ШИМ трекер для усилителя мощности

[Igor]

Схему Ямахи Р серии или ХР выкладывать не буду - в свободном доступе все есть. Интересная концепция. Подобную внедрил Парк в усилителях GS линейки.
Но что мне не нравится - низкая частота, и в итоге больше искажений на ВЧ частотах от трекеров ( Поэтому парк применил токовые буфера, которые подключают ВК к соответствующему плечу, тем самым переведя усилитель в АВ класс по одном плечу, и снижение нелинейных искажений, котрые мог создать ШИМ трекер. Работают токовые буфера на высоких только частотах.)
Но это все начало данной схемотехники.

Хорошо продвинулись тут Лабы, запатентовав класс TD. Но по сути ничем по своей работе (и тексту патента) не отличается от ранее созданной технологией ямахи EEEngine. Хотя они в FP 3400 и 6400 применили довольно таки оригинальную схемотехнику (генератор, что вырабатывает пилообразное напряжение и двухполярное с частотой 614 кГц). Но сок не в самом генераторе, а в ШИМ контроллерах, которые созданы с ОУ и компаратора для каждого плеча. Вот у их оригинальность. При состоянии покоя усилителя поддерживают напряжения питания ВК на уровне +-16В, и когда подаем на вход сигнал, то тогда уже все синхронно подымается по питанию на выходных каскадах по очереди, повторяя форму синусоиды, или иного сигнала.
Такое применялось только в FP серии, конкретно 3400 и 6400 модель. У FP+ пошли изменения не только внешнего вида, добавление линка, для коннекта с компьютером для контроля усилителя, а и был немного усовершенствован их обратноход (БП) и вот шим трекера они упростили.
По сравнению с FP3400 и 6400, то заметно упростили, отказавшись от генератора в 614 кГц и применили самотактирующие модули, которые выполнены по функционалу аналогично ШИМ контроллеру, но уже с набора транзисторов с обвязкой. За счет нескольких обратных всязей с выхода шим трекера модуль самозаводится на нужную частоту. Она существенно ниже, чем 614 кГц, но все равно в 2-3 раза выше, чем у шим трекера ямахи Р серии или ХР.
Собственно данная схемотехника китайцами была удачно скопирована. И сейчас копий на подобии лаба, или даже по комноновке модулей - очень много.
Поэтому, имея некий интерес в усилителестроении есть желание опробовать данное решение. Но копировать под лаб не интересно особенно новые линейки, или если под старые, то те сложные. А ямаха не совершенная.

То решил запилить на базе шим контроллера UC3843. В чем его плюс? Стабильная частота и естественно завод будет 100%. Это по увереннее должно быть в работе, чем автогенераторный ШИМ трекер от лаба.
Можно добавить токовую защиту - по вкусу.
Нормальное управление выходными ключами - за счет четкого переключения уровней на выходе.
Но стабильная частота от ШИМа показалась для меня наиболее решающим фактором.
Я задавал частоту осцилятора в 110 кГц примерно. Но при работе ШИМа на малый сигнал - будет сужаться скважность импульсов.

Вот фотки подобного творения для верхнего плеча:
Красная линия - сигнал на выходе усилителя. Синяя - линия питания выходного каскада верхнего плеча.
Я бы и нижнего создал, но будут проблемы с микрокапом для работы двух ШИМмов 3843 без нормальной земли. Это для обеих плеч. Но на данном этапе получилось

Но схему увы - пока не выкладываю)))

[Igor]

Не покидает все же тема с TD классом. ШИМ трекер в разработках. Короче для простоты и ясности запилил на транзисторах. Вроде работает. Напрягает, что пульсаций по выходам многовато.
+/-Vrail - питание трекера.
+/-Out - подаются на коллекторы (выход по схеме ОК) выходных транзисторов соответственно по питающим линиям.
Out Amp - выход усилителя. Так как между питанием коллекторов выходных транзисторов и эммитерами зашита разница потенциалов в 15В, того и эта схема трекера работает за счет подтяжки и тем самым подгоняя уровень напряжения на коллекторах выходников на 15В выше, чем на самом выходе усилителя.
Питание трекера +-200В в данном варианте. С учетом просадок на дроссель и открытий ключ +-170В можно снимать по выходным плечам успешно.
Но надо дорабатывать. И было бы по проще, чем на UC3843. Хотя бы, чтобы в микрокапе его прикручивать уже к аналоговому усилителю...

