bueno, cuando tengas tiempo, que plantees el mismo ejemplo que yo puse (100% inventado en el momento ) con tus ecuaciones para que podamos comparar los resultados y ver prácticamente cuales son las diferencias.

 

[diegomj1973]

Muy bueno lo tuyo Diego!!!!
La verdad es que siempre he usado la fórmula que pasé antes, pero como ando más por el audio de baja señal, casi que los valores de C ya están definidos para mis aplicaciones y mucho no los calculo. Lo de las curvas de Schade lo estudié allá por los 80's pero nunca le dí mucha bola por que era excesivamente "molesto" para un cálculo en el que habían tantas variables "libres" .

Sería bueno, cuando tengas tiempo, que plantees el mismo ejemplo que yo puse (100% inventado en el momento ) con tus ecuaciones para que podamos comparar los resultados y ver prácticamente cuales son las diferencias.

Gracias Eduardo!!!

Estimo que algún punto en común deben tener estos dos métodos. En el primer método de I = C . dV / dt, si bien la carga (RL) puede quedar de alguna forma contemplada por I en esa ecuación, no dice nada respecto bajo qué relación de voltaje y resistencia se da esa corriente (puede ser cualquier combinación de Vo y RL que den similar I, sujeto a límites impuestos por dV). Como NO es lo mismo filtrar a bajo voltaje que a alto voltaje, para una misma corriente consumida (las capacidades resultantes a alto voltaje suelen ser menores que las de bajo voltaje, para similar consumo y ripple), suelo preferir el segundo método por mí planteado porque incorpora un valor específico para RL, contemplando esas diferencias antes citadas (la variación de RL en función de la relación de voltaje Vo a la corriente media I).

Dame un tiempito para analizar qué comparativa se puede hacer entre los dos métodos.

Saludos

 

[Dr. Zoidberg]

OK.
El problema es que realmente no conocés RL por que la carga no es resistiva ni estática, y si la vas a estimar en base a la I consumida, pues ahí entra Vo. Lo que me gusta de tu método es que usa el porcentaje de ripple en vez de especificar una tensión de ripple pk-pk, y por ahí puede ser más facil elegir un porcentaje fijo para todo ampli que andar tanteando cuantos volts de ripple elegir.
Claro que si la corriente es fija como en un ampli clase A, lo de RL es mas atractivo y directo, pero en un ampli clase B o AB no es taaan simple....

 

[diegomj1973]

OK.
El problema es que realmente no conocés RL por que la carga no es resistiva ni estática, y si la vas a estimar en base a la I consumida, pues ahí entra Vo. Lo que me gusta de tu método es que usa el porcentaje de ripple en vez de especificar una tensión de ripple pk-pk, y por ahí puede ser más facil elegir un porcentaje fijo para todo ampli que andar tanteando cuantos volts de ripple elegir.
Claro que si la corriente es fija como en un ampli clase A, lo de RL es mas atractivo y directo, pero en un ampli clase B o AB no es taaan simple....

Por supuesto que en algún punto de ambos métodos debemos "presuponer o colar" algún parámetro de partida que difícilmente se cumpla tal cual o exactamente en la realidad. Como dije, el segundo método sigue siendo aproximado. Los resultados del segundo método pueden llegar a ajustarse mejor a condiciones reales o a variantes con el nivel de voltaje como mencioné anteriormente (sin llegar a ser un método más complejo como el de Schade). El hecho de "meter" el valor de RL en el cálculo de C hace que estemos más cerca del proceso físico real que "meter" I. Lo que define la constante de tiempo en la descarga es RL . C, más que todo.

La "falencia" (es una forma de llamarla porque de todos modos es un método que da excelentes resultados, si es bien empleado) más clara del primer método es cuando se plantea similar consumo I en dos casos bajo tensiones diferentes Vo, pero con similares ripples dV. Ambos cálculos arrojan similares capacidades cuando eso en rigor no es cierto. El segundo método contempla esa variación de RL y arroja resultados diferentes para ambos casos, como es de esperar verdaderamente en la práctica.

Si la corriente es fija y la carga es resistiva pura, se simplifica mucho todo, como vos bien comentaste Eduardo. Ojo que no todos los ampli en clase A drenan corriente constante: un caso típico es cuando llevan fuentes partidas y acople directo (por lo general de +V a la salida -> constante y -V a la salida -> constante si está en reposo, sino es variable. El buffer del italiano Ciufoli drena verdadera corriente constante porque es capacitivamente acoplado y el parlante "toma" señal en paralelo al mosfet en lugar de tomar en paralelo a la carga del mosfet (que es una fuente de corriente constante).



