Amplificador HighEnd Clase D de 25W a 1250Wrms sólo con 2 MosFets N

[Cacho]

Por lo que estoy leyendo hace tiempo, si ponemos un nucleo de ferrita las vueltas del inductor son menos...

Correcto

...el campo magnetico se reduce al nucleo y induce menos ruido si no he entendido mal, no se si habrá alguna ventaja mas, pero sobre todo el numero de vueltas, o sea el inductor de salida mas pequeño.

Bastante correcto.

Lo que te faltó considerar es que la ferrita se va a saturar en determinado punto. Desde que se satura en adelante, el sonido que vas a obtener será bien feo. Tené en cuenta que por la bobina circula el 100% de la corriente que va a los parlantes.

La cuenta es: Una espira con una corriente I sobre mi núcleo va a generar un campo magnético B. Esto lo tendrás que calcular.
Entonces X espiras (las que sean necesarias para lograr la inductancia deseada) generarán un campo magnético XB.
Necesito que el núcleo no se sature con ese campo (y tener un poco de margen también).

Hay algunas otras cositas que hacen preferibles los núcleos de aire a los de ferrita, pero con el cálculo de esto y la comparación con el de aire te darás cuenta de por qué no se usan demasiado (algún toroidal, quizá, y para poca potencia)

Saludos

 

[ejtagle]

Tal como dice cacho, el problema es conseguir el núcleo Y LOS DATOS del MATERIAL del que está hecho el núcleo. Descubrirás que no es tan sencillo obtener un inductor que no sature con corrientes muy grandes... Digo que no es sencillo, pero no es imposible para nada... Como siempre, es un problema de conseguirse el núcleo correcto, con el núcleo correcto, y los datos del material, los cálculos no son complicados... Los mismos fabricantes suelen tener guias de selección de núcleos de acuerdo a la aplicación, y correinte, e inductancias deseadas.
En el caso de este ampli UCD, los amplis comerciales de este tipo usan núcleos que pueden ser de ferrite o de polvo de hierro... Pero , cuando hablamos de producciones grandes, suele ser mucho más sencillo conseguir cosas ...
Algunas ideas... El núcleo toroidal amarillo (el único toroidal) de las fuentes de pc anda por los 16uH, pero a 5 o 6A... Para potencias bajas talvez funcionaría (conste que no lo he probado!), Eso podría servir para 100W aproximadamente... Hay que pensar que el tamaño del núcleo es en cierta forma proporcional a la corriente que circulará por el inductor, es decir, en NINGUN CASO la corriente pico que va al parlante (que es la misma que pasa por el inductor),repito, en ningún caso es permisible que la corriente que pasa por el inductor supere la máxima admisible para evitar la saturación del núcleo, porque si llega a saturar el núcleo, la distorsión va a ser grande, y además, se corre riesgo que el ampli se queme... o sea.. OJO!
En relación al tema distorsión, un ampli con inductor con núcleo siempre va atener un poquito más de distorsión que uno que use un inductor de aire... Pero no es un problema significativo con los UCD, porque el inductor está dentro del lazo de realimentación, por lo que las alinealidades introducidas por usar un inductor con núcleo deberian compensarse (de hecho lo hacen, bi oerfectamente, pero si mucho más que aceptablemente)
Es por eso que mi diagrama no sugería el uso de inductor con núcleo... Porque sino, el ampli quedría fuera del alcance de la gran mayoría de la gente, que no tiene acceso a los núcleos correctos. Además, con núcleo de aire es como mejor calidad de sonido se obtiene... Enfin...
Saludos!

 

[Quercus]

Con la explicacion que me acaban de dar cacho y ejtagle, veo que no hay que complicarse la vida y me quedo con lo ultimo de todo que el nucleo de aire da mejor sonido, gracias a los dos.
En cuanto al tema de la placa no se si pasara lo mismo y tampoco merece lo pena aumentar un poco la placa. Es mejor sacrificar la estetica amontonando un poco los elementos que en el tema del sonido no importa tanto, que sacrificar la calidad por un diseño que se desvia del original desvirtuando su calidad.
Saludos.

