Amplificador hi-fi 200W rms con dos mosfet

[ejtagle]

Epa... No se lo tomen a mal ! ... Yo también fuí un principiante alguna vez... Y, por ahí, cuando leo algunas cosas, me sonrío... Pero yo también he pasado por lo mismo, no soy un marciano!
Justamente, como la idea es aprender todos de todos, es por eso que últimamente no estoy posteando diseños completos, sino, sólo ideas... Creo que todos somos así: Todos pasamos por nuestras épocas de "quiero más potencia" ... Y si todavía lograron superar esa época y no se hartaron en el proceso de todo esto del audio, vendrá la época: "quiero que suene super-bien, ya no me importa tanto la potencia" ... Son etapas, y creo firmemente que los humanos somos así, no basta que alguien nos diga las cosas, sino que tenemos que vivirlas en carne propia para aprender
Ahora, lo bueno de ésto es que gracias a la magia de los foros, es posible averiguar cosas y formas nuevas para intentar en sus (nuestros!) propios diseños. Yo ya he intentado muchas cosas, y por eso, por ahí, en algunas cosas les puedo asesorar y decir ... "ésto no va... ésto si va... ésto puede ser o no"... Eso sí, siempre trato de dar las razones ... No me interesa imponer ninguna idea. La idea es que justamente, todos aprendamos un poco de cada uno!
He pensado un tiempo... Como ustedes sabrán, yo me oponía a hacer un amplificador de alta potencia, más bien, me interesa la alta fidelidad... y por eso, es que medio he rehuido postear algo ya hecho de alta potencia... Pero, lo he pensado, y he decidido ... "Si lo quieren... ¿ Porqué no ? ... Es perfectamente posible de hacer"
Osea, cuenten conmigo para diseñar el super amplificador de alta potencia!

Eso sí, voy a poner una única condición, y es que sea un diseño compartido. Yo no voy a postear un diseño hecho por mí, sino que les pùedo ayudar a que ustedes hagan su propio diseño. Tienen que saber una cosa ... Hablar de 1000Wrms en electrónica ya no es joda, un error acá se paga quemando todo... No solamente puede haber fallas de componentes, sino fallas de diseño de placa, porque las corrientes involucradas son TAN grandes, que una pista mal dimensionada puede conducir al desastre, al igual que una pista pasada por un lugar inadecuado, componentes no adecuados, etc,etc... O sea, guarda, porque que sea posible no quiere decir que sea sencillo de diseñar... Capaz que sea fácil de reproducir, pero no de diseñar (y justamente, por ESE motivo es que no posteo diseños completos, porque sino le quita el gusto a todo ésto, además de que un diseño que funcione adecuadamente para esas potencias tiene un valor económico enorme)

 

[ejtagle]

Bueno, entonces seguimos... Comparto con varias personas del foro que para esa potencia son imprescindibles varias cosas que aseguren que el amplificador no sólo funcione, sino que su operación sea segura para ustedes, y para donde lo instalen! - No sería muy lindo que digamos que lo instalen, por ejemplo, en el coche, y luego, debido a un cortocircuito, tengan un incendio... Esas son la clase de cosas que hay que evitar a toda costa. Y para 1000Wrms, puede pasar!

Enfin, hay 2 cosas muy importantes de las que hablar... De la fuente de alimentación (1000Wrms no es joda, son 2000Wpico que la fuente tiene que poder soportar sin colapsar). Además, el concepto de bueno, bonito y barato lleva a la idea de evitar configuraciones puente para el amplificador, porque el amplificador se vuelve mucho más complejo, y no tiene sentido. Es preferible aumentar la tensión de alimentación.

Además, si no es puente la topologia de salida, necesitaremos tensiones simétricas de salida, para evitar el capacitor de acoplamiento al parlante... Y eso nos lleva de nuevo a la pregunta de la fuente de alimentación.