Saludos

PD: cuando pueda subo todas las tablas (aunque son fáciles de hacer) para que las evalúen detenidamente y podamos considerar "otro" método o punto de vista de los que ya conocíamos. Esa era y es mi visión cuando lo desarrollé allá por los '90. A rápidas, en mi trabajo, hice una tablita para ONDA COMPLETA y 50 Hz con RL entre 1 y 100 ohmios, en pasos de 1 ohm y Fr entre 1 y 10 %, en pasos de 1 %. Espero les sea de utilidad. También subo para MEDIA ONDA y 50 Hz. REVISEN y AVISEN si hay algo mal!!!. Es de hacer notar que no hay una relación lineal entre capacidad C y Fr, para una RL dada. En el último adjunto pueden encontrar unas relaciones de sumo interés.

 

[diegomj1973]

La discrepancia en los resultados entre el primer método (el que parte de I = C . dV / dt) y el segundo método (por mí propuesto) es mayor cuanto menor sea el ripple esperado.

Por ejemplo: para un Fr del 10 % hay una diferencia del 9,41 % en el cálculo de la capacidad. Esto sugiere que los 7 mseg tomados como tiempo de descarga deben aumentarse en esa proporción si tomamos como referencia el segundo método. Indicaría un dt de 7,66 mseg.

Para un Fr del 1 % hay una diferencia del 32,08 % en el cálculo de la capacidad. Esto sugiere que los 7 mseg tomados como tiempo de descarga deben aumentarse en esa proporción si tomamos como referencia el segundo método. Indicaría un dt de 9,25 mseg. Y eso es razonable que suceda, ya que se ha aumentado el tiempo de descarga por incorporar mayor C para reducir el ripple (se intercepta a la semionda seno creciente más cerca del pico que de la base de esa misma onda).

A pesar de la mayor discrepancia de un método respecto a otro en los menores dV o ripples, sugiero que si desean utilizar el método que parte de I = C . dV / dt lo hagan solamente para esa zona de bajo ripple y no mucho más que de ahí (digamos hasta un 2 o 3 % máximo de Fr), ya que es ahí donde se comporta mejor ese método y no necesariamente en la zona de altos ripples, siempre y cuando tomen un dt de alrededor de 9 mseg, como yo supe utilizarlo cuando no tenía las tablas a mano del segundo método.

La explicación a eso es que si el dV es muy grande, la I ya no queda tan constante durante el fenómeno de descarga y el modelo (que se basa en eso mismo: I constante) induce serios errores.

Una aplicación del primer método sería más para señal que para potencia, salvo contemos con brutos bancos de condensadores para manejo de alta potencia y con bajo ripple.

Espero les sirva mis conclusiones.

Saludos

PD: lo que puedo hacer para todos es tabular distintos dt para distintos Fr conforme deseen seguir empleando el primer método para amplios dV, aunque ya pierde algo de practicidad su utilización (salvo se logren acordar de memoria los distintos dt para los distintos dV o Fr deseados!!!).

 

[Dr. Zoidberg]

La discrepancia en los resultados entre el primer método (el que parte de I = C . dV / dt) y el segundo método (por mí propuesto) es mayor cuanto menor sea el ripple esperado.

Por ejemplo: para un Fr del 10 % hay una diferencia del 9,41 % en el cálculo de la capacidad. Esto sugiere que los 7 mseg tomados como tiempo de descarga deben aumentarse en esa proporción si tomamos como referencia el segundo método. Indicaría un dt de 7,66 mseg.

Para un Fr del 1 % hay una diferencia del 32,08 % en el cálculo de la capacidad. Esto sugiere que los 7 mseg tomados como tiempo de descarga deben aumentarse en esa proporción si tomamos como referencia el segundo método. Indicaría un dt de 9,25 mseg. Y eso es razonable que suceda, ya que se ha aumentado el tiempo de descarga por incorporar mayor C para reducir el ripple (se intercepta a la semionda seno creciente más cerca del pico que de la base de esa misma onda).