 

[Tacatomon]

Mi pregunta:

Decidí hacer otra bobina con el fin de que disminuyera en calor que disipa, ahora la hice de tal manera de que ocupase menos cable con la misma inductancia final pero cambiando la forma de esta. Pero al momento de las pruebas, pues está igual de temperatura que antes. El sonido es IMPRESIONANTE. Agudos NITIDOS, Wow, Es una maravilla, el ruido de fondo se redujo cuando usé un preamplificador, se redujo muchisimo.
Con lo de la bobina, que incovenientes tendría en hacerla de nucleo de hierro de transformador, es decir, utilizaría el nucleo interior que es grande, para calcular la inductancia hare un cto medidor de inductancia que se ayuda con la tarjeta de sonido del PC, previa calibración para que sea lo mas exacta posible. Que me recomiendan, ¿alguna precaución especial con la posición de estos nucleos de hierro?
Pues, no se si me libre del calentamiento del inductor de salida.

Saludos

 

[ejtagle]

No sé si te pueda recomendar núcleo de hierro... el hierro tiene mucha histéresis, y muchas pérdidas por corrientes parásitas (foucault) ... La cantidad de espiras seguro que se va a reducir, pero lo que va a empezar a calentar es el núcleo ... Además, el hierro tiene demasiada distorsión ... Y la otra cosa compleja de los núcleos de hierro es que la inductancia hay que medirla con corriente circulando por el inductor, sino, todos los medidores de inductancia miden cualquier cosa
Si lo vas a hacer con inductor con núcleo, te recomiendo nomás núcleo de polvo de hierro... Es lo más adecuado para las frecuencias y las corrientes involucradas...
De todas formas, creo que el problema del calientamiento de la bobina se puede dar por 2 causas... Por pérdidas de potencia por la resistencia del alambre (esa la podrás calcular relativamente fácil, sabiendo la resistencia total de la bobina, y luego multiplicando la corriente media (rms) al cuadrado, por la resistencia del hilo.
Vas a ver que no es tan despreciable la cosa.
La otra causa muy probable de calentamiento, es el efecto pelicular o skin, que hace que de la sección total del alambre, sólo se use la superficie del mismo para conducir corriente, lo que hace que aunque el alambre sea grueso, la corriente de switching sólo vaya por una parte pequeña de la sección del alambre, lo que aumenta muy mucho las pérdidas, porque es como si el centro del alambre no existiese.
Para evitar este problema, es recomendable hacer un bobinado trifilar... Eso significa que en vez de usar un único alambre de sección S, uses, 3 alambres de sección S/3 en paralelo, bobinados en paralelo. O sea, con 3 alambres trenzados o enroscados entre sí, bobinas como si fuese un único alambre... Es más, si fuera yo, lo haría con 5 alambres, es decir 5 alambres de sección S/5, en vez de 1 único alambre de sección S. Retuerces los alambres entre sí, formando un únicoalambre, y haces el bobinado con ese "alambre" formado por 5 alambres. Notá que los alambres finos que componen el "alambre grueso" están en paralelo, pero tienen aislante, por lo que sólo hay contacto eléctrico entre ellos en las puntas, donde se conectan al ampli. 5 alambres tienen muchísima más superficie externa que un único alambre de la misma sección, y como la corriente de alta frecuencia sólo va por la superficie, el bobinado 5filar tiene muy muchas menos pérdidas que si fuese un inductor de un único hilo.
Espero que no me haya yo hecho un lío explicando...
Saludos

 

[Tacatomon]

Ok, Nucleo de hierro descartado...

Ahora, pudiese ser lo del efecto skin, tengo la bobina hecha con AWG 11, que es muy grueso. Ahora, tengo que tener en cuenta que cuando los 5 alambres se enroscan entre sí se reduce un poco la longitud total?
Un ejemplo, la bobina me sale de 3 metros de alambre 1mm, tendré que usar 5 alambres de 0.2 mm cortados a tres metros, al enroscarlos entre sí reducirán su longitud total... la tomo en cuenta aumentando o no... Ya que los corte a 3 metros...

Ya me líe, tu explicación fue genial, no se si la mia se entendio.

Ahora, para estar mas seguro, el aparato medidor de L con la PC me podrá servir para medir estas bobinas???

Ya no me acuerdo si te di las gracias Ejtagle por semejante trabajo, ahora mismo escucho el nitido agudo desde el patio... Muchas Gracias!!!

