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

[Tacatomon]

Gracias por responder, el voltaje de alimentacion es +-63v.

No dispongo de un rail de 12v desde la fuente, existirá alguna otra solución al problema de calentamiento?

Saludos

Calentamiento excesivo en la salida: Transistores falsos o bobina mal hecha. Más detalles de tu montaje.

Saludos!

 

[FBustos]

Alimentación: +-63v.
Bobina de 33uH, no calientan los mpsa, tampoco el ir2110 ni los irfp, lo único que calienta como para freir es el tip31. El resto del circuito funciona muy bien.

Y los componentes fueron comprados en una empresa bien calificada.

PD: como dije en un post anterior, al estar los irfp en el mismo disipador que tip31, se calientan a casi la misma temperatura que el tip (unos 80 grados o quizás más), por lo que me gustaría saber si eso es normal o hay alguna solución.

Muchas gracias por su atención.
Saludos

 

[Tacatomon]

No entiendo por que puede llegar a levantar tanta temp. el Transistor regulador... Intenta montar un MJE15030 o parecido. Si ya lo intentaste, algo al mal colocado en tu montaje o algún componente fálso anda solicitando demasiada corriente al pobre IR. En mi caso, el disipador se entibia después de minutos de uso a 55V.

 

[luis_e]

Hola a todos! Estuve leyendo este post y el ampli me parece genial! Aprendi mucho leyendolo! Felicitaciones a su autor, y a todas las personas que lo siguieron a lo largo del tema!
Ahora al grano! ja. Estube buscando informacion de como hacer la bobina del filtro de salida, no es para este ampli, pero es para otro clase D de eduardo tagle, es el que usa los transistores y no lleva el IR (esta en el foro psicofxp). La misma es de 16uH. Vi que marke20 armo una con un nucleo de fuente atx (106 y pico....), pero que le calentaba, lo que me deja la duda de porque lo hace. Creo que fue mas un problema de alambre que de saturacion de nucleo, no estoy seguro pero creo usaron un alambre fino, y creo que casi nadie tuvo en cuenta el efecto skin del alambre. Me parece que el problema de temperatura esta en el alambre y no en el nucleo. Aparte, si se fijan en una fuente de pc, tiene un solo toroide de salida, en el que estan bobinados los filtros para todas las salidas de voltaje, y si no me acuerdo mal (o no estoy confundido) las corrientes de salida que pasan por ese inductor son de 40A en 5V y 17A en 12V (en una fuente de 400w), ya se que estan "infladas" las corrientes, pero que sean al menos de un 25% real nos da unos 10A sin problemas con un nucleo de esos. Miré el link del choque que compro tacatamon, y tiene un par de milimetros mas en cada medida que los nucleos que saque de unas cuantas atx.... Creo que tienen un nuceo del mismo tamaño....
Buscando en micrometals, encontre un programita para calcular la inductancia segun el nucleo, con el nucleo ese (T106-26) me dice unas 16 vueltas de alambre para unos 10A de corriente, e incluso aparecen nucleos muchos mas chicos como aptos para la bobina esta (de 16uH). Este nucleo tiene un Al=93, y esas 16 vueltas me parecen razonables.
Tengo unos nucleos que compre en elemon, pero hay algo que no me convence... Tiene un Al de 5100, y me da unas dos vueltas de alambre... Creo que es muy poco...
En fin, queria exponer las dudas que me surgieron mientras leia todo, y tratar de resolver un poco las dudas con respecto a la bobina esta.
La semana que viene me llegan los componentes y voy a tener listas las placas para armar un par de amplis, cuando los tenga, les comento que tal las bobinas.

Ya que estoy, les dejo los datos para la bobina que necesitan, con el nucleo ese T106-26
Para los 30uH necesitan 25 vueltas de alambre. El nucleo tiene 27x14.5x11.1 (por las dudas si no tienen las medidas) y es de color amarillo-blanco. (aclaro que no se si funcionan! aun no pude probarlo! si alguien se anima a armarlas, que cuente como andan!)