Diego: Muy buen análisis, pero tiene un problema (bah...no es problema, es que falta ponerlo en contexto)
Buscar factores de ripple taaaan bajos (1%) solo con filtrado capacitivo no tiene caso por que como bien mostrás, según la ecuación que presenté, tenés que llevar Δt a 9.25ms (ya que es la unica variable libre para toquetear), y eso implica un tiempo de carga de los capacitores del orden de los 750µs, con lo cual la corriente exigida al trafo sería altísima y, o no va a lograr la carga del cap si no entrega esa corriente o se va a terminar quemando mal
Valores "razonables" de factor de ripple para amplis de potencia son del orden del 10% y para señal débil son del orden del 3 a 5%. Para mejorarlo, en el primer caso hay que apoyarse en la SVR del amplificador, que tiene el máximo cerca de los 100Hz y ronda los 40dB, así que el efecto del ripple "puro" de la alimentación queda por debajo del 0.5% (la cuenta dá el 0.1% pero no me la creo). En el segundo caso, siempre hay un regulador integrado en la etapa de alimentación, y el rechazo al ripple de un 7815 ronda los 70dB (typ), así que finalmente el ripple efectivo a la salida del regulador queda del orden del 0.002% y se lo puede bajar mas con un filtro Π CRC en lugar de los caps "solitos".

Por ultimo, una diferencia del 10% en el valor final del ripple, si bien es bastante alta, casi que no pesa nada contra la mejora propia que aplican los propios dispositivos alimentados. Vamos... que 10% y 11% son caaaasi lo mismo si luego lo divido en 100...

En resumen, si bien tu método es el "método verdadero" que dá la teoría y que hemos estudiado, las aproximaciones de esta otra formulita yo creo que son MUY razonablemente buenas en el contexto real de las aplicaciones que estamos considerando, claro... en la medida que elijamos correctamente los factores que participan en ella

 

[diegomj1973]

Diego: Muy buen análisis, pero tiene un problema (bah...no es problema, es que falta ponerlo en contexto)
Buscar factores de ripple taaaan bajos (1%) solo con filtrado capacitivo no tiene caso por que como bien mostrás, según la ecuación que presenté, tenés que llevar Δt a 9.25ms (ya que es la unica variable libre para toquetear), y eso implica un tiempo de carga del los capacitores del orden de los 750µs, con lo cual la corriente exigida al trafo sería altísima y, o no va a lograr la carga del cap si no entrega esa corriente o se va a terminar quemando mal
Valores "razonables" de factor de ripple para amplis de potencia son del orden del 10% y para señal débil son del orden del 3 a 5%. Para mejorarlo, en el primer caso hay que apoyarse en la SVR del amplificador, que tiene el máximo cerca de los 100Hz y ronda los 40dB, así que el efecto del ripple "puro" de la alimentación queda por debajo del 0.5% (la cuenta dá el 0.1% pero no me la creo). En el segundo caso, siempre hay un regulador integrado en la etapa de alimentación, y el rechazo al ripple de un 7815 ronda los 70dB (typ), así que finalmente el ripple efectivo a la salida del regulador queda del orden del 0.002% y se lo puede bajar mas con un filtro Π CRC en lugar de los caps "solitos".

Por ultimo, una diferencia del 10% en el valor final del ripple, si bien es bastante, casi que no pesa nada contra la mejora propia que aplican los propios dispositivos alimentados. Vamos... que 10% y 11% son caaaasi lo mismo si luego lo divido en 100...

En resumen, si bien tu método es "método verdadero" que dá la teoría y que hemos estudiado, las aproximaciones de esta otra formulita yo creo que son MUY razonablemente buenas en el contexto real de las aplicaciones que estamos considerando, claro... en la medida que elijamos correctamente los factores que participan en ella

Totalmente de acuerdo en todo contigo Eduardo. Como comenté antes, un ripple de 1 % es muy exigente y antes de poner un filtro capacitivo sólo que pretenda solucionar todo existen otras técnicas más idóneas y racionales para tener presente (como filtrados "débiles" con reguladores posteriores, considerando el rechazo de ripple que tenga el circuito particular y la atenuación de ripple que produzcan esos mismos reguladores después del filtrado, por supuesto). Incluso todo esto tiene que ir de la mano con el dimensionamiento de los diodos y trafos (no es que no exista conexión entre estos elementos, sino que trabajan en conjunto).

Claro que no es gran diferencia ese casi 10 % de discrepancia entre métodos!!!, porque ya de cajón tenemos tolerancias en electrolíticos que pueden trepar al 20 %!!!. Simplemente lo mencioné para cotejar diferencias entre uno y otro método (como anteriormente lo solicitaste).

Y no es que sea mi método verdadero, porque en algún punto debemos estimar también algún parámetro (RL, por ejemplo e incluso la aproximación de forma de onda del ripple, que en rigor no es sinusoidal). Sólo que trabaja más cercano al efecto físico real de funcionamiento del filtro.