Saludos!!!

 

[luisgrillo]

Que tal amigos,

A mi el amplificador me funciona no tan bien, se calienta bastante con unos 120W y estoy usando los irfp260. Sin carga el amplificador no calienta mucho, solo se entibia.

Lo alimento con +-70Vcc

El parlante es un subwoofer de 4ohms 350W RMS

Medi la frecuencia de oscilacion del circuito y tengo 250Khz.

El sonido no es muy bueno en full-range pero no tengo distorsion,

Alguna idea?

 

[ejtagle]

@ tacatomon: Si, al retorcer los 5 alambres se reduce un poco la longitud... Qué tanto dependerá de cuánto los retuerzas... De hecho, podría hacerse sin retorcer los alambres, es simplemente una cuestion de conveniencia para bobinar después. Yo te diría que experimentes un poquito, veas qué tanto se acorta al retorcer los alambres... Incluso, si se usara alguna forma para bobinar, sería posible hacer la bobina simplemente usando alambres paralelos (los 5 alambres) ... Enfin... El retorcido no es crítico de ninguna forma, es sólo una forma de tener organizados los cables para bobinar más fácil, nada más,
Retuércelos tanto o tan poco como te convenga
En relación a medir bobinas de núcleo de aire con el aparato medidor basado en PC, no deberia haber problemas...

@ luisgrillo: Tiendo a pensar que tienes algún problema con el drive de los mosfets... Vas a tener que probar cambiar las resistencias de gate un poco. El amplificador, sin parlante conectado, no tiene que calentar nada de nada... Y eso tienes que conseguirlo variando las resistencias de gate de los mosfets (suponiendo que no hayas diseñado una placa propia, en cuyo caso el problema del calentamiento puede tranquilamente debere al diseño de la placa )

Saludos

 

[luisgrillo]

El impreso me quede con la placa original, las resistencias de Gate las tengo de 15 Ohms.

La frecuencia de oscilacion de el ampli esta bien? 250Khz.

Acavo de bobinar un nucleo que se usaba para un inversor 220Vca de 5kW, unos 30 amperes maximos en un nucleo de polvo de hierro, la medicion con el LCR me dio 29.3uH.

Antes lo usaba con un nucleo de polvo de hierro de las pc, pero ya dijiste que solo se banca unos 5 amperes.

 

[Tacatomon]

Yo creo que tienes las Rg´s muy bajas... Imaginate, yo las tengo del valor original y calienta un poquitin en reposo, es minimo.
Ahora, ese es un muy grande nucleo de polvo de hierro. Tratare de conseguir uno de ese tamaño.

Y pues, ya vere como le hago con la bobina, los retuerza o no ejej...

Una duda, cuando el amplificador no tiene parlante conectado arranca (oscila)???

|||

 

[luisgrillo]

Oc, subire entonces a unos 33 Ohms las R de los gate por que la verdad no vi que tubiera mucho deathtime como lo vi con el ampli UCD.

Si oscila, yo lo medi y si me da los +-70Vcc pico a pico a una frecuencia de 250Khz.

 

[ejtagle]

Si, @ luisgrillo... El núcleo va a ser al menos de ese tamaño ... Si pudieras probar medir la inductancia con corriente amplicada, mucho mejor...El tema de las resistencias de gate, realmente, 15 ohms me parece poco... Vas a ver que a medida que subas las resistencias, baja la temperatura de los mosfets, hasta que luego de cierto valor para arriba, vuelve a subir la temperatura...

Para tacatómon, sí, tal como dice luisgrillo, el ampli arranca aún sin parlante conectado... A veces, me ha pasado que no arrancase, pero eso no depende de que haya parlante o no... Simplemente, al aplicar una señal de audio, ahí es cuando arrancará

Saludos!