Para esta potencia, queremos que si algo se destruyem se lleve con él la menor cantidad de cosas posibles. Por eso, lo recomendable es tener protecciones de todos los colores en todos lados: Protección en la fuente por sobretemperatura, por sobrecorriente en cualquiera de las 2 tensiones de salida (positiva y negativa) y realimentación de tensión de ambas ramas, para evitar que la tensión en alguna de las ramas caiga por debajo de lo mínimo necesario para entregar la potencia requerida a la salida. Es decir, sí o sí tenemos que controlar ambas tensiones... He visto en el foro muchas fuentes SMPS que sólo realimentan la tensión de la rama positiva, dejando la tensión de la rama negativa sin realimentar, y para un amplificador de subwoofer, eso es totalmente inadmisible, porque durante el semicilo negativo de la señal de audio , el amplificador se está alimentando de la rama negativa de la fuente exclusivamente, y al no haber realimentación en esa rama, la tensión baja... baja... Es decir, no se puede llegar a la potencia pico del amplificador, porque al no haber realimentación, la fuente no mantiene la tensión (porque como está sensando la rama que "no se usa", o sea la rama positiva, según la realimentación, todo está bien, y la tensión no se mueve (más vale, porque no tiene consumo sobre la rama positiva!)
Además de la realimentación de ambas ramas, protección por sobrecorriente ... no queremos que si se produce un cortocircuito vuele la fuente...

En relación al amplificador... No hay mucho que contar sobre éste... el IR2110 , aunque no muy barato ( 3us$) soluciona todo el problema del driver, y permite usar mosfets de canal N solamente. Con los mosfets de canalN podrémos alcanzar los 1000Wrms sin problemas... Por supuesto, habrá que elegir los mosfets adecuados... Realmente, acá eso de "tengo el mosfet XXX, puede usarse?" ... Porque normalmente la respuesta va a ser NO... No puede manejar esa potencia...

Sobre el tema del amplificador, lo más sencillo es la topología UcD o talvez la con el integrador... En ambos casos, habrá que hacer también protecciones por sobretemperatura, sobrecorriente, y tensión de contínua en los bornes del parlante, para evitar desastres diversos, tales como humo , incendios, quemazón de mosfets , etc,etc,etc.

Enfin, hay mucho para ver... y se puede conseguir muy mucho de inet... ¡ Adelante, a la búsqueda !

Saludos, y nos vemos!

 

[luisgrillo]

Muchas gracias Ejtagle, ahora con tu ayuda esto nos resultara mucho mas facil a todos.

Bueno, creo yo que todos queremos hacer el amplificador clase D.

Que te parece mi idea del generador triangular? unos post arribita esta la simulacion con el ltspice. Claro que se le pueden hacer mejoras.

Yo quise poner el el circuito PMW como generador de onda cuadrada por su precision, estabilidad y frecuencia de trabajo (garantizada a 250Khz, maximo 500Khz)
El integrador para hacer la onda cuadrada a triangular supongo que podria ser cualquier Opam de alta frecuencia no?.

Teniendo este generador seriamos capaces de poder sincronizar 2 etapas para poder tener 2 salidas normales, (con 2 etapas) o una en modo puente.


Como la ven?

 

[ejtagle]

Sí, sin embargo, no asumas que el chip PWM es tan estable como parece... Es decir, es normal, y tan estable como los componentes que coloques en el generador de reloj del chip PWM. Tan estable como ese circuito sería usar un opamp común para generar la onda cuadrada, y luego un opamp como integrador para generar onda triangular. Para un subwoofer, 100khz sería más que suficiente como frecuencia de switching (pero NO para full range, para eso hace falta al menos 250khz) . Noten que mientras más rápido vaya (frecuencia de switching más alta), más problemas va a haber con el driver de los mosfets, porque la disipación en ese driver es proporcional directamente a la frecuencia de conmutación, y cuadrado de la tensión de alimentación. Como la tensión de alimentación va a ser alta, entonces es recomendable que la frecuencia de conmutación (=switching) sea lo más baja posible para evitar problemas por exceso de disipación en el driver de los mosfet.
Como alguna vez dijimos, no estamos buscando alta fidelidad, sino algo normal (1o 2% de distorsión es razonable) porque la alta potencia hace muy dificil obtenr menos distorsión, y además, para que el amplificador sea estable, no lo podremos realimentar demasiado (es uno de los problemas de los sistemas clase-D con generador de onda triangular), y como no va a estar demasiado realimentado, no se cancelará demasiado la distorsión, ni tampoco se cancelará demasiado el ripple de la fuente de alimentación.
De todo eso saldrá una potencia similar a las conseguibles para auto clase-D, de fidelidad mediocre, pero alta potencia... enfin...

 

[ejtagle]

En la hoja de datos del MC3405 (creo que ya no se produce más, era un integrado que contenía 2 comparadores iguales al LM393, y 2 opamps similares al LM358). Hay un diagrama de un modulador por ancho de pulso que se podría usar ...