Saludos y gracias por tu apreciación!!!.

 

[Dr. Zoidberg]

Y no es que sea mi método verdadero, porque en algún punto debemos estimar también algún parámetro (RL, por ejemplo e incluso la aproximación de forma de onda del ripple, que en rigor no es sinusoidal). Sólo que trabaja más cercano al efecto físico real de funcionamiento del filtro.

Bueeee.....lo que pasa es que, tal como decís, es bastaaante mas cercano a la realidad desde el punto de vista del funcionamiento de todo el conjunto trafo+rectificador+filtro+carga, pero - como siempre - hay que poner un límite en "hasta donde vale lo que sucede" y con eso tratar de recortar la complejidad del análisis y calculo. 10% de error en realidad es muchísmo si lo tomamos aislado, pero como esto no funciona "aislado del mundo" y las tolerancias de los componentes superan el error de aproximación., la formulita vale bien. De ultima, si lo mirás friamente, no es descabellado aproximar una exponencial por un segmento de recta si considerás que el consumo de la carga se mantiene estable (y la corriente de carga constante ) durante los 10ms que dura el fenomeno de carga-descarga de los caps.

Saludos y gracias por tu apreciación!!!.

Gracias a vos por tomarte el laburazo de hacer este análisis y compartirlo con nosotros

 

[diegomj1973]

Para quienes les enloquezcan los métodos gráficos y para rectificación de onda completa y 50 Hz aquí tienen para divertirse:





Saludos

PD: en la última gráfica, Vo es 10 V. De ahí se puede extrapolar a otros voltajes simplemente multiplicando en razón directa lo que se lea en eje Y. Ejemplo: para 55 V de Vo, multiplicar x 55 y luego dividir x 10 lo que se lea en eje Y (es decir, x 5.5).

 

[Tacatomon]

Para no complicarme mucho la vida y no quedarme "corto" siempre compro condensadores de más de 22,000uF a 100V o más.

Igual si me armo un TDA2030, ya los tengo ahí...

Obvio, es broma

Se agradece toda la teoría y análisis Diego y Zoidberg.

Saludos al foro!

 

[opamp]

Para los Foristas que no están acostumbrados al análisis matemático, les recuerdo la "Ley del 10%" . Al rectificar una onda seno obtienes un VMax(Vpico). Asumes como Vrizado(MAXIMO) : 10% VMAX . Por ejemplo si el Vsec de tu trafo es de 20Vac, despues de rectificar tienes , VMAX(Vpico): 20 x 1.4142 - Vd (0.75V(media onda o toma central), 1.5V(tipo puente) ) . Suponiendo rectificación tipo puente , tenemos : VMAX : 20Vac x 1.4142 - 1.5V = 26.78Vpico; el voltaje de rizado màximo(Vrpp= 10%VMAX:2.678Vpp). El Vpromedio,(VDC), es: VMAX - Vpp/2 = 26.78 Vp- 2.678Vpp/2 =25.44VDC . La Fórmula es: Vrpp = I x T /C . Donde : I= Vout/Rl , T =10mS(1/2T de 50 Hz), C= el condensador por calcular. La fórmula es más exacta si escogemos como diseño un Vrpp menor al 10% VMAX ,( 7%n 5%, 3% , etc.) . Al escoger Vrpp muy bajos, (3%, 2%, 1%),hacemos que el condensador de filtro, C , exija una fuerte corriente de pico para su carga lo que lleva a sobredimensionar los diodos, recuerden que la temperatura en el diodo es función de :i^2 x t. Por último los condensadores electrolíticos que empleamos para filtraje vienen con un error de : +/-20%, al valor hallado teóricamente sumenle el 20%, por lo general los fabricantes( Made in China ) dan de menos,.... Saludos TercerMundistas.