Otra cosa, para el bobinado de los tranformadores de alta frecuencia, se escoje el diametro del alambre segun la frecuencia de trabajo, si tomamos como frecuencia maxima que va a pasar por el alambre como 22Khz, el alambre mas grueso que se puede usar es de 0.8mm y soporta una corriente de 1.5A, por lo que habria que poner 6 alambres de 0.8mm en paralelo para llegar a los 9A de corriente sin que lo afecte es efecto skin...
Les dejo el link donde esta la tabla de los alambres http://www.powerstream.com/Wire_Size.htm

Son mis opiniones con respecto al inductor, no se mucho, pero es lo que entiendo! Si hay algo mal, por favor diganlo para no cometer errores!

Saludos!!

 

[marke20]

sisi yo tenia ese inductor de una fuente atx, pero use un unico alambre de no mas de 1mm2 18 vueltas. Calculo que ese fue mi problema, deberia haber usado mas hilos, pero no tengo alambre aun.
Despues comentame como te fue con ese nucleo!

 

[ejtagle]

Bueno, sobre el tema del cálculo de inductores con núcleo de ferrite, o de polvo de hierro, mi opinión es la siguiente: La ferrita es la más adecuada para altas frecuencias, ya que tiene muchas menos pérdidas por corriente de foucault. Recuerden qe la ferrite es un montón de bolitas sinteradas (es decir, compactadas con altas temperaturas y altas presiones). Pero esos granitos son realmente microscópicos, y no se fusionan entre sí. Eso hace que los posibles caminos eléctricos dentro del material sean muy pequeños.
A cambio, suele soportar un flujo magnético máximo antes de la saturación relativamente pequeño en relación a un núcleo de polvo de hierro. Pero el polvo de hierro tiene muchas más pérdidas por corrientes de foucault...
Debido al tema de la saturación, los núcleos de ferrita suelen ser bastante más grandes que los equivalentes de polvo de hierro...
Los otros días sacaba las cuentas para un ampli de 200Wrms sobre 4 ohms, con un núcleo de ferrite de elemón, me da 2 vueltas para 24uH, 9A corriente pico, bobinado sobre un núcleo de 5 cm de diámetro externo ... Esto es para que se den una idea del tamaño que hace falta para esa corriente pico.
Los inductores de fuente de PC considero que no manejan más de 4 a 5 amper sin saturarse... El motivo es que en una fuente de PC, el núcleo se usa de transformador/regulador de tensión magnético.. por eso se pasan todas las corrientes por el mismo, tanto las de ida como las de vuelta. Eso hace que se compensen las corrientes, generando en reposo que no haya casi flujo magnético en el núcleo (salvo el de los desbalances de corriente). Cuando se usa uno de estos núcleos como inductor, bueno, cambian significativamente las condiciones de trabajo, y hay que tener cuidado que no se sature el mismo en ningún caso
Por supuesto, no me canso de decir que si el inductor de salida se satura, se comportará como un cortocircuito, generando que la alta frecuencia de conmutación pase directamente a los parlantes! , generando sobreconsumo en el amplificador, generando sobrecalentamiento en los mosfets... Y al no filtrar la componente de alta frecuencia del amplificador, pone en serio peligro los tweeters y genera ruidos de radio frecuencia que pueden interferir al mismo amplificador...

Saludos!

 

[MAGNETRON27]

Al final mi inductancia no sirve, se calentará la mitad que antes, pero se come potencia, no he tenido en cuenta el efecto skin,use alambre de 2,1mm, pero no es suficiente.

Medí el voltaje del IR2110 y me da 13,7 voltios, algo alto ese voltaje, la alimentación del LM311 es algo asimétrica, me da 2,65V positivos y 2,71V negativos, los 2n5401 se calientan bastante, no me agrada nada.

estoy convencido que esa bobina no es capaz de manejar ni 3 amperios, se queda corta por el efecto skin.

 

[luis_e]

marke20,
es alambre de 1mm de diametro o de seccion? Si es de diametro seguramente fue eso lo que hizo que se eleve la temperatura! y si es de esa seccion lo mismo! porque tienen casi el mismo diametro!