 

[seaarg]

Rick-10: Te adjunto una nota de aplicacion del TL494 donde podras ver como hacer la realimentacion sin opto. Podes basarte en el diseño de mi fuente con estos cambios (basicamente es entrar por el amplificador de error del int en vez de el pin de "corte")

Ojo, originalmente la hice asi a la fuente pero es inusable en el amplificador, particularmente en este.

 

[seaarg]

ejtagle, acabo de conocer en tus textos algo nuevo y muy interesante sobre la alimentacion de un subwoofer.

Para todos: Resulta que en mi fuente la realimentacion va por un opto, y el led del mismo esta tomado del -42 y +42 o sea, sin utilizar el punto medio GND.

Esta bien asumir que en el semiciclo negativo no va a caer la fuente, precisamente porque la realimentacion esta tomada del "total" de salida y no solo de la rama positiva?

Otra: Si alguien sabe de transformadores de SMPS, en muchas pruebas que hice con distintos calibres, bobinados, vueltas, etc. nunca le pude sacar mas de 5A por rama a la fuente (constantes, con una R de carga). Alguna idea de causas posibles de esto alguien?

Pregunto esto en este topic porque si se pudiera aumentar los amps que entrega la fuente, ya podria ir usando el diseño para un nuevo amplificador "mas potente"

 

[luisgrillo]

seaarg:
yo a mi fuente si le pude sacar hasta 7 amperes por rama (pero no las 2 al mismo tiempo) con focos como resistencias, focos de los usados en los barcos de 36Vcc.

Y la realimentacion la hice tomando de -Vcc a +Vcc. sn tomar el Gnd.


Egtagle, si no tomamos la realimentacion en el amplificador la distorsion seria tan alta como para molestar?

Yo creo que con menos del 10% a maxima potencia (unos 800Wrms) estaria muy bien.

 

[ejtagle]

El tema de hacer un amplificador sin realimentación... Bueno, aún una distorsión de un 5% no es "terrible"... Sí, no va a clasificar como alta fidelidad... más bien, sonará como una cinta de cassete o una radio AM, pero para subwoofer va bien. El principal problema es que sin realmentación, más vale que la fuente de alimentación sea super estable, porque todo ruido que tenga la tensión de alimentación, pasa directo al parlante.
El tema de tomar la realimentación entre +vcc y -vcc mejora muchísimo las cosas, porque como el amplificador consume alternativamente de una O de la otra rama, justamente, la tensión de una rama es estable (porque no hay consumo en esa rama) y cae la tensión en la otra rama... Y como resultado, la realimentación corrige la caida de ambas ramas... PERO, en el caso de los clase D, hay un caso en el que esto pudiera no funcionar... Tienen que recordar que los parlantes pueden reinyectar corriente a la fuente, y por eso, subir la tensión de una de las ramas por arriba de la de regulación... Si es sucediera (y VA a pasar), el amplificador inyecta corriente a una rama, sube la tensión de esa rama por arriba de la de regulación, y en consecuencia, la realimentación (cuando hay consumo sobre la otra rama), no corrige totalmente la caída de tensión en la otra rama. La única solución posible es poner a la salida de la fuente, entre masa y la salida positiva, un zener de 1 o 2 volts de tensión superior a la de regulación de la fuente, y entre la masa y la salida negativa, otro zener similar. Esos zener "queman" el exceso de tensión y evitan que por la subida de una de las ramas por la reinyección de corriente, la otra deje de regular... Es, hasta ahora, el único método razonable que he encontrado. Los zeners no necesitan ser de alta potencia, porque en funcionamiento normal no van a conducir.

Saludos

 

[seaarg]

Oh! justamente en mi fuente hice eso de los zeners que decis ejtagle pero sin tener ni idea de esa realimentacion del amplificador a la fuente. Los habia puesto como proteccion para picos. Me salio una buena de casualidad jeje.

 

[luisgrillo]

Yo quiero hacer el diseño del amplificador class D en puente, asi necesitaria menos voltage en la fuente para sacarle mas potencia.

Sera muy dificil hacer la realimentacion en modo puente?
tengo que tomar y sensar los 2 bornes del subwoofer?

 

[ejtagle]

La idea es esa... Tomar la realimentación en forma diferencial de ambos bornes. Pero eso tiene sus complicaciones... Demasiado lio para mi gusto ... (por cierto, NO es imposible, sólo más complejo)

 

[luisgrillo]

no entiendo, a que te refieres con forma diferencial?

en las simulaciones cuando pones las 2 etapas para puente, en cada borne de la bocina esta presente el mismo voltage que esta suministrando cada etapa amplificadora.