[Igor]

Но надо дорабатывать.

Поюзав схему ШИМт рекера на 3843 и предыдущую, понял, что не то пальто. Сильно много пульсаций на выходе, которые подрывают входную часть усилка на подвозбуд.
Взял тогда я и нашел на просторах инета схему лаба, когда бы не оригинал ФП 13000 - именно схема с дополнением схемы ШИМ модулей (маленькие платки, что стоят веритикально. Они для плеч имеют разные по проводимости транзисторы. Замовозбуждающие. Орентировочная, рабочая частота одного трекера - 60 кГц. Ну и и по плечам оба трекеры полностью не зависимы.
Для простоты самой схемы оптодрайвер с раскачкой и питанием заменены ключом, отмеченный красным.
In - это выход усилителя.
Out - это плече питания, плюсовое для данного случая, самого, выходного каскада.
Vrail +/- питание самого трекера.
Как бы номиналы пока рано предлагать
Но для минуса именно сама эта тактирующая плата будет иметь другие по полярности транзисторы и диоды развернуты со стабом. Светодиод оптодрайвера наоборот включается.
Он на примере схемы модуля ФП 10000 - можно глянуть сами трекеры по коннекту.
Следующая схема - это как раз тот темный квадрат с надписями PWM и компараторами с фидбеками.

Ну и теперь графики работы. Нужно было поподгонять номиналы ООС для нормального возбуда.

Смотрим на PWM 1 - красная линия - это и есть линия питания ВК. Ну как бы намного лучше, что раньше было. Тут именно сама работа ШИМ модуля таковая. Пульсации не более 0.5В и это не далекий минимум.
PWM 2 - ну вот красная - это то, что творится после ключа и перед дросселем. Ну есть схожесть с тем, что выкладывал раньше. Только частота по более. Собственно такого рода сигнал нельзя на ВК аналогового подавать. Очень много искажений и подвозбуды. Как по первому рисунку - очень отлично.

Ну и PWM 3 - видно, как работает трекер на отсутствие сигнала по входу - поддерживает минимальный порог, и в данной настройке на плече ВК около 10В при питании +150В.

Так что можно расти в этом направлении. Трекер немножко есть, что доработать. То есть у него слабые места - как частотку поднять и чтобы еще не срывался с генерации при отсутствии сигнала.

[Igor]

Теперь сегодня решил все же поднять в микрокапе схему работы трекера ямахи. Именно технология EEEngine, что ямаха придумала немножко раньше лаба с TD классом.
Удалось. Взал за основу ХР 5000, только для нижнего плеча взял транзисторы другого перехода, для симметрии
Понравилось и оригинально по своему.
Во первых - проще схемотехнически. Хотя на более высоком напряжении пока работа не алле. Скорее всего, что полевики IRFPP240/IRFP9240 не стабильно ведут себя на более высоком напряжении.
Но пульсации ниже. ШИМ почти идеальный для питания ВК получается даже против лабовской схемы. Он кусок выходного напряжения взял для рисунка EEEngine - где пульсации показал и длительность.
Единственное - поиграться с частотой (хотя если я правильно с приставками играюсь, то 166 кГц частота трекера выходит. Одного!). Но тут есть несколько место для доработки. Но так в целом тоже такой концепт рабочий

Кстати случайно на ютубе так, разные усилители смотрел и это попалось https://www.youtube.com/watch?v=hCotB-IRGjk
Тут я вспомнил ямаховскую схему целиком и решил повторить (хотя бы в проге). Ведь тоже так смотрю, что эта именно схемотехника тоже не малым спросом пользуется и даже не только в любительских масштабах, а и мелкого производства.

[Igor]

Короче немного переделал ямаховский трекер на биполярные тошибы. Можно их гнать в ключевом режиме. Причем на 60-80 кГц потери на коммутации не дикие выходят.
Полевики по туже на фронтах себя показали.

