Calculo de resistor de base - Push-Pull

CCarneiroInfo · 23 de fevereiro de 2009

Pessoal, preciso calcular o seguinte circuito.

O mesmo será usado para um amplificador ClasseD, controlado por PWM.

Será alimentado com fonte de +48V, será usado uma corrente media de 6,4A e máxima de 20A na saida, como os transistores irao trabalhar com pulsos pwm, acredito que os tip41c e tip42c deem conta do recado.

O Bd usado como exitador é um BD135.

O sinal proveniente do circuito de controle é de +5V e vem de um microcontrolador PIC.

Segundo meus calculos iniciais:

V=Potencia x 2 x Impedancia.

V= 100 x 2 x 8 = 1600

V = 1600 ao quadrado = 40V

Considerando as perdas +/- 48V.

Que no caso já até tenho um fonte dessa aqui.

Pelo menos para amplificador analógico, esses calculos iniciais seriam validos, já para amplificação pwm, não tenho certeza.

De qualquer forma, alguém poderia confirmar o circuito e se possivel aplicar alguma correção ou observação ?

Qualquer ajuda será muito bem vinda.

Só lembrando, os calculos que eu fiz é de 450mA por transistor de saida, no caso me basiei em 900mA no total.

Só lembrando, foi usado como base uma corrente de base de 450mA por TIP no caso 900mA no total.

O Bd 135 teria que conduzir o suficiente para cortar a condução dos transistores.

Outra coisa, tenho duvida sobre o resistor de 39k, como os transistores devem operar como chave, não seria melhor retirá-lo ?

Mulder_Fox · 23 de fevereiro de 2009

Analisando o datasheet do TIP41, mais especificamente o gráfico da área de operação segura, creio que não irá suportar uma corrente de 20A de pico.

Não seria melhor optar por MOSFET?

Quanto ao circuito, onde você escreveu que trata-se de um amplificador classe D controlado por PWM fiquei meio confuso.

Quando o BD estiver conduzindo ele irá fazer o TIP42 conduzir, mas, sem limitação de corrente de base. Isto não irá destruir o TIP42?

Já quando o BD estiver cortado, o TIP41 será alimentado por um resistor de 39k, o que, com uma tensão de 48v irá fornecer apenas cerca de 1mA na base. Insuficiente para obter a corrente requerida no coletor.

CCarneiroInfo · 23 de fevereiro de 2009

Olá Mulder_Fox.

Quanto ao transistor, na verdade nao sei dizer se o circuito ta certo, mais para fins de teste decidi usar uma tensão e uma corrente menor, cerca de +12V e 2A no máximo.

Quanto a amplificador controlado por PWM, creio que você conheça os principios do PWM, pois bem, o sinal de audio de entrada é modulado em forma de PWM, logo esse PWM é aplicado a um par de chaves, no caso os transistores, e por fim é feita a reconstituição do sinal PWM em forma de audio atraves de um filtro passa-baixas para a faixa de 20 Khz, que no caso é a frequencia de audio.

Esses são os conhecidos amplificadores Classe-D.

Quanto a usar microcontroladores, é bom pelo fato de que eles podem operar em altas frequencias com relativa facilidade, ou seja, pretendo trabalhar em uma frequencia de até 1 Mhz na saida PWM do microcontrolador PIC, isso para conseguir boa qualidade de som na saida dos filtros.

Se alguém puder me ajudar com o circuito de saida para operar a 1 Mhz eu agradeço.

Os requisitos são:

Tensão da fonte: +12Vcc

Impedancia da carga: 4 R

Frequencia do PWM: 1 Mhz

Frequencia de saida, apos filtro: 20 Khz.

Lembrando que o filtro é constituido por uma bobina e um capacitor de poliester, somente apos o filtro é que vem a carga de 4 R, no caso um alto-falante.

O projeto que estou me baseando é esse:

Só que nesse projeto, os transistores de saida são excitados com +15V, e no meu caso, o microcontrolador PIC só é capaz de fornecer +5V, ou seja, preciso de alguma forma conseguir excitar os transistores de saida pelo PIC.

Outro detalhe, é que o circuito original, trabalha a cerca de 30 Khz, e o meu circuito vai operar de 500Khz à 1 Mhz.

Qualquer ajuda será muito bem vinda.

Mulder_Fox · 24 de fevereiro de 2009

CCarneiroInfo, devo admitir que não tenho os conhecimentos necessários para ajudá-lo neste projeto.

Vou ficar na platéia.

samuel.gonzales · 24 de fevereiro de 2009

Potência = (V^2)/R

*Isso sem levar em conta as perdas de condução.

Com relação ao amplificador Classe D, esqueça transistores bipolares!

Use MOSFET, a perda de condução é muito menor e como não é necessária uma corrente de base alta, um simples transistor bipolar atuando como driver no gate é suficiente.

Você sabe como gerar o PWM no PIC? Não se esqueça de fazer uma realimentação negativa, isso irá reduzir a distorção.

cabteixeira · 24 de fevereiro de 2009

Posso dar um pitaco?

Quanto a usar microcontroladores, é bom pelo fato de que eles podem operar em altas frequencias com relativa facilidade, ou seja, pretendo trabalhar em uma frequencia de até 1 Mhz na saida PWM do microcontrolador PIC, isso para conseguir boa qualidade de som na saida dos filtros.

Eu acho desnecessário um microcontrolador pra isso...

Outro detalhe, é que o circuito original, trabalha a cerca de 30 Khz

Se for assim, está errado.

O circuito tem que trabalhar com uma frequência muito maior, primeiro para que a portadora possa ser eliminada sem problema (30KHz fica muito próximo da frequência audível!) e segundo, conforme já foi dito, pra dar maior qualidade final no som...

Com relação ao amplificador Classe D, esqueça transistores bipolares!
Use MOSFET, a perda de condução é muito menor e como não é necessária uma corrente de base alta, um simples transistor bipolar atuando como driver no gate é suficiente.

Os MOSFETS, até onde sei, superam os TJBs na questão de ter menor corrente de acionamento (a corrente de GATE deles é infinitamente menor que a corrente de base dos TJBs). Isso facilita no projeto dos drivers...

Mas acho que dá pra usar um transistor comum também, desde que bem dimensionado.

Veja o circuito abaixo

É só uma sugestão...

samuel.gonzales · 24 de fevereiro de 2009

Se for assim, está errado.

O circuito tem que trabalhar com uma frequência muito maior, primeiro para que a portadora possa ser eliminada sem problema (30KHz fica muito próximo da frequência audível!) e segundo, conforme já foi dito, pra dar maior qualidade final no som...

Na prática essa frequência tem que ser 10x maior que a maior frequência que seu amplificador irá reproduzir.

Os MOSFETS, até onde sei, superam os TJBs na questão de ter menor corrente de acionamento (a corrente de GATE deles é infinitamente menor que a corrente de base dos TJBs). Isso facilita no projeto dos drivers...

Mas acho que dá pra usar um