Duvida sobre Amplificador classe D

mroberto98 · 26 de julho de 2013

Observando os amplificadores classe AB... Eles tem muita facilidade em oscilar em altas frequencias por motivos de atraso dos componentes e pela realimentaçao ser bem precisa... Qualquer atraso na saida minimo que seja a realimentaçao ja atua e ai o circuuto todo perde estabilidade...

os transistores de entrada sao bem mais rapidos que os de saida por estarem trabalhando em outra configuração e com sinal de baixo nivel...

Mas contudo trabalham bem ate a faixa audivel e ate mais un pouco dos 20khz...

Estou pensando em fazer um classe D e ai vem algumas duvidas sobre os componentes..

penso em deixar ele trabalhando com 500khz no oscilador local para ter boa fidelidade...

Ai complica: os transistores de saida e driver trabalharam com sinal de alto nivel e de 500khz.. Os de saida sendo mosfet ou bipolar terao o atraso certo?

os bipolares sao mais rapidos que os mosfets certo?

O circuito ja esta bem pensado, sera pego uma amostra do que esta acontecendo na saida (depois do filtro lpf) e vai para a realimentaçao, indo para o circuito que compara esse sinal de saida com o sinal de entrada gerando um sinal dessa comparaçao que ira para o outrl circuito comparador, este compara o sinal do oscilador (dente de serra ou triangular) com esse sinal que vem do outro circuito comparador e assim mudando a largura dos pulsos conforme tem de ser para manter o sinal depois do filtrp igual ao sinal que entrou...

Esse pwm ira para o driver e depois para os transistores de saida...

A duvida e se algum atraso poderá causar instabilidade no circuito ou os circuitos classe D funcionam de forma bem diferente desse que eu pensei?

Ou tem algum jeito de fazer com q a realimentaçao seja de forma suave, tirar um pouco da precisao dela? (deixar ela com um pouco de folga)...

e como uma fonte chaveada do tipo buck, mas nao e fixa a tensão de saida, sera referentr o sinal de entrada...

Se for melhor, posso fazer com frequencia do oscilador variavel tambem... Para graves frequencia mais baixa de pwm, e agudos sera frequencia maxima do oscilador...

Mas sera um circuito simples..

O motivo da preocupaçao e porque ele trabalhara com 500khz, nao e os 20khz igual o classe ab...

albert_emule · 26 de julho de 2013

Observando os amplificadores classe AB... Eles tem muita facilidade em oscilar em altas frequencias por motivos de atraso dos componentes e pela realimentaçao ser bem precisa... Qualquer atraso na saida minimo que seja a realimentaçao ja atua e ai o circuuto todo perde estabilidade...

os transistores de entrada sao bem mais rapidos que os de saida por estarem trabalhando em outra configuração e com sinal de baixo nivel...

Mas contudo trabalham bem ate a faixa audivel e ate mais un pouco dos 20khz...

Estou pensando em fazer um classe D e ai vem algumas duvidas sobre os componentes..

Dizem que uma imagem vale mais que mil palavras, então segue imagens de algumas simulações que fiz no software LTspice:

Em azul sinal antes do indutor. Em verde sinal depois do indutor:

https://fbcdn-sphotos-h-a.akamaihd.net/hphotos-ak-ash4/487484_227600900701224_1957451300_n.jpg

Em azul sinal depois do indutor.

Em verde e vermelho, sinal nos gates dos mosfets:

https://fbcdn-sphotos-h-a.akamaihd.net/hphotos-ak-ash4/301114_227602614034386_980919690_n.jpg

Esquema que foi simulado no LTspice.

https://fbcdn-sphotos-b-a.akamaihd.net/hphotos-ak-prn1/564419_227600387367942_649062692_n.jpg

Este foi inspirado no projeto da philips, contudo o da philips é todo transistorizado. Os comparadores de tensão são transistorizados e os drivers de mosfet também são transistorizados, veja:

http://www.nxp.com/documents/user_manual/UM10155.pdf

Já o que foi simulado usa um CI comparador de tensão que pode ser o LM393.

penso em deixar ele trabalhando com 500khz no oscilador local para ter boa fidelidade...

Deixar oscilador constantemente numa freqüência tão alta, pode levar a uma perda de comutação elevada. Faça um amplificador auto-oscilante assim como este da Philips que lhe apresentei. Os gringos chamam esta topologia de UCD, não me pergunte porque.

Neste circuito a freqüência de chaveamento não é fixa, varia conforme a freqüência do áudio que entra. Pode oscilar desde menos de 200Khz até mais de 350Khz. Por ser auto-oscilante o circuito é simples e se auto regula em muitos parâmetros. Depois que lançaram o da Philips, um fabricante lançou um CI com a mesma topologia, porém com muitas proteções e melhoramentos, em fim, tudo que um CI pode oferecer. Mas continua funcionando internamente do mesmo jeito, veja:

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irs2092.pdf

Este é uma boa opção para você.

Ai complica: os transistores de saida e driver trabalharam com sinal de alto nivel e de 500khz.. Os de saida sendo mosfet ou bipolar terao o atraso certo?

Não significativamente. Este problemas nos classe AB é devido o sinal ser transferidos por capacitores e resistores no caminho do sinal. Como você já deve saber, um capacitor defasa a onda senoidal da corrente em relação a onda senoidal da tensão. Daí pode surgir mesmo oscilações. Já os os Classe D trabalham com pulsos 1 e 0 que apenas são amplificados em potência e mandados para os estágio de saída.