PD: Aún con núcleo de polvo de hierro, el bobinado trifilar o aún pentafilar es necesario... Lo que pasa es que al tener muchísimas menos vueltas, es mucho más fácil de hacer

 

[clemen]

Saludos para todos.
Maestro Ejetagle. Tengo el amplificador funcionando muy bien pero con inductores con nucleo de ferrita, y escuchando las bondades expuestas por ud sobre los inductores con nucleo de aire quiero utilizar estos. En la red consegui un programita para calcular los inductores esta en Ingles pero es sencillo de utilizar
Con el elabore dos inductores sobre un nucleo de 26mm de diametro, altura de la bobina 25mm, 4capas de alambreNo.15 (Diametro 1.450mm) dos hilos en paralelo para un total de 32 vueltas (ocho vueltas por capa). El sonido que se logra con estas bobinas es mucho mejor que con las bobinas con nucleo de ferrita, pero la temperatura en estos inductores (nucleo de aire) es muy alta. Aclaro que la temperatura es en el inductor porque los mosfets apenas se tibian.
con los datos que le acabo de dar ud considera que el inductor esta bien calculado ? Pues no tengo herramienta para medir la inductancia de las bobinas.
De ser positiva la respuesta puedo considerar el calentamiento del inductor como normal ?
Adjunto el archivo con el programa en zip
Quedo muy agradecido por su atencion.

 

[Tacatomon]

Compañero Clemen, yo ya considero ese calentamiento normal ya que no me he librado aún de el. Y pues es obvio, está filtrando componente de alta frecuencia.

Ahora lo que debes de probar es lo que menciona Ejtagle en este post https://www.forosdeelectronica.com/posts/226019/
Saludos!!!

 

[luisgrillo]

Yo no considero el calentamiento en la bobin como algo "normal".

Ya que si utilizas amperimetros para medir la corriente de entrada del amplificador veras que te consume mas corriente de la que te debe de consumir.

Yo hice varios experimentos con diferetes tipos de bobinas y nucleos en el amplificador UCD, y algunos de los resultados eran muy buenos, sin calentamiento en la bobina y en los transistorrs MOSFET.

Cuando se calienta la bobina es muy posible que se hallan pasado de inductancia y cuando se calientan los transistores les falto mas.

 

[silfredo jimenez]

muy buenas tardes compañeros del foro, he estado siguiendo dia a dia el foro y cada ves me he dado cuenta de algo nuevo. como que para poner a funcionara el amplificador con 2OHM hay que cambiar el valor de la bobina y del capacitor, tambien algo que me sucedío ami que la bobina se me calienta, y es por que seguramente la pasé de los 30uh..... ahora la duda que tengo es: ¿es conveniente dejar la bobina de 30UH tambien para la carga de 2OHM?, por que si se le cambia la bobina a 6UH no se le podría colocar carga de 8OHM o de 4OHM
les agradezco de antemano su colaboracion

 

[alejandrow999]

Agrego otra duda totalmente distinta a la de los dos compañeros:
En un libro leí que, para cancelar los efectos de los campos magnéticos producidos por un transformador (en baja frecuencia), podía ponerse cerca del mismo una espira en cortocircuito, y encerrar a ambos en una caja metálica conectada a masa. Entonces el campo magnético provocaba en la espira una tensión, con la consiguiente circulación de corriente, y así "cancelar" los campos magnéticos internos.
Mi pregunta es:
1-¿Sería buena idea colocar cerca de los inductores con nucleo de ferrita una espira en cortocircuito?
2-¿Y si el núcleo del inductor fuera de aire (lo recomendado por el autor)?
Gracias de antemano.

 

[Tacatomon]

Es normal que se levante un poco de temperatura en los cables de alimentación del amplificador??? Ahora son de calibre 16 del tipo acerado "Computer Grade" y son menos de 18 cm. Ustedes dirán, !!!Pues tu ampli consume muuuucho en reposo!!!

Pues NO, no consume mucho, la lampara serie que uso solo prende al ritmo de la musica!!!
El inductor de aire calienta unos 75°C, la placa del amplificador está tibia sin o con sonido a full.
La fuente conmutada que uso, pues, no se si prenda la lampara en reposo, pero la fuente lineal que tengo no lo hace, pero si calienta los cables en las 2 fuentes.

Alguna idea?

Se sigue escuchando de MARAVILLA!!!

Saludos

 

[ejtagle]

Bueno... Vamos a ir por orden...