Voy a pobar a ver que pasa con esos nucleos de polvo de hierro, ni pierdo nada con hacerlo!

ejtagle, me podrias pasar el codigo de elemon de ese nucleo? Estoy por armar el ampli con esas mismas caracteristicas!
Otra cosa, la otra vez con el diseño de una fuente switching queria buscar los datos de los ferrites que tienen elemon, pero los datos que tenian eran insuficientes! Al menos el libro de guia me pedia otros datos mas. Busque en la pagina del fabricante de los nucleos, pero no habia mucha info... El fabricante de los que compre es cosmo ferrites ltd, no se si usas los mismos.
Y podrias poner como calcular la corriente maxima sin que saturen los nucleos? Asi cualquiera que pueda comprar esos nucleos los puede utilizar.
Yo tengo unos ferrites de 25x15x10, serviran para una corriente pico de 3.5A?? Estoy tramitando un pedido a elemon, asi que estaria bueno para encargar el que valla justo!

Ya para descartar, los toroides de polvo de hierro de las fuentes de pc no sirven??

Otra cosa, con el tema del efecto skin, para la eleccion del alambre, se deberia tomar la frecuencia maxima de audio (22kHz)? O la frecuencia de oscilacion del ampli? Hay mucha diferencia entre una y otra!

Saludos!

 

[marke20]

Yo tengo un par de dudas a ver si alguien me las sabe contestar!

1) Puedo hacer dos inductancias de alrededor de 60uH y ponerlas en paralelo para asi evitar llegar a la corriente de saturacion? Esto como para ver si rinde comprar núcleos mas chiquitos

2) (importante) Cuales son los limites inferior y superior "recomendados" en cuanto a la inductancia en uH para que el ampli trabaje correctamente?

3) El nucleo que mencionas ejtagle es este de 5 dolares? FE451816 - OD 58mm

4) Me sirve este núcleo para una corriente pico de 5A? FE4518152 - OD 36mm - CF195 T3615C T CORE
Es sensiblemente mas barato... Figura mas claramente en el catalogo que esta abajo

Catalogo Elemon

PD: el alambre que use es reutilizado del mismo nucleo atx jaja, esta todo doblado, un desastre.. pero hay que esperar a que me decida a ir y comprar alambre nuevo! Y si, eran de 1mm2 de area (medido a ojo)

 

[electroconico]

Esta es la bobina que uso , el capacitor es de 2uF.(dos de 1uF en paralelo)

La frecuencia de corte que obtengo es de 24KHz.

La señal de salida sale muy limpia,mucho mejor que con las otras bobinas que probe,PERO calienta demasiado,al poco tiempo debo pausar las pruebas en lo que se enfría.

El calentamiento se deberá al diametro del alambre ?

El diametro del alambre es de 1.6mm

La bobina tiene alrededor de 15 vueltas.

Descripción
TOROIDAL INDUCTOR, 22UH, 16.4A, 15%
Inductance:22µH
Inductance Tolerance:± 15%
DC Resistance Max:7000µohm
DC Current Rating:16.4A
Series:2300
Inductor Case Style:Radial Leaded
No. of Pins:2
Lead Spacing:14.224mm
RoHS Compliant: Yes​

• Si el problema fuera el diametro del alambre, bastaria con sustituir ese alambre por varios alambres de menor diametro en paralelo ??

 

[ejtagle]

Bueno... vamos por orden... Efectivamente, el núcleo es el FE4518162. El material de ese núcleo es el CF195. Elemón, en el catálogo impreso que tengo tiene los datos de ese material, pero en la versión web de los mismos parece que no. Atacheada la página del catálogo en cuestión (que también se puede ver en http://www.cosmoferrites.com/ )

Ahora, a las fórmulas de diseño. Trabajaremos con fórmulas simplificadas, para que no sea tan complicado:

Dada la inductancia deseada L expresada en H , la corriente máxima que pasará por el inductor I (en amperes, calculable aproximadamente como Vcc del amplificador sobre la resistencia del parlante), y con los datos del núcleo Al (expresado en H y el flujo máximo admisible en el MATERIAL expresado en Teslas, eligen un núcleo en el catálogo, con el que tendrán el Al del núcleo. Con ese dato, calcularemos la cantidad de vueltas que hacen falta como:

N = sqrt( L / Al ), donde N=Cantidad de vueltas, L=inductancia deseada en Henrios, Al=Factor de inductancia del núcleo, expresado en Henrios. sqrt(x) es la raiz cuadrada de x