Estes pulsos precisam de atrasos entre a condução de um mosfet e o deligamento do outro, para que não ocorra condução simultânea, que levaria a curto-circuito ou mesmo superaquecimento. Isto é chamado de tempo morto.

É feito propositalmente.

os bipolares sao mais rapidos que os mosfets certo?

Errado. Mosfets são mais rápidos, veja:

http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/almanaque/193-comparacao-entre-mosfets-de-potencia-e-transistores-bipolares-de-potencia.html

O circuito ja esta bem pensado, sera pego uma amostra do que esta acontecendo na saida (depois do filtro lpf) e vai para a realimentaçao, indo para o circuito que compara esse sinal de saida com o sinal de entrada gerando um sinal dessa comparaçao que ira para o outrl circuito comparador, este compara o sinal do oscilador (dente de serra ou triangular) com esse sinal que vem do outro circuito comparador e assim mudando a largura dos pulsos conforme tem de ser para manter o sinal depois do filtrp igual ao sinal que entrou...

Esse pwm ira para o driver e depois para os transistores de saida...

A duvida e se algum atraso poderá causar instabilidade no circuito ou os circuitos classe D funcionam de forma bem diferente desse que eu pensei?

Como já disse, geralmente é gerado propositalmente um atraso entra a condução de um mosfet e o desligamento o outro, evitando a condução simultânea. Este atraso clama-se tempo morto. Funciona de forma bem diferente do AB. O próprio indutor de saída fornece atrasos aos pulsos.

Ou tem algum jeito de fazer com q a realimentaçao seja de forma suave, tirar um pouco da precisao dela? (deixar ela com um pouco de folga)...

Você se refere a atrasos entre sinal que entra e que sai. Isso vai existir mesmo, até porque existe um indutor na saída que causará estes atrasos, mas acredito que não dará problemas como estes dos lasses AB. Mesmo que haja atrasos entre sinal que entra e que sai, a realimentação trabalhará em cima do PWM, diminuindo ou aumentado a largura dos pulsos de forma a corrigir alguma possível distorção no áudio de saída. O PWM devido a sua freqüência, ele muda de largura muito rapidamente. Na verdade pulso a pulso. Se o comparador recebe nova referência de tensão, o próximo pulso já é emitido com largura diferente, então a 500 Khz seria 1 segundo dividido por 500 mil, vai precisar de apenas 0.000002 segundos para que os pulsos respondam, corrigindo algum erro na saída.

Por causa dos pulsos e do indutor de filtro de saída que oferecem atrasos à estes pulos, a onda senoidal de saída sempre terá estas ondulações na saída:

https://fbcdn-sphotos-h-a.akamaihd.net/hphotos-ak-ash4/487484_227600900701224_1957451300_n.jpg

É por isso que algumas pessoas que são mais tradicionais em áudio, odeiam amplificadores classe D.

e como uma fonte chaveada do tipo buck, mas nao e fixa a tensão de saida, sera referentr o sinal de entrada...

Se for melhor, posso fazer com frequencia do oscilador variavel tambem... Para graves frequencia mais baixa de pwm, e agudos sera frequencia maxima do oscilador...

Use CI IRS2092 ele já é todo automático, projetado para conduzir um par de mosfets com capacidade para 500 watts contínuos. e todo o sistema está dentro de um minusculo chip que evita ruídos.

Mas sera um circuito simples..

O motivo da preocupaçao e porque ele trabalhara com 500khz, nao e os 20khz igual o classe ab...

mroberto98 · 26 de julho de 2013

Para ser mais rápido, analisei o circuito da philips transistorizado por ser mais simples que o com ci e mais rápido na análise...

Pelo que vi, os mosfet estão configurados de forma a nunca estarem em media polarização e sim sempre saturados, um saturado e outro cortado...

o circuito que estão polarizando eles garante a saturação ou corte sem haver "media" polarização...

o 1 estágio é semelhante ao estagio do classe AB... notei tambem que são transistores bf de alta velocidade, o que na saida haverá o sinal senoidal (depois do filtro) qualquer erro háverá a alta oscilação nesses transistres do primeiro estágio (que estão configurado em amplificador diferencial) essa oscilação será conforme a frequencia do sinal que entra no outro transistor... assim em conjunto com o circuito que dispara os mosfets (que forçara sempre a saturação e corte do outro) já haverá a auto oscilação...

seria isso? ou não é assim que funciona a auto oscilação?

o que seriam os pinos: j5, j6, j8, j9? dois deles será a fonte? e qual é valor da fonte?

aphawk · 26 de julho de 2013

Mroberto98,

Eu tava querendo montar um novo amplificador, e passei 3 meses lendo em tudo o que é Fórum sobre os classe D. Todo mundo tentou, tentou, e se renderam à solução da IRF !

Tem algo que vai te fazer esquecer esse caminho que você tá tomando :

IRS2092 !

Olhe isto aqui :

http://www.inductor.com/irf/iraudamp7s.pdf

E nem precisa se preocupar com as peças, você pode comprar um kit com tudo prontinho no Ebay.

Eu comprei um Stéreo montado da Sure Electronics de 250W Rms por canal, dois montados mono genéricos de 700W Rms, e dois kits para montagem mono completos de 250W Rms, todos usando o IRS2092, e não me arrependí de nenhum deles! Trabalham gelados, sem oscilar, rendimento mínimo acima de 90% na potência máxima, e 95% em potências menores !

Todos possuem um som maravilhoso, o da Sure tem mais qualidade de montagem, mas o resultado acústico é práticamente igual. E não precisa fazer nenhum ajuste, basta montar e ligar !

