Duvida sobre Amplificador classe D

albert_emule · 29 de julho de 2013

Você que talvez não esteja familiarizado com o LTspice, basta descompactar o arquivo que mandei e clicar para abrir num ícone com símbolo de transistor.

Depois do circuito aberto na tela, é só clicar em RUN no canto superior esquerdo da tela, num ícone de um homenzinho correndo.

As vezes a simulação demora uns 60 segundos quando envolve muito processamento.

É um simulador estático. Primeiro ele simula e quarada todas as formas de onda possíveis.

Depois você pode ir clicando na tela e vendo as formas de ondas, tensão corrente etc.

mroberto98 · 29 de julho de 2013

Fiquei sabendo de um amplificador de classe DDX.. Ao invés de ser pwm(modulaçao por largura de pulso), é PCM (modulaçao por codigo de pulso).

Possui mais rendimento que um classe D..

A alimentaçao nao e simetrica, e +B e 0V apenas... Ele trabalha chaveando entre o 0v ao +B para fazer a parte de cima da senoide... E para fazer a parte de baixo da senoide ele apenas inverte isso...

sao dois pares de mosfets, um ponha um lado do falante na massa, enquanto que o mosfet do outro par hora liga o outro lado do falante em +B e hora ponha esse lado também na massa, assim nesse momento os dois lados do falante ficariam presos a massa, evitando que o cone fique solto em momento algum!...

Para fazer o semi ciclo negativo e invertido, o par que estava chaveando agora levara o falante a massa enquanto o outro par faz o chaveamento...

Diz ter menos perda pois o chaveamento nao acontece entre -B e +B como no classe D...

Você que talvez não esteja familiarizado com o LTspice, basta descompactar o arquivo que mandei e clicar para abrir num ícone com símbolo de transistor.
Depois do circuito aberto na tela, é só clicar em RUN no canto superior esquerdo da tela, num ícone de um homenzinho correndo.

As vezes a simulação demora uns 60 segundos quando envolve muito processamento.

É um simulador estático. Primeiro ele simula e quarada todas as formas de onda possíveis.

Depois você pode ir clicando na tela e vendo as formas de ondas, tensão corrente etc.

Obrigado, vou fazer isso quando chegar em casa... É que so sobra um tempinho de noite...

albert_emule · 29 de julho de 2013

Modulação por Código de Pulso (PCM) ou em inglês Pulse-code modulation (PCM) é um método usado para representar digitalmente amostras de sinais analógicos.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Modula%C3%A7%C3%A3o_por_c%C3%B3digo_de_pulsos

Não entendo como demodular isso em alta potência

mroberto98 · 29 de julho de 2013

O audio e processado para que na saida se tenha o PCM com uma logica para depois ser filtrado...

ele funciona numa frequencia fixa alta.. Os pulsos e em forma digital, 0 ou 1... Quanto mais pulso mais tensão na saida... Seria quase igual a modulaçao por largura de pulso... Mas esse ele é processado com essa logica... E como palavras binaria, tudo 1 = tensão max na saida.. Tudo 0 tensão 0 na saida...

albert_emule · 29 de julho de 2013

O audio e processado para que na saida se tenha o PCM com uma logica para depois ser filtrado...
ele funciona numa frequencia fixa alta.. Os pulsos e em forma digital, 0 ou 1... Quanto mais pulso mais tensão na saida... Seria quase igual a modulaçao por largura de pulso... Mas esse ele é processado com essa logica... E como palavras binaria, tudo 1 = tensão max na saida.. Tudo 0 tensão 0 na saida...

Seria isso:

Eu conhecia como modulação modulação Sigma Delta.

mroberto98 · 29 de julho de 2013

Sim! Mas quando so sera pulsos 0 quando o nivrl de sinal estiver em 0v.. Quando inverter começa novamente os pulsos almentarem.. Ate chegar no max negativo onde tambem haverá tudo 1... Por isso a saida trabalhara com 2 pares de mosfet.. Para poder inverter isso no falante e provocar o efeito da inversao usando apenas uma fonte comum...

O bom disso e que se tem uma fonte de 40v por exemplo, se consegue a mesmo potencia de um classe D que usa alimentqçao de 80V!! (40+40v simetrico)

alem de ter mais rendimento tambem..