Короче в данный проект загнал питание +-150В
Все выставил. Ток покоя не большой.
Схема большая и еще не перебросил в другую прогу, так как надо в ручную делать.
Но выглядит полностью на первому рисунку.
Прикольно в целом скажу

На втором рисунку на вход подано 5 вольт амплитудного. Это близко к клипу. Если судить по TDP на выходном резисторе, то среднеквадратическая мощность получается ровно 3 кВт на импеданс 3.4 ома. Я так и рассчитывал.
TDP с одного выходника можно видеть - 85 Вт.
Генерация с самого трекера немного давится на самом максимуме. Но на транзисторах трекеров тоже по 85 Вт рассеивалось. Ну как бы на полный максимум открытие - того так. Но это не страшно. После некого спада генерация опять идет.
Видно, что минимальное напряжение на коллекторах выходников поддерживается в районе 7 вольт (устанавливал стабилитронами)
Такое же напряжение поддерживается и в простое усилителя. Его хватает для полного удаления ступеньки с выходного каскада (еще бы - ведь ток покоя я то установил же!)

По четвертому рисунку подал 2.5 в амплитудного на вход.
Вот тут вся суть этой темы - TDP под 32 Вт с транзистора. Если его в АВ перевести класс (убрать трекеры) - ну тогда 255 Вт с транзистора будет стабильно.
Биполярные транзисторы трекера на таких уровнях стабильно в ключевом режиме работают. Поэтому если там на период обработки окна были броски TDP до 200 Вт - то это с длительностью около 7-10 мкс. За такой промежуток и с учетом, что коэффициент заполнения ниже - то транзистор все равно больше времени будет охлаждаться, чем греться.
Возвращаясь ко второму рисунку касательно биполярников самого трекера там коэффициент заполнения был на пике 100%.

Наиболее влиятельный и показательный TDP именно на выходниках УНЧ. Он существенно ниже. На КЗ стиммулятор еще ниже тепловыделение показывает. Но тут и + токовой защиты (резисторы от плеч питания - задают смещения для транзисторов токовой защиты) Именно на сверхнизких сопротивлениях нагрузки они за счет стабильного смещения быстрее открываются и чувствительность выше выходит. Не более 65 Вт с транзистора выходило на 0.4 ома и при подаче же на вход все тех же 5 вольт.

Короче тему надо еще продумать. Кстати раскачка от ланзара сдружилась. Немного задавил полосу пропускания и быстродействие на частотах выше 25 кГц. Так он не генерит от трекеров и сама по себе полоса пропускания по АЧХ и фазе гладкая выходит.

Но в целом после такой работы уже можно думать про перенос на железо.
Я вот думаю, что вот под такую схемотехнику длины и площади парковских усилителей в линейке V4 или CF - хватило бы уже гонять на 50 гц синусе на 3.4 ома без термала.

[Igor]

Есть идея, попробовать.

Д класс кое как осилил и запустил.
Свою схемотехнику имею ввиду.

Тут ТД класс. Что-то похоже на Н, только коммутаторы заменены на ШИМ-трекеры. По сути это однотактный, Д класс.

Тут уровень сложности по выше, так как есть аналоговая часть и больше активных деталей.

Все веду к тому, что по КПД выиграша не получаю, против многоэтажника, но получаю меньшее тепловыделение ВК. Собственно есть возможность приблизить качество звука к аналогу, особенно по ВЧ, где у Д класс есть маленько проблемы. Ну и снять выходную мощу, как в Д класса.

В ТД класса нету существенной проблеммы с фоном и звоном на подобии, что есть в усилках Д класса. Не, некоторые фоны будут, но они будут не тех амплитуд, как в Д класса, что предъявит высокие требования к экранированию в последних.

Парк готовый купить - пока не принимается

[ВаСыль]

Как обстоят дела?

[Igor]

Схема готова. Нету времени за печатку взяться. Хочется такую, чтобы по уму сразу было и можно куда-нибуть было бы ее пристроить...

[Igor]

За недорого платы продают для рекона, то есть восстановления готового усилка, если вдруг, внезапно навернулась. Полность совмещается и в оригинальные аппараты, так как схема одна и та же.
Саму схемотехнику платы выложил в 3 посте.
Но там нету схемы ШИМ-трекеров.
А она мне ну очень нужна
https://ru.aliexpress.com/item/FP100...d-783186310895

Фотки самой платы прилагаю.
Мож кто-то строил подобный и срисовал схему??)

[vdii]

https://www.facebook.com/groups/780610258791118
Может тема еще актуальна. Igor зайдите сюда, можно и спросить, должны помочь.