O melhor de tudo é o custo : o kit de montagem sai por menos de US$ 30 cada canal !

Bipolar aqui só serve para fazer o circuito de proteção de saída, isso se você quiser utilizar. Eu preferí comprar alguns conjuntos prontinhos de proteção , montados, com os relés e tudo, pelo Ebay mesmo.

O segredo são os indutores.... tem gente que vende aqui no Mercado Livre uma cópia desses amplificadores, mas com um indutor enrolado a mão, simples, e fica ruim, a saída esquenta pacas, o som não tem a mesma pureza, enfim, tem de conseguir esses indutores especiais caso você queira montar por sua própria conta....

A IRF recomenda o uso de D-Mosfets, ou alguns Mosfets desenvolvidos especialmente para uso com o IRS2092 em amplificadores de áudio.

Paulo

mroberto98 · 26 de julho de 2013

Paulo,

Agradeço a atenção, o circuito parece ser bom mesmo, mas minha intenção mesmo é entender mais o funcionamento do circuito classe D, eu ja sei toda a teoria do funcionamento mas para projeto ainda faltam algumas informações técnicas sabe...

Um circuito com integrados tem muitas coisas que o transistorizado não tem, Proteções entre outras coisas... mas prefiro começar desde o completamente transistorizado (que é infinitamente mais simples de ser analisado pois é mais objetivo e menos peças...) o Integrado tem muito mais coisas que o circuito transistorizado por ter mais funções que o transistorizado...

Mas agradeço a ajuda, pois acho até que vou comprar um desse já feito só para curtir uma musica mesmo...

O problema é que eu nunca fiquei de fazer coisas com integrados e tambem nunca estudei eles... sempre fiz coisas com componentes discretos, o problema disso é que não conheço quase nada de integrados e ai teria que ir no datashet ver toda a diagramação interna dele... E as vezes é meio ruim para entender até mesmo com o diagrama do ci, pois muitas vezes é em blocos.. da pra saber o geral do funcionamento mas não a parte técnica a fundo de cada bloco entende...

Enquanto a oscilação que poderia ocorrer, ja entendi que não há como ela ocorrer pelo motivo: o pwm que sai do comparador sempre será na frequencia do oscilador, não importa qual será a tensão de referença que vira da realimentção, por exemplo, se essa tensão tender a oscilar, vamos supor que ela suba no maximo.. gerara um pwm com larguras mais largas a fim de fazer a tensão na saida do indutor subir (corrigir), mas se subir mais do que deve isso sera realimentado e mesmo que o circuito da realimentação cause a queda brusca na tensão de referença para o comparador deixando as larguras minimas a fim de abaixar a saida e não havera a oscilação...(tera aquela pequena ondulação como na foto que o Albert postou!)

Essa duvida foi esclarecida mas a outra e no caso da auto oscilação do circuto com tecnologia UCD como esse da philips.. essa auto oscilação que não entendi muito bem..

albert_emule · 26 de julho de 2013

Quanto aos estágios de entrada do projeto da philips, aqueles transistores nada mais são do que um comparador de tensão discreto, com transistores.

O mesmo comparador discreto pode ser substituído por CI comparador de alta velocidade, como o CI LM311 por exemplo.

Segue um projeto de 1250 watts com o LM311a que na verdade funciona igual ao da philips:

http://img20.imageshack.us/img20/2345/vtj4.png

Não estranhe que o sinal de saída esteja sendo retirado do terminal GND. Está correto deste jeito também.

Neste caso é aproveitado a queda de tensão que o resistor R11 dá.

Diz o engenheiro que projetou, que assim a resposta de chaveamento do LM311 fica ainda mais rápida.

Segue um outro esquema que por utilizar mosfets de canal P e de canal N, o driver de acionamento foi simplificado, pois o mesmo sinal que faz um transistor saturar, faz o outro cortar.

http://img404.imageshack.us/img404/297/classdamplifier1.jpg

Este é o conceito básico do amplificador UCD:

http://www.sensibleaudio.dk/Micro-d/WWW/Micro-1.gif

Seguem explicações: http://www.sensibleaudio.dk/Micro-d/WWW/Micro-d.htm

Com relação a auto-oscilação, ela está naquela ondulação da onda.

Você já deve saber que para gerar um PWM, basta injetar em uma das entradas do comparador, uma onda triangular. Na outra entrada do comparador pode ser o sinal de áudio por exemplo.

O amplificador dispensa oscilador triangular, pois ele já executa duas tarefas numa só realimentação:

O sinal que é pego da saída do amplificador está realimentado na entrada do comparador, de forma que realmente faz oscilar.

Contudo, cada pulso que é disparado em cima do indutor de saída, causa uma pequena ondulação;

Um pico e um vale. Este é realimentado por um filtro formador de um capacitor de alto valor e um resistor em paralelo com este capacitor. Ao injetar o áudio na outra entrada, ele põe-se a oscilar, e as próprias ondulasões que ficam em cima de cada senoide, servem como onda triangular, desempenhando a mesma função.

Da comparação daquelas ondulações com o áudio, sai o PWM.

Na mesma realimentação que captura as ondulações para usa-las como onda triangular, também é feira a realimentação que corrige distorções do áudio.

E a coisa toda funciona de tal maneira que quem comanda a freqüência de oscilação é o próprio áudio que entra.

Então esta é variável.

MOR_AL · 26 de julho de 2013

albert_emule!

Dei uma olhada no circuito que você mostrou e tenho três dúvidas, que agradeceria se você as tirasse.