Que es lo que hace dificil el realimentado?

Cuando pones los amplificador AB en puente, las realimentaciones de las etapas no cambian, se siguen tomando de donde mismo.

 

[FELIBAR12]

Que opinan de esto? http://users.rsise.anu.edu.au/~felix/iar/Projects/Thunderball/index.html

 

[luisgrillo]

WoWW,!

Estara funcionando el amplificador?

Si esta haciendolo subiendo el voltage a 60Vcc nos sube a 450W.

Masomenos es la potencia que yo estaba buscando para mi subwoofer.

Ahorita lo voy a simular haber que tal.

 

[FELIBAR12]

y esto otro

 

[Tacatomon]

El amplificador que posteastes FELIBAR12 esta muy completo, se agradecería mas información, la pagina oficial, potencia de salida a 4 y 2Ohms, etc.

Muy buen aporte.

Saludos.

 

[FELIBAR12]

estos amplificador los encontre en diyaudio,en el apartado class d(o tambien en archive).En este momento no me acuerdo en cual hilo vi el amplificador en cuestion,creo que fue en un hilo de fuentes conmutadas en el cual describian un fuente de magnitudes proporcionales al circuito y por casualidad aparecieron estos archivos
creo que fue aca http://www.diyaudio.com/forums/forumdisplay/f-67-p-1.html

 

[Rodgers]

saludos a todos.................

bueno antes de empesar a diseñar el amplificador que tengo pensado........tengo una pregunta para el señor ejtagle.......
hasta ahora todos los planos de amplificador que he visto generan señal de salida pwm o spwm.........pero mi pregunta es ¿esa señal de modulacion es para continua cierto.............osea oscila entre los valores de +/-vcc ?
me gustaria diseñar un amplificador que genere la salida con una señal que trabaje entre +vcc y gnd cundo necesite señales superiores a 0v en el borne del parlante.......y entre -vcc y tierra cuando necesite señales senosoidales negativas en el borne del parlante...........osea todo lo que he dicho anteriormente se le llama pwm alterno o en el caso spwm alterno..............
para mirar mas de forma grafica aqui les adjunto una ymagen que ilustra la idea de todo....................

"aah una cosita je je je" solo miren las formas de ondas no le presten atensión a los desfaces de las señales ya que esta imagen la saque de un sistema de comtrol de motores trifasicos....................

 

[ejtagle]

Para rodgers... Es posible hacer un ampificador así, pero no sé si vale la pena... Fijémonos... El diagrama paraobtener la modulación spwm es más complejo... Además, no es que hay un transistor para poner a positivo, y uno para poner a masa solamente... Eso sería posible sólo si la carga fuera resistiva pura, pero el parlante es una carga inductiva, y es necesario proveer un camino de retorno de la corriente cuando se corta el transistor positivo. A ver si me puedo explicar mejor... Pongamos que el transistor que pone a positivo el parlante se activa... empieza a circular corriente de positvo, a través del parlante, hasta masa. Ahora el transistor de positivo se corta. Como el parlante es un inductor, la corriente no se puede hacer 0 de golpe, sino que sigue circulando... Como el transistor de positivo está cortado, y el de negativo también, la tensión a los bornes del parlante se invierte instantáneamente, llevando a la ruptura al transistor positivo, destruyéndolo. Para evitarlo, colocaríamos diodos en paralelo con los transistores positivo y negativo para que conduzcan la corriente. En ese caso no se quema ninguno de los transisitores.
Pero todo eso tiene un pero, y es que en el momento que alguno de esos diodos de protección conduce, realmente el amplificador no tiene control del cono del parlante. De hecho, un amplificador de esta clase (spwm) no debería tener realimentación tampoco, porque entonces, el método spwm no es adecuado (o se transformadorrma en pwm común. A lo que yo voy es que este método puede ser muy conveniente para hacer un amplificador de alta potencia, pero de a la vez tendrá alta distorsión (5% sería esperable, talvez no se oiga)... De hecho, es posible de hacer.
Sinceramente, la principal desventaja que le veo es que como no se tiene completo control del cono, el factor4 de amortiguamiento (damplificadorng) no va aser muy alto que digamos, y eso justamente resta control de los subwoofers... Enfin, gustos son gustos. Obtendrán un amplificador de baja fideliidad, pero alta potencia