 

[Marce]

Buenas noches foreros, despues de tomarme unas vacaciones decidi retomar mi hobby y terminar mi equipo de audio, y acudo a ustedes por un problema.
Tengo funcionando un amplificador tda7377 (mariano) que funciona perfecto, tengo un pre(tupolev) que creo encontre la falla. ademas tengo un vumetro (diseño propio) y control de temperatura (diseño propio) y protector de altavoces (Dr Z/Crimson), el problema en si es al conectar el pre. y el ampli., y a mi parecer el problema es la masa de ambos, ya que los tengo alimentados por separado, el trafo del amplificador es de 12v, sin tap central, y el que alimenta pre (9+9) y demas si posee tap central.
Al conectarlos hace un ruido extremadamente fuerte y no reproduce musica (aclaro el amplificador ya lo tenia funcionando), antes de meter mano y quemar algo, me lei el foro, pero no encontre un caso puntual, analizandolo supongo que deberia hacer un doblador de tension y utilizar solo el trafo del amplificador para obtener GND, conectar a los reguladores y que estos alimenten el pre, pero no se se crearan ruidos ya que contruiria 2 puentes rectificadores para un mismo trafo. desconecte todo, solo dejando pre y ampli, y el ruido sigue. Dejo un esquema a grandes rasgos de la coneccion

 

[Fogonazo]

​

La conexión entre previo y amplificador (GND) ¿ Como se hace ?.
La malla de los cables blindados NO sirve.

 

[Marce]

Gracias por tomarse su tiempo y darme una mano.
Entonces ahi esta el tema fogo

Uso ese tipo de cable, la malla de alambres que recubre los 2 cables es el gnd. que va desde el pre. hasta el ampli.
¿como seria la coneccion correcta?, porque pensaba que la malla era gnd.

 

[Fogonazo]

Gracias por tomarse su tiempo y darme una mano.
Entonces ahi esta el tema fogo
http://www.coloredhome.com/agptvout/instalar_tarjeta_grafica_9992.JPG
Uso ese tipo de cable, la malla de alambres que recubre los 2 cables es el gnd. que va desde el pre. hasta el ampli.
¿como seria la coneccion correcta?, porque pensaba que la malla era gnd.

La maya SI se conecta a GND.

Pero NO se debe emplear como conductor para unir GND del Previo con GND del amplificador ya que una circulación de corriente a través e esta, así sea mínima provoca zumbidos.

Antes de conectar todo sería conveniente que compruebes que el TDA7377 "Solo" sin conexión al previo NO tenga ruidos.
Esto se comprueba colocando una resistencia de bajo valor sobre las entradas de señal a GND o directamente un puente de alambre provisorio al encender el equipo, NO debe haber ruido o debe ser muy bajo (Casi imperceptible)
Si aquí ya apareció ruido habrá que revisar "Todo"

Para conectar:
Primero unir GND de ambas fuentes con un cable, en tu caso (-) de la entrada de tensión a la placa del TDA7377 con GND de la salida de señal del previo.
Esto puede variar en algunos casos.

La maya de los cables blindados solo se suelda en un extremo (Lado previo o lado amplificador), el otro extremo se deja libre.

Si todo está OK NO hará falta conectar el extremo de la maya que quedó libre.

 

[Marce]

infinitamente agradecido por el dato, mañana sin falta lo pruebo y comento
Muchas gracias.

 

[Marce]

La maya SI se conecta a GND.
Si aquí ya apareció ruido habrá que revisar "Todo"

Tengo que revisar todo el ruido sigue estando, no se fue ni con las indicaciones que me diste, voy a desmontar todo del gabinete y a probar todo por separado a ver donde esta la falla, muchisimas gracias por darme una mano fogo

 

[Fogonazo]

Los ruidos suelen ser motivo importante de dolores de cabeza, por no decir otras cosas.

Una buena forma de evitarlos es ir agregando componentes (PCB´s) por pasos, por ejemplo:

Primero el amplificador con su correspondiente comprobación.
Luego potenciómetro de volumen y su comprobación
Previo y su comprobación
Fichas de entrada y su comprobación
Puesta a tierra y su comprobación

De esta forma es fácil de detectar de donde proviene cualquier aparición de ruido.

 

[Pablo Gimenez]

Y yo que pensaba que me iba ir a dormir sin aprender nada hoy..
Gracias!!
Saludos!!

 

[Marce]

Encontre lo que causaba ruido, eran las entradas Rca. Saque el cable in del preamp. y apenas se escuchaba un ruido , al conectarlo a las rca hembras se producia el ruido, supongo que debe ser por que es un gabinete metalico, y las rca van con las tuercas, y en algun lado de todo el montaje de las partes e metido la pata.
Probe conectando las rca al aire (aisladas de todo) y se escucha como los dioses , solo queda un infimo ruido, del cual me quedan varios tips que e leido para hacer (revisar cables, soldar la carcaza de los potenciometros, revisar el trafo, puestas a tierra, etc etc.)
Cuando termine todo el gabinete pongo fotos de todos los montajes y sus respectivos post del foro.
Muchas gracias por su tiempo y darme una mano