1 - Quais são as tensões que alimentam o LM393 na sua simulação? +12V e -12V?

2 - Quando o sinal de áudio estiver passando por um máximo, ou mínimo, qual é o menor semi-período de comutação nos MOSFETs? Notei que as formas de onda nos gates possuem tempo de subida em um deles e de descida em outro, um pouco lentos. Talvez com o LM311 e um resistor R10 com menor valor melhorasse um pouco.

3 - Você escolheu o filtro LC na saída para os falantes com polos em aprox. 30kHz para não influenciar o sinal de áudio e atenuar bem o sinal da comutação ?

[]'s

MOR_AL

mroberto98 · 26 de julho de 2013

Muito simples! Acho que agora entendi... O atraso provocado no proprio indutor ou alguma distorçao da senoidr na saida, sera aproveitado para a auto oscilaçao...

Esse circuito que voce postou com o comparador na entrada e bem simples! Contudo o da philips funciona da mesma forma mas o comparador e transistorizado.... (aqueles dois bf comparadores)...

Uma ultima pergunta, o que trabalha com oscilador local fixo de uns 100khz geraria muuto aquecimento?o

O auto oscilando tende a ter maior fidelidade certo?

albert_emule · 26 de julho de 2013

Muito simples! Acho que agora entendi... O atraso provocado no proprio indutor ou alguma distorçao da senoidr na saida, sera aproveitado para a auto oscilaçao...
Esse circuito que voce postou com o comparador na entrada e bem simples! Contudo o da philips funciona da mesma forma mas o comparador e transistorizado.... (aqueles dois bf comparadores)...

Uma ultima pergunta, o que trabalha com oscilador local fixo de uns 100khz geraria muuto aquecimento?o

O auto oscilando tende a ter maior fidelidade certo?

Na verdade não geraria mais aquecimento. O aquecimento é proporcional ao aumento da frequência. 100Khz é uma boa freqüência que gera pouco aquecimento. No entanto é muito baixa para áudio. Não terá tanta fidelidade assim. É mais ou menos igual ao pixel de uma imagem, Quanto mais tem, mais nítida é a imagem.

Aqueles módulos amplificadores automotivos classe D da taramps, por exemplo, chegam a potências bastantes elevadas. Diz eles que dá uns 30Kw (pico é claro), mas são capazes de entregar uns 10Kw contínuo, principalmente porque eles trabalharem com 192V de fonte. São relativamente pequenos.

O motivo da alta eficiência energética está no oscilador fixo de 55Khz.

No entanto só reproduzem até uns 200Hz de áudio. São só para graves.

Então é assim; Oscilador com freqüência maior: Maior fidelidade e perdas energéticas maiores.

Oscilador com freqüência menor: Maior rendimento energético e menor fidelidade.

Não é que o auto-oscilante tenda a ter maior fidelidade. É que ele apesar de ser mais simples, se auto-ajusta a melhor situação:

Quando a freqüência de áudio é baixa, a freqüência de oscilação também.

Quando a de áudio é alta, a de oscilação também aumenta.

Acaba que ele busca o melhor ponto de rendimento X fidelidade.

O CI IRS2092 é a evolução do amplificador UCD.

Funciona de modo semelhante porém tudo melhorado e com muitas proteções.

Já ouviu falar em amplificadores classe T?

Na verdade são os mesmos classe D porém dotados de um processador DSP que faz correções no sinal de saída.

A freqüência de oscilação também é variável e pode chegar até 1Mhz em alguns casos.

Promete ter eficiência energética de classe D e qualidade de classe AB.

Olha isso: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheets2/32/320673_1.pdf :

Diz que a distorção harmônica total com freqüência de áudio de 1Khz na entrada, em potência de 50 watts por canal é de 0,015% Acho que muito boa por sinal.

Só perde para o 366 da gradiente: Com distorção de 0,03% a 80 watts.

http://www.audiorama.com.br/gradiente/amplificador4.htm#MODEL 366

Amplificador Super A.

Trabalha em classe A até 10 vatts e em classe AB em potência maiores que 10 watts.

albert_emule · 27 de julho de 2013

albert_emule!
Dei uma olhada no circuito que você mostrou e tenho três dúvidas, que agradeceria se você as tirasse.

1 - Quais são as tensões que alimentam o LM393 na sua simulação? +12V e -12V?

2 - Quando o sinal de áudio estiver passando por um máximo, ou mínimo, qual é o menor semi-período de comutação nos MOSFETs? Notei que as formas de onda nos gates possuem tempo de subida em um deles e de descida em outro, um pouco lentos. Talvez com o LM311 e um resistor R10 com menor valor melhorasse um pouco.

3 - Você escolheu o filtro LC na saída para os falantes com polos em aprox. 30kHz para não influenciar o sinal de áudio e atenuar bem o sinal da comutação ?

[]'s

MOR_AL

Olá tudo beleza?

Trata-se deste esquema aqui:

http://img404.imageshack.us/img404/297/classdamplifier1.jpg

Realmente andei lendo que o LM311 é melhor.

Até existe uma outra versão com LM311 utiliza driver de mosfts de canal N:

http://img20.imageshack.us/img20/2345/vtj4.png

O problema deste são os drivers de mosfet. Andei lendo que estes não foram projetados para trabalharem com chaveamentos em freqüências tão altas.

Os datasheets costumam ser bastante otimistas informando que eles suportam oscilações de até 500Khz.

Apesar dele funcionar, pode apesentar algum problema de estabilidade.

Este é um driver para fonte chaveada.

Você conhece algum driver de mosfet que funcione bem em freqüência altas, do tipo 300Khz a 400KHz??

Pergunta 1 sim.

Pergunta 2 é conforme gráfico abaixo:

http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/40-06/AD40-06_07.jpg

Considerando que não exista sinal de áudio na entrada do circuito, o que se vê é uma onda quadrada que é aplicada em série com indutor e alto-falante.

O indutor oferece alta impedância à esta freqüência de chaveamento em onda quadrada, funcionando igual a bobina primária de um transformador 60Hz quando ligado a rede elétrica. Um capacitor então é colocado em paralelo com o alto-falante para curto-circuitar o resíduo de chaveamento à terra, pois este funciona como um curto-circuito para altas freqüência mas possui alta impedância para as freqüências de áudio. Nestas condições o alto-falante está sem sinal de áudio.

Ao injetar sinal de áudio no circuito, este causa uma espécie de desbalanceamento DC na onda quadrada, fazendo um dos semi-ciclos desta onda ficar maior do que o outro. Isso faz surgir uma corrente DC no alto-falante, pois conforme o desbalanceamento DC aumenta, maior será a corrente que será drenada da fonte de alimentação para o alto-falante.

Devido o sinal de áudio provocar um desbalanceamento DC senoidal no indutor, a corrente que surgirá no no alto-falante também será senoidal.

Trata-se de um indutor comum. Pode ser feito até em núcleo de ar. Já vi alguns assim. Há quem diga que as bobinas de ar funcionam melhor que as de núcleo.

Pergunta 3:

Não entendi direito a questão do filtro LC na saída para os falantes com polos em aprox. 30kHz.

Contudo este amplificador oscila entre 200Khz a 350Khz.

É auto-oscilante e o sinal do áudio influencia nas oscilações.

O indutor Ideal está na faixa de 30uH a 40uH.

Este eu preciso estudar mais a fundo seu calculo, pois ele tem haver com a auto-oscilação com a carga que será utilizada na saída.

mroberto98 · 27 de julho de 2013

A frequencia da auto oscilaçao também dependera do indutor da saida certo?

Quanto mais baixo o valor dele maior sera a freq de oscilaçao certo?

albert_emule · 27 de julho de 2013

A frequencia da auto oscilaçao também dependera do indutor da saida certo?
Quanto mais baixo o valor dele maior sera a freq de oscilaçao certo?

Acredito que sim.

Este tópico no fórum a seguir é do engenheiro que projetou a versão de 1250 watts com mosfets de cana N e drivers IR2110.

http://www.forosdeelectronica.com/f31/amplificador-highend-clase-d-25w-1250wrms-solo-2-mosfets-n-24854/

Você vai encontrar muita informação aí, inclusive sobre o indutor, mas é preciso procurar bastante.

MOR_AL · 27 de julho de 2013

Bom.

Observar que usar muito alta frequência de chaveamento tem sua vantagem com relação à distorção. Porém o outro lado da moeda é que;

Sem sinal de áudio e oscilando a 500kHz, já há um semi-período de 1us (Ton = Toff = 1us), o que já é bem pouco, imagine com um nível de sinal de áudio alto. Ton tenderia para um valor proibitivo quando a tensão de áudio passasse por um mínimo. O contrário também ocorreria. Tensão de áudio alta com Toff baixo.

Digamos que o maior nível de áudio na saída do falante seja de 90% do valor da tensão de alimentação positiva. Isso significa que a relação Ton/Toff tem que ser igual a 9. Para uma frequência de chaveamento de 500kHz, significa que Toff teria que ser igual a 2us/9 = 222ns.

Imagine um MOSFET comutando, entre +40V e -40V com onda quadrada, um pulso de 222ns.

Com 222ns a fundamental seria de 4,5MHz. com onda quadrada, precisaria responder a uns 45MHz.

O MOSFET teria que ser muito rápido. Inclusive os circuitos do drive e do comparador.

Em tempo. Medi a frequência máxima de oscilação do LM311, que é um dos comparadores comuns mais rápidos, e nem chegou a uma onda quadrada decente a 1MHz. E olhe que o resistor de carga era de 470 Ohms, para aumentar essa taxa. Talvez é que por isso um dos diagramas não usa CI comparador e sim com transistores.

MOR_AL

albert_emule · 27 de julho de 2013

Bom.
Observar que usar muito alta frequência de chaveamento tem sua vantagem com relação à distorção. Porém o outro lado da moeda é que;

Sem sinal de áudio e oscilando a 500kHz, já há um semi-período de 1us (Ton = Toff = 1us), o que já é bem pouco, imagine com um nível de sinal de áudio alto. Ton tenderia para um valor proibitivo quando a tensão de áudio passasse por um mínimo. O contrário também ocorreria. Tensão de áudio alta com Toff baixo.

Digamos que o maior nível de áudio na saída do falante seja de 90% do valor da tensão de alimentação positiva. Isso significa que a relação Ton/Toff tem que ser igual a 9. Para uma frequência de chaveamento de 500kHz, significa que Toff teria que ser igual a 2us/9 = 222ns.

Imagine um MOSFET comutando, entre +40V e -40V com onda quadrada, um pulso de 222ns.

Com 222ns a fundamental seria de 4,5MHz. com onda quadrada, precisaria responder a uns 45MHz.

O MOSFET teria que ser muito rápido. Inclusive os circuitos do drive e do comparador.

Em tempo. Medi a frequência máxima de oscilação do LM311, que é um dos comparadores comuns mais rápidos, e nem chegou a uma onda quadrada decente a 1MHz. E olhe que o resistor de carga era de 470 Ohms, para aumentar essa taxa. Talvez é que por isso um dos diagramas não usa CI comparador e sim com transistores.

MOR_AL

Esta sua afirmação torna aquele circuito da Philips bastante interessante.

Você Diz que teria que responder a uns 45Mhz certo?

Seria melhor então construir todas as etapas do circuito com mosfets de VHF?

Este tipo de mosfet daria para usar em paralelo até obter a potência desejada?

http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/philips/BLF278_3.pdf

Acredito que este mosfet não teria problemas com freqüência não é mesmo?

mroberto98 · 27 de julho de 2013

Essa parte do ci ser mais rapidos que os transistores... Nunca testei um ci comparador...

Mas no caso da philips que usa BF's na comparaçao, esses sao rapidos... Esse BF da philips tem apenas 1.6pF de capacitancia... (se vi bem no datasheet)... E alem disso, estão polarizado de forma que apenas ha variaçao de corrente no coletor...

Nesse caso conseguem chegar em frequencia de transiçao altissima...

albert_emule · 27 de julho de 2013

Nesta página tem algumas informações sobre o indutor de saída:

http://www.forosdeelectronica.com/f31/amplificador-highend-clase-d-25w-1250wrms-solo-2-mosfets-n-24854/index33.html

aphawk · 27 de julho de 2013

Ondas quadradas a 4.5 Mhz, largura de banda de 45 Mhz, e alta potência ????

Caramba coitados dos vizinhos, isso equivale a uma estação de rádio transmitindo em ondas curtas, e com modulação em Fm !

O ir2110 também pode ser usado em amplificadores de áudio, mas não possui a mesma linearidade do 2092, que é o que lhe confere uma baixa distorção.

Mas, se quiserem insistir nos 4.5 Mhz, sugiro que tirem uma licença de rádio amador !

Paulo

albert_emule · 27 de julho de 2013

Ondas quadradas a 4.5 Mhz, largura de banda de 45 Mhz, e alta potência ????
Caramba coitados dos vizinhos, isso equivale a uma estação de rádio transmitindo em ondas curtas, e com modulação em Fm !

O ir2110 também pode ser usado em amplificadores de áudio, mas não possui a mesma linearidade do 2092, que é o que lhe confere uma baixa distorção.

Mas, se quiserem insistir nos 4.5 Mhz, sugiro que tirem uma licença de rádio amador !

Paulo

Não é que vá chavear 4,5Mhz.

Seriam apenas 500Khz, conduto não é uma onda estática. Além de ter que ser uma onda quadradinha, sem cantos arredondados para não haver perdas, também varia a largura de digamos 5% a 95% para reproduzir a onda senoidal.

Daí o mosfet teria que ter uma capacidade de chaveamento realmente muito elevada como citou o colega.

quanto ao IRS2092 que você citou, diz lá no datasheet que o PWM dele opera em +- 800 kHz Com esta freqüência de chaveamento teria os mesmos problemas que o colega MOR_AL citou.

aphawk · 27 de julho de 2013

Albert,

Tem uma "pequena" diferença nos harmônicos a 500 khz, que é a frequência utilizada na grande maioria dos projetos com o IRS2092, e os harmônicos a 4.5 Mhz ! Estes últimos podem alcançar a faixa de TV com uma boa energia, ainda mais se o amplificador tiver alta corrente.

Lendo com atenção aquele tópico sobre o amplificador de 1250 watts, vai ver que muita gente relamou da interferência causada pelo amplificador. São correntes muito altas com grande taxa dv/dt, e isso gera espúrios de grande energia.

A frequência do áudio que será amplificado está em cerca de 20 khz, não há sentido em se fazer chaveamentos na faixa de Mhz, só complica o trabalho dos filtros de saída e dos transistores de chaveamento.

Mesmo o 2092 está sendo muito utilizado com frequências abaixo de 600 Khz na grande maioria dos projetos.

E uma coisa tem de ser deixada bem clara : o 2011 NÃO foi feito para uso em amplificadores de áudio, mas o 2092 foi !

Como curiosidade, o módulo que estou usando de 700Wrms tive de colocar numa caixa metálica com um bom aterramento, ou prejudicava muito a recepção do meu rádio, mesmo com baixo volume de música ( sou radioamador ).

Esse é um grande problema quando trabalhamos com chaveamentos de onda quadrada e alta potência....

Mas, creio que o MRoberto está apenas estudando a teoria de funcionamento, então isto não vem ao caso.

Paulo

albert_emule · 27 de julho de 2013

Albert,
Tem uma "pequena" diferença nos harmônicos a 500 khz, que é a frequência utilizada na grande maioria dos projetos com o IRS2092, e os harmônicos a 4.5 Mhz ! Estes últimos podem alcançar a faixa de TV com uma boa energia, ainda mais se o amplificador tiver alta corrente.

Lendo com atenção aquele tópico sobre o amplificador de 1250 watts, vai ver que muita gente relamou da interferência causada pelo amplificador. São correntes muito altas com grande taxa dv/dt, e isso gera espúrios de grande energia.

A frequência do áudio que será amplificado está em cerca de 20 khz, não há sentido em se fazer chaveamentos na faixa de Mhz, só complica o trabalho dos filtros de saída e dos transistores de chaveamento.

Mesmo o 2092 está sendo muito utilizado com frequências abaixo de 600 Khz na grande maioria dos projetos.

E uma coisa tem de ser deixada bem clara : o 2011 NÃO foi feito para uso em amplificadores de áudio, mas o 2092 foi !

Como curiosidade, o módulo que estou usando de 700Wrms tive de colocar numa caixa metálica com um bom aterramento, ou prejudicava muito a recepção do meu rádio, mesmo com baixo volume de música ( sou radioamador ).

Esse é um grande problema quando trabalhamos com chaveamentos de onda quadrada e alta potência....

Mas, creio que o MRoberto está apenas estudando a teoria de funcionamento, então isto não vem ao caso.

Paulo

O projeto não vai chavear a 4.5Mhz como você está afirmando.

É para funcionar a apenas 500Khz como no exemplo que você mesmo citou que na maioria dos projetos com IRS2092 é essa freqüência de 500Khz que é utilizada.

É justamente esta frequência que o colega pretende usar no projeto dele.

Contudo, o engenheiro identificado aqui como MOR_AL, nos informou que dentro deste chaveamento de 500Khz, durante as variações de largura dos pulsos (PWM) haveria pulsos de 220ns cuja fundamental seria de 4,5Mhz.

Aí eu entendi o que ele quis dizer:

Os transistores utilizados teriam que ter capacidade para chavear 45Mhz;

Ou seja, para produzir os pulsos de 220ns com "nitidez suficiente" teria que ter disponível "velocidade de 45Mhz."

O que está em jogo é o curtíssimo tempo que este transistor tem para ligar e desligar.

Imagine que aos 95% do sinal este tempo seja grande, mas ao 1%, isto vai demandar uma velocidade muito grande do transistor.

A frequencia da auto oscilaçao também dependera do indutor da saida certo?
Quanto mais baixo o valor dele maior sera a freq de oscilaçao certo?

http://img20.imageshack.us/img20/2345/vtj4.png

O indutor de saída não parece ser crítico, pois este esquema possui modificações para 13 faixas de potência, veja:

http://img823.imageshack.us/img823/4428/euu9.png

Dentro destas 13 faixas de potências, 15 componentes são modificados mas o indutor e o capacitor de saída continuam com os mesmos valores.

A orientação é apenas que o indutor deve suportar correntes maiores em potências maiores.

O cidadão que projetou também orienta que para os que querem utilizar o amplificador com alto-falantes de 2 ohms, o indutor de saída tem que ser de 6uH e o capacitor passa a ser de 1.5uF/poliester/100v

mroberto98 · 27 de julho de 2013

então vamos la.... Entendi o que o MOR_AL disse... Entendi também o que você quis dizer sobre a interferença que pode causar mas acho que nao e ira influenciar muito nos radios por ser um pulso sem continuidade.... Se o aydi estiver a 90% por exemplo, o pulso do segundo transistor teria de ser muito muito fino, mas a resultante continua sendo os 500khz... Se acontece ele uma vez, para acontecer de novo levara um tempao.. Isso e incapaz de haver criaçao de campos magneticos para haver a transmissao pelo ar... Pelo que eu sei haver a criaçao de campo magnetico devera ser uma corrente alternada, para o campo expandir e contrair e haver induçoes.. Mas nesse caso o pulso acontece mas nao acontece mais por um longo tempo...

Agora haver harmonicos isso sim pode acontecer.. Se for quadrada perfeita havera muitos harmonicos que poderá ser transmitido.. O ideal e q nao seja quadrada perfeita mas se nao for perde em rendimento... Isso que e ruim...

Mas em contra partida esse pulso que seria muito rápido, nao sera quadrado perfeito pois nenhum transisto vai conseguir ligar e desligar nessa velocidade capaz de fazer uma quadrada perfeita... Assim acaba que evitando menos harmonicos cada vez q o pulso vai ficando mais fino..

Nao entendo muito de induçoes pelo ar e harmonicos mas por ser apenas um pulso sem continuidade acho que nao havera grandes interferenças...

Acho que para evitar qie o pulso seja muito fino, seria melhor uma fonte maior que o maximo do audio, de forma que nao passe de 85% do pwm.... então em 500khz o pulso teria duraçao de 300nS... (pulso de 15%)..

Dei mais uma olhada no esquema da philips, nao há variaçao de tensão no coletor dos transistores do comparador, apenas de corrente.. Pode haver uma pequema variaçao mas sera insignificante e tem aqueles dois diodos para ajudar nisso... E alem disso sao transistores muito rapidos, tem apenas 1,6pF de capacitancia de base - coletor...

A preocupaçao mesmo fica para os mosfet de saida...

albert_emule · 27 de julho de 2013

Eu uso este aqui em minha TV e posso garantir que não gera nenhuma interferência:

http://img841.imageshack.us/img841/2268/0dcp.jpg

Eu uso com fonte de 40+40V, fonte também chaveada que funciona com base no CI IR2153 e dá uma potência considerável neste amplificador.

Olha a fonte:

mroberto98 · 27 de julho de 2013

Alem disso observei que há capacitores que reforçam a rapida polarizaçao deles... então mesmo havendo uma capacitancia parasita, a polarizaçao sera muito intensa provocando a saturaçao forçada do transistor...

Bom, tenho um aparelho da philips, é igual a esse esquema, é de 500Wrms... A qualidade e muito boa, se ele consegue chavear bem numa faixa perto de 500khz em alta potencia, acho que 500khz nao seria tanto problema..

Nasei muuto de quimica mas, levando em base que o pulso teria 300nS, descartando toda as caracteristicas indesejada no transistor como capacitancia parasita etc.. Ele funcionaria perfeitamente para esse tempo, o problema e fuga que ocorre em alta frequencia pela capacitancia parasita... Correto?

então aquele tipo de polarizado da philips compensaria essa "capacitancia parasita"...