Redondean N y aplicando la fórmula al revés, podrán obtener la inductancia real aproximada que obtendrán realmente. Acá, un error del 10% al 20% es perfectamente aceptable

Con la cantidad de vueltas redondeada al valor más conveniente (N), la corriente pico máxima expresada en Ampers que pasarán por el inductor (Imax) y la sección geométrica del núcleo (es decir, la superficie de la sección del núcleo, expresada en metros cuadrados) (Sfe), calcularemos la densidad de flujo máxima que tendremos en el material (Bmax) como:

Bmax = (Al * N * Imax) / Sfe

Ahora, sacamos de la tabla de características del material del núcleo el Bmax (es la inducción máxima que soporta el material, a veces llamada densidad de flujo de saturación) expresada en Tesla. Si el valor calculado arriba supera el valor máximo admisible, entonces el núcleo se saturará y deberemos elegir un núcleo más grande.

No es más complicado que eso, excepto por el tema de las unidades:
En los catálogos, Bmax suele estar expresado en mT (militeslas). Para usarlos en las fórmulas, deberemos transformarlo a Teslas, dividiendo por 1000.
En los catálogos, Al viene usualmente expresado en nH (nano henrios). Deberemos transformarlo a Henrios dividiendo por 1000000000 )
En los catálogos, las medidas de los núcleos suelen venir en mm. Deberemos transformalo a metros dividiendo por 1000.

Finalmente, en los catálogos el Bmax se suele dar a varias temperaturas. Es decir, mientras más caliente el núcleo, más fácil se satura. No es realista asumir 25 grados para el núcleo. Lo ideal es hacer las cuentas con Bmax para temperaturas un poco más altas... 50 grados, por ejemplo.

Finalmente, no se olviden que:
1000mm = 1m
1000mm² = 0.001m² (está elevada al cuadrado la unidad!)
1 H= 1000mH = 1000000uH = 1000000000nH

Saludos!

Ahora,

 

[marke20]

Muy claro como siempre Eduardo! Y sencillo por sobre todo, no es necesario ser electronico para poder hacerlo, muchas gracias!

 

[chacalpowers]

Una pequeña fe de erratas... Ésta se me pasó, perdón ops: :
Cuando digo que las mismas tensiones que se miden sobre R8 y R9 tienen que estar sobre las patas 12 y 10 del IR, significa que si sobre R8 hay 10v, entre -VCC y la pata 12 tiene que haber esa misma tensión. Y cuando digo que si sobre R8 hay 0 volts, significa que entre -VCC y la pata 10 del IR2110 tiene que haber esa misma tensión. Hay un pequeño error en el texto... Las tensiones sobre R8 y R9 son las correctas, pero hay un error en la tensión a medir entre -VCC y las patas 12 y 10. Ne equivoqué, puse que siempre había que medir 10v entre -VCC y ambas patas, pero no es cierto:
>Si sobre R8 hay 10v, entre la pata 12 y -VCC del IR tiene que haber la misma tensión.
>Si sobre R8 hay 0v, entre la pata 12 y -VCC del IR tiene que haber la misma tensión.
>Si sobre R9 hay 10v, entre la pata 10 y -VCC del IR tiene que haber la misma tensión.
>Si sobre R9 hay 0v, entre la pata 10 y -VCC del IR tiene que haber la misma tensión.

Espero que esta vez haya quedado claro... Realmente se me pasó !
Saludos

PD: Ha llegado a mis oidos la información que se están comercializando 2n5401 truchos que tienen las patas al revés... Por favor, midan los transistores antes de ponerlos en la placa... Y ni hablar si usan algún transistor sustituto... La gran mayoría de los tésters actuales tienen medidor de transistores... Si al medirlo obtienen una ganancia (Hfe) menor que 100, seguro que las patas están invertidas. Prueben intercambiar colector por emisor. La posición en que el transistor les dé mayor HFE es en la que las patas están conectadas correctamente al téster (es decir, la pata que está conectada al emisor en el zocalo del téster, es el verdadero emisor, la pata que está conectada a la base en el zócalo del téster es la verdadera base, y la pata que está conectada al colector en el zócalo del téster es el verdadero colector), y es en la posición en que tendría que ir puesto en el ampli.