@ tacatomon: Posiblemente, el calentamiento de los cables de alimentación sea por los picos de corriente y porque el ampli clase D algo de corriente de alta frecuencia toma de la fuente... Para 400W rms sobre 4 ohms, tendremos picos de 14 amper.. En forma conservativa, los cables tendrían que ser de 3.5mm²de sección, al menos (esto asume una densidad de corriente de 4amper por mm², los chinos usarían 8A/mm² con eventual riesgo de incendio, y para hacerlo BIEN, tendrían que ser 2A/mm², lo que te daría una sección de 7mm² para cada cable... El díametro del cable se calcula fácil a partir de la sección.
Por el tema de la corriente de alta frecuencia, se podría agregar a la placa, entre +V y masa, y entre -V y masa, más capacitores cerámicos... Pero realmente no creo que sea necesario. Los que ya tiene la placa son suficientes.

@alejandrow999: Si cancelas el campo magnético, anulas el inductor! -- Eso va a destruir el amplificador, y posiblemente tus parlantes... ¡ Ni soñar ! --- Lo único que podés hacer es desviar el campo magnético por algún lugar más conveniente... Eso es justamente lo que hace un núcleo de ferrite o de polvo de hierro: Confina el campo magnético dentro de él, evitando que salga afuera... Eso aumenta la inductancia y evita la interferencia magnética, pero tiene los problemas que ya puse unos cuantos posts más arriba.

@ silfredo jimenez: Ya alguna vez lo hablamos... Con cargas de 2 ohms, aunque el ampli no caliente y funcione adecuadamente, va a ser muy difícil que tu inductor no caliente un montón... Las pérdidas en calor en el cobre son proporcionales a la corriente elevada al cuadrado... Usar 2 ohms en vez de 4 ohms aumentará 4 veces la disipación en el inductor de salida... Y sí, aunque con 6uH ande óptimamente para cargas de 2 ohms, ya no es tan óptimo para cargas de 4 u 8 ohms, porque el inductor no es capaz de filtrar tan eficientemente la frecuencia de switching para 4 u 8 ohms... Enfin...

Tal como dice luisgrillo, demasiada inductancia provocará calentamiento excesivo del inductor, salvo que aumenten el grosor del cable del inductor... Demasiada poca inductancia genera poco filtrado de las frecuencias de switching, y calentamiento de los mosfets de salida... El valor que yo propuse era razonable, pero se puede jugar un poco con el valor del inductor y del capacitor de filtro... De hecho, el valor óptimo de inductor y capacitor de salida se puede calcular como:

C=1/(2*PI*f*R), L=R/(2*PI*f), donde C= capacidad del filtro de salida en faradios, L=inductancia del filtro de salida en Henrios, PI=3.1416, f=22000 hertz,R=resistencia del parlante en ohms.
Sin embargo, pueden variar un poco R... Por ejemplo, si van a usar el ampli con parlantes de 4 ohms, y de 8 ohms, hay que calcularlo para un valor intermedio (digamos 6 ohms... Realmente no resulta muy crítico que digamos.

El tema calentamiento del inductor de salida... Va a estar difícil de solucionar, salvo usando núcleo de ferrite, o de polvo de hierro... Simplemente un alambre largo, tendrá pérdida térmica dado que tiene resistencia relativamente alta dada su longitud. Usar núcleo reduce enormemente el largo del alambre, y con ello, las pérdidas de calor, pero el núcleo de ferrite o de polvo de hierro agrega algo de distorsión... Enfin, gustos son gustos

Saludos

 

[luisgrillo]

jejejej pobresito el que se embarque con este proyecto y no sepa a que se atiene, pero para eso estamos aqui, para apoyarnos y tratar de solucionar los problemas que tengamos.

Lastima que ahorita no puedo hacer mas pruebas por que no tengo mas ir2110 hehehe, en estos momentos estoy haciendole retoques a mi fuente switching pra optimizarla.

Algo que les podria ayudar:

En los toroides de polvo de hierro de las PC's, desde el mas chico al mas grande (solo los amarillos) despues de 15 vueltas tienes, por cada vuelta 7uH mas.

Asi que con 18 Vueltas tienes 30uH, con 16 tienes 16uH, con 20 tienes 44uH, con 22 58uH.

Yo llegue a bobinar el nucleo con 28 vueltas y tenia la inductancia de 98uH.

Espero que le oriente a por lomenos a uno jejeje

Saludos a todos.