Dizem que enquanto o classe D chega proximo aos 90% esse chega a uns 95% de rendimento..

albert_emule · 29 de julho de 2013

Sim! Mas quando so sera pulsos 0 quando o nivrl de sinal estiver em 0v.. Quando inverter começa novamente os pulsos almentarem.. Ate chegar no max negativo onde tambem haverá tudo 1... Por isso a saida trabalhara com 2 pares de mosfet.. Para poder inverter isso no falante e provocar o efeito da inversao usando apenas uma fonte comum...
O bom disso e que se tem uma fonte de 40v por exemplo, se consegue a mesmo potencia de um classe D que usa alimentqçao de 80V!! (40+40v simetrico)

alem de ter mais rendimento tambem..

Dizem que enquanto o classe D chega proximo aos 90% esse chega a uns 95% de rendimento..

Este PWM que estávamos discutindo à respeito do amplificadores UCD são PWM bipolar. Este também pode usar fonte simples, sem ser simétrica.

O que diferencia isso é a topologia da ponte de mosfets:

Ponte completa= 4 mosfets, usa fonte simples.

Meia ponte = 2 mofstes, precisa de fonte simétrica.

O que você acabou de me descrever, mais parece ser PWM unipolar que são usados nos inversores de tensão;

https://fbcdn-sphotos-b-a.akamaihd.net/hphotos-ak-prn2/1044802_358536180941028_1429827296_n.jpg

Mas este também pode ser usado tanto em meia ponte, ou seja; Com dois mosfets, como também em ponte completa.

Eu mesmo cheguei a ver um circuito de equipamento de 4500 watts utilizando meia ponte com este tipo de PWM.

Mas acho que eu entendi.

Neste PWM unipolar os pulsos aumentam e diminuem de largura.

Na modulação que você descreveu as larguras dos pulos permanecem a mesma, apenas aumenta o número de pulsos.

É isso?

mroberto98 · 29 de julho de 2013

então... Enquando eu nao chego em casa para simular o circuito eu resolvi fazer uns calculos aqui para adiantar

Eu sei que funciona, mas olha os resultados:

se o filtro de saida nao atrasasse o sinal, o amp n oscilaria (considerando que a saida do amp estaja configurada com um classe ab para medias conduçoes)

Calculei para a menor freq de audii, de 20hz, o filtro de saida, este que esta calculado com corte em 40khz... Proporcionará um atraso de 1,8° para 20hz.. Isso da aprox 0,05% de erro na tensão que ira ao comparador....

nao tenho pratica com esses ci, mas com isso ja deve oscilar certo?

no circuito original tem os cap do driver que dara mais atraso em freq baixa do que nas altas recompensando o filtro de saida que da menos atraso em baixa frequencia do que nas altas.. Assim ele ira oscilar com certeza...

mas vamos supor que so existisse o filtro na saida para causar o atraso para o comparador.. Ele tera essa precisao de 0,05% para oscilar ja nos 20hz?

nos meus calculos:

Calculei com entrada no filtro com uma senoide de 10vp 20hz... Filtro com corte em 40khz para carga de 8ohms.. L= 32uH e C= 500nF...

sinal de entrada: 10Vp

Sinal de saida: 10,005005005Vp

Defasamento: 1,8°

% do erro entre o sinal de saida com o de entrada: 0,05%...

O calculo que fiz foi simples, e arredondei os valores então esses valores sao aproximados..

albert_emule · 29 de julho de 2013

Fiz isso, quando projetei um gerador de funções. O projeto está dando muito trabalho e como tenho outros em andamento, ainda se arrasta.
Mas fiz o comparador com componentes discretos. Para conseguir velocidade tive que reduzir as fontes de alimentação.

Esta forma de onda é do projeto, mas ainda tem que superar o aquecimento dos transistores.

Observe que a frequência é de 11,5MHz, porém com distorção. Em 500kHz ele responde bem. Com 5MHz também, o que permite usar um delta de 100ns.

Mas ainda não está bom porque estou exigindo muita corrente nos transistores e estão esquentando perigosamente. Não devem durar muito tempo ligados.

Diagrama esquemático.

Resultado da simulação.

Formas de onda do circuito montado.

O funcionamento do comparador ainda é dependente dos parâmetros dos transistores. É necessário ainda reduzir estas dependências.

MOR_AL

Eu vi que os transistores possuem freqüência de comutação razoavelmente alta. Não seria a capacitância parasita dos transistores que estariam interferindo?

E se for, não haveria um jeito de forçar esta capacitância parasita descarregar forçadamente, tal como se faz com o Gate de um mosfet?

mroberto98 · 29 de julho de 2013

Este PWM que estávamos discutindo à respeito do amplificadores UCD são PWM bipolar. Este também pode usar fonte simples, sem ser simétrica.
O que diferencia isso é a topologia da ponte de mosfets:

Ponte completa= 4 mosfets, usa fonte simples.

Meia ponte = 2 mofstes, precisa de fonte simétrica.

O que você acabou de me descrever, mais parece ser PWM unipolar que são usados nos inversores de tensão;

https://fbcdn-sphotos-b-a.akamaihd.net/hphotos-ak-prn2/1044802_358536180941028_1429827296_n.jpg

Mas este também pode ser usado tanto em meia ponte, ou seja; Com dois mosfets, como também em ponte completa.

Eu mesmo cheguei a ver um circuito de equipamento de 4500 watts utilizando meia ponte com este tipo de PWM.

Mas acho que eu entendi.

Neste PWM unipolar os pulsos aumentam e diminuem de largura.

Na modulação que você descreveu as larguras dos pulos permanecem a mesma, apenas aumenta o número de pulsos.

É isso?

Desculpe antes de você postar eu estava terminando de escrever..

isso, e exatamente igual, acho que so chamam de DDX por se tratar de amp digital (o audio e processado)..

mroberto98 · 30 de julho de 2013

Alem de que a carga nao fica em momento algum solta, como e o caso do chaveamento de fontes..

MOR_AL · 30 de julho de 2013

Eu vi que os transistores possuem freqüência de comutação razoavelmente alta.
São transistores para UHF, porém são ChingLing (da china) e GrochtengoSmirnoffSputnik (Russos). Devem ser falsificados, mas mesmo assim são rápidos. Comprados no Ebay a preço de banana.

Não seria a capacitância parasita dos transistores que estariam interferindo?

Esse tipo de transistores, para UHF, possuem as menores capacitâncias possíveis. Por isso é que funcionam em frequências bem altas.

E se for, não haveria um jeito de forçar esta capacitância parasita descarregar forçadamente, tal como se faz com o Gate de um mosfet?

Mesmo possuindo baixas capacitâncias, estas têm que ser descarregadas em pouco tempo, para comutar rápido. Isso é conseguido com baixos valores de resistores de coletor.

Como a maioria possui baixo valor de resistor de coletor, que é também o resistor de base-emissor para o circuito seguinte, a queda de tensão é pequena. Com isso a maior parte da tensão fica no transistor, que multiplicada pela corrente, gera uma dissipação proibitiva.

Se diminuir a corrente nos transistores, a resposta em frequência cai bastante.

É um "cobertor de pobre"; se puxar muito os pés ficam de fora, se não puxar, não cobre direito o peito. Hehehe!

Ainda estou tentando diminuir a tensão da fonte. Talvez para uns +5V e -5V.

MOR_AL

mroberto98 · 30 de julho de 2013

então no caso dos mosfet, o gate e isolado então mesmo com capacitancia alta a carga ou descarga pode ser forçada?

albert_emule · 30 de julho de 2013

então no caso dos mosfet, o gate e isolado então mesmo com capacitancia alta a carga ou descarga pode ser forçada?

Sim, é o que fazem os drivers de mosfet IR2110, IR2117, TLP250... etc

Ainda assim é usado um resistor no gate, que vai de 1R a 10R para limitar a corrente de gate e evitar danificar o driver ou mesmo o mosfet.

mroberto98 · 30 de julho de 2013

Sim, é o que fazem os drivers de mosfet IR2110, IR2117, TLP250... etc
Ainda assim é usado um resistor no gate, que vai de 1R a 10R para limitar a corrente de gate e evitar danificar o driver ou mesmo o mosfet.

Mas no caso do transistor, a corrente que circula por causa d capacitancia e entre coletor e base... No caso do mosfet é entre Gate e Source ou Gate e Dreno?

Pois para carga ou descarga deve tem que haver alguma circulaçao correto?

albert_emule · 30 de julho de 2013

Mas no caso do transistor, a corrente que circula por causa d capacitancia e entre coletor e base... No caso do mosfet é entre Gate e Source ou Gate e Dreno?
Pois para carga ou descarga deve tem que haver alguma circulaçao correto?

Certo, é entre Gate e Source.

O circuito do drive hora põe uma tensão de 12 a 15V no gate para satura-lo, onde a corrente de carga do gate é limitada por um resistor de 1 Ohms a 10 Ohms, dependendo da freqüência, pois quanto maior a freqüência de chaveamento, maior será a corrente. Hora põe o gate em Source para corta-lo, também com corrente limitada pelo mesmo resistor.

No entanto parece que a corrente de carga é muito mais intensa que a de descarga. Tenho visto em vários circuitos, onde a carga do gatem é feita por um resistor conforme mencionado e a descarga é feita por um diodo rápido.

Veja o esquema deste driver de mosfet IR2117:

Observe como na saída existem dois mosfets; Um para carregar o gate e outro para descarregar