Olá Sr. EJTAGLE

Meus cumprimentos pelo excelente projeto UCD que o senhor desenvolveu e que já foi construído com sucesso por muitos "hobbystas".

Infelizmente, eu não tive esse sucesso e já perdi muitos 2N5401 e IR2110 e FETs.

Somente agora li suas explicações abaixo:

Unir las patas 3 y la 4 del LM311.. Deberán medir que entre la pata 1 del LM311 y masa (punta positiva del téster en la pata 1), la tensión baja por debajo de -1 volt (debería dar -2.2v aprox, pero, mientras sea por debajo de -1v, todo está bien)....


Eu realizei esta medição mas aparece a tensão de -3.7 vdc e em R8 +8.9vdc.

Quando ligo as patas 3 e 8 do LM311 a tensão é de +1.3vdc e também +8.9vdc em R9.

Agora estou usando MPSA92 para Q1, Q2, Q3, Q4 e R3 é 150R no lugar de 120R.

Há problema com isso?

Com meu CD player ligado no UCD e uma caixa acústica o sonido é mucho distorcido, horrivel.

Na segunda vez que liguei (sem sinal de áudio) se perderam os FETs (IRF630) novamente mas sem danos aos MPSA e IR2110.

Se o senhor puder me ajudar um pouco mais, muchas gracias.

Sandro
Brazil

 

[pedro1958]

hola a todos ,

no entiendo tanto lio por el inductor , como bien explico ejtagle hay mucho que saber en cuanto a inductores , en fin para acortar este asunto , el filtro IDEAL es con nucleo de aire NO se satura nunca
es economico y es mas lineal que cualquiera de linea
aqui en realidad no importa tanto que el nucleo sea algo grande en relacion a los de ferrita que tantos mosfet se a freido por saturacion o variacion de carga .

les recomiendo usen con nucleo de aire eso si genera mas emi pero no tanto como para que moleste a los vecinos cuando menos en sus pruebas iniciales se aseguran que no dara problemas el inductor
vea aqui http://www.pronine.ca/multind.htm
en fin hay varios programas por la red para calcular vueltas y diametros uno de calibre awg # 12 con 33 vueltas en un diametro de una pulgada y una de alto les dara lo que necesitamos 22uH y soporta corrientes de 40 amperes con una resistencia en dc de .02 ohms
el mio anda de maravilla claro lo blinde con una cajita de acero puesta a masa
en este precioso y sencillo diseño de tagle y en cualquier class d EL FILTRO ES UNA PARTE MUY importante para que funcione bien ,

Por ejemplo, el valor medio de un ciclo de trabajo del 50% (ambos estados están presentes por exactamente la misma cantidad de tiempo) señal que va de +50 V a-50V es: 50 * 0,5 + (- 50) * 0.5 = 0volts El espectro de una señal PWM tiene un componente de baja frecuencia que se muestra una copia del espectro de señales de entrada, pero también contiene componentes de la frecuencia de conmutación (y sus armónicos) que deben ser eliminados con el fin de reconstruir la señal original de modulación. UN
filtro de paso bajo es necesario para lograrlo. Por lo general, un filtro LC pasivo se utiliza, porque no (casi) tiene pérdidas y la disipación es escasa o nula. Aunque siempre tiene que haber algunas pérdidas, en la práctica, estos son mínimos no sufran en sus primeros amplis usen inductor de nucleo de aire

saludos desde MEXICO

PD la razon de que se generen zumbidos molestos con dos amplis clase d juntos es la diferencia de conmutacion entre ellos esto es propio en amplis autooscilados . solucion sincronizar la frecuencia de conmutacion , estoy estudiando para ver si es posible en amplis UCD

 

[luis_e]

Era bastante simple de calcular al final! Ya determine los nucleos necesarios! Gracias ejtagle!
Con respecto a usar nucleos de ferrite, es por el campo disperso que generan (lei eso por ahi...) y si tenes mas de un ampli en el mismo gabinete te puede generar ruido. Ademas de que hay que separar las bobinas de la placa (al menos en el otro ampli era asi). Mi idea es hacerlo 5.1, lo que serian 6 bobinas dentro del mismo gabinete, y si no le meto nucleos de esos, no lo voy a poder hacer! Ojo, no se si con esto va a funcionar! ja. Pero bueno, hay que intentarlo....