E também fica critico os transistores drivers que sao bipolares...

MOR_AL · 28 de julho de 2013

Meu amigos.

Sinto ter criado tanta polêmica.

Minha intenção foi apenas de alertar que as frequências envolvidas no amplificador podem chegar a 45MHz.

Quis mostrar também que o circuito comparador, formado por CI ou não, também tem que ser muito rápido. E que mesmo um LM311, que é o comparador mais rápido dentre os de propósito geral, não suportariam comutações com onda quadrada com a qualidade necessária para um amplificador com a taxa de comutação de 500kHz.

Quis mostrar também, que um MOSFET tem que ser rápido, como a maioria é, porém, apesar de possuírem altíssima resistência de entrada, possuem baixa impedância de entrada. A componente capacitiva de gate é alta, o que exige um excelente driver, com farta corrente de saída, pelo menos no início do pulso.

Outro detalhe é que apesar de haver comutação em altas frequências, esta não possui a potência do sinal de áudio presente na saída.

Podemos considerar que o sinal de saída seja formado por uma componente (em frequência) na frequência de áudio com boa potência, uma componente na frequência fundamental com baixa energia (a frequência de comutação) e duas componentes laterais a esta frequência, também com baixa energia. Teoricamente não para aí, mas não vamos complicar.

Acontece que só a parte de áudio é que possui uma carga de 4 ohms, recebendo alta corrente.

As outras componentes não possuem tanta energia. Basta lembrar que o amplificador possui alta eficiência e que boa parte da energia perdida é em calor. Não há antena e nem casamento de impedância com essa antena ausente, para gerar tanta onda eletromagnética irradiada assim.

O filtro LC, que produz atenuação de 40 dB de tensão por década, pelo que pude calcular, possui a frequência de corte em uns 40kHz. Uma onda de tensão senoidal em cerca de 400kHz teria aprox. 100 vezes de atenuação. 80Vpp de entrada dariam 0,8vpp de saída. Aliás isso pode ser observado em uma das figuras mostradas aqui. Como a potência é proporcional ao quadrado da tensão, uma atenuação de 100 vezes na tensão daria uma atenuação de 10.000 vezes na potência. Tudo isso e sem antena, pode explicar porque a interferência causada não equivale a uma estação AM.

Apenas quis mostrar que o ótimo é inimigo do bom e que uma corrente é tão forte quanto o seu elo mais fraco.

Como elos dessa corrente encontramos; o comparador, o drive e os mosfets. De nada adianta uma distorção de 0,01% se sua caixa acústica (o transdutor eletromecânico) introduz distorções bem superiores. Na realidade este é o elo mais fraco da corrente.

[]'s

MOR_AL

mroberto98 · 28 de julho de 2013

MOR_AL,

tem razao, nao tinha pensado nisso... Sei que para haver a irradiaçao eletromagnetica tem de haver corrente pelo fio ou indutor... o que esta depois do filtro e o audio frequencia baixa e alta corrente... Do outro lado eata os 500khz ou componente de 4,5MHz como disse, mas a corrente e baixa, significa menos irradiaçao pela corrente ser baixa e pelo fato de nao ter antena fica ainda pior as condiçoes da irradiaçao...

outra coisa, sem audio, pwm com 50% estara nos 500khz... Mas nao havera corrwnte alguma, mesmo que seja a fqixa de am nao ha a criaçao de campo magnetico nas trilhas da placa por nao haver corrente e assim sem a irradiaçao..

quando o audio sobe o pwm aumenta.. Vamos supor que va para 85%, esses 85% estarao longos e componente de uma frequencia muito mais baixa que os 500khz, mas esses que estarao mandando boa corrente para a saida.. Mas como voce mesmo disse: otimo e inimigo do bom, justo aqui que havera a maior corrente a frequencia sera baixa...

ja nos pulsos pequenos de 15% nao havera corrente alta nele.. Pois quando a tensão de saida atinge um valor que corresponde o que tem na entrada, o pwm cai para nao subir mais, mas o capacitor estara carrrgado e para esse pulso negativo nao o descarregar, o pwm ja sobe de novo.. Por ser um pulso curto, nem daria tempo do indutor diminuir a impedancia.. Quando ele começasse a diminuir a resistencia e esse pulso descarregar o capacitor ja sobe novamente, ou seja mesmo que esse pulso seja muito rápido nao teria corrente significativa...

Nao se sinta limitado a falar os problemas enquanto a isso.. Qualquer tipo de informaçao e muito bem vinda..

Usando ate 85% do pwm como eu disse antes, o pulso menor seria de 300nS como eu disse.. o que equivaleria 1.7MHz... Ja melhora bem a situaçao dos transistores de saida e do driver...

Nao sei qual e a regra do uso do transistor mas voce disse que no outro caso seria nescessario um transistor de 45mhz para operar bem os 4,5mhz. Seria 10 vezes então?

se for, então agora um que consegue trabalhar bem em 20mhz vai conseguir ligar e desligar nesse pulso que eqyivaleria apenas 1.7MHz...

Uma outra duvida.... Você disse quq o filtro esta calculado para corte em 40khz... Por curiosidade eu calculei a impedancia do indutor e do capacitor em 40khz... Deu em torno de 8ohms os dois! Levando em conta o atraso que um causa e adiantamento do outro, a impedancia resultante seria como um curto certo? Pois os dois apresenta a mesma impedancia de 8ohms para 40khz....