La forma mas simple a veces no es la mas conveniente, y hay que complicarla un poco para que cumpla con nuestros requerimientos! Si seguimos la idea de hacerlo lo mas facil posible, me armo el ampli con lm1875 y se que no voy a tener problemas y que va a ser muy facil! Pero la idea no es esa! Es tratar de hacer todo lo mejor posible. Por eso tanto "lio" con el inductor!
Cuando tenga los componentes y el ampli voy a contar como salio todo! De mientras sigo al tanto del foro!

Saludos.

Ademas el calculo de inductores con nucleo de ferrite se puede aplicar a otras cosas, como en las fuentes switching! Asi que no esta demas el saber como se calculan!

Saludos!

 

[MAGNETRON27]

perdon por lo que puse antes, la verdad es que estaba muy enfadado.

Cambié el transformador y sigue el ripple, solo me queda comprobar los condensadores de la alimentación y el puente de diodos, me da que ahí está el problema y no en el UCD.

La inductancia volví a dejarla como estaba y ahora solo se entibia, pero el ripple sigue, ademas cuando dejo el trafo sin conectar al puente de diodos este deja de zumbar, está claro que el problema es de ahí.

Con respecto al voltaje de alimentacion del IR2110 no me gusta nada esos 14,5 voltios que medí hoy.
Al menos ahora el LM311 ya cuenta con una alimentacion simetrica, 2,65 voltios por rama, y no como antes con el otro trafo,que me daba mas voltaje positivo que negativo.Midiendo me daba 62,7 voltios positivos y 64 negativos, hay 1,7 voltios de diferencia, y cuando mido la suma de los 2 me da 128,4 voltios en vez de darme 126,7voltios.

 

[Ratmayor]

Cambié el transformador y sigue el ripple, solo me queda comprobar los condensadores de la alimentación y el puente de diodos, me da que ahí está el problema y no en el UCD.

No tienes manera de medir si la fuente es quien está generando el ripple o bien es una falla en el conexionado en la entrada del amplificador?

 

[pedro1958]

luis.e

te entiendo que quieras aprender se entiende que no sabes , adelante aqui lo importante es que felizmente puedes realizar tu proyecto con el mejor inductor el de nucleo de aire , hay gente que no consigue ferritas adecuadas , y a tronar mosfets por eso digo en tu arranque usa el inductor con nucleo de aire , si felizmente funciona ponle uno de linea , mencionaste micrometals el modelo es T106-2
T130-2 el primer numero es basicamente el tamaño y el segundo es el tipo de material el 2 ampliamente usado en amplificadores class T de tripath ( espero los conozcas ) o de plano si como dices consigues todo esta este http://www.sagami-elec.co.jp/file/7g31a.pdf que de plano aguanta casi todo
y tranquilo EN tierra de ciegos el tuerto es rey

saludos desde MEXICO

 

[Fogonazo]

No tienes manera de medir si la fuente es quien está generando el ripple o bien es una falla en el conexionado en la entrada del amplificador?

Si la hay, mira por aquí, casi al final del comentario

https://www.forosdeelectronica.com/f31/algunas-pautas-diseno-fuentes-alimentacion-audio-17791/

 

[electroconico]

Podría bajar la temperatura de los mpsa92 bajando la corriente que entregan ??

R3=120Ω
Esto es E/R ; I= 0.65v / 120Ω = 5.41mA
Los 0.65v es voltaje del transistor.

R8,R9 ; R= E/I ; 12v/5.41 = 2.2KΩ .

Así esta con los valores originales.

Aumentaria el tiempo de subida y bajada en el par diferencial de 0-12v y 12-0v cierto ?
Esto cambia unos cuantos nanosegundos.Que no afectaría demasiado ya que el tiempo minimo de conmutación es de 8.3µs @120KHz.

Osea se sumaria a los 8.3µs aproximadamente, suponiendo una perdida de velocidad de 300ns.

Serían 8.6us , por lo tanto 116KHz aproximadamente.

Con R3 = 220Ω

I = 0.65v/220Ω = 3mA

Para tener en Hin y Lin min. 12v

R8-9 = 12v/3mA = 4kΩ

¿ Cómo ven este ajuste ?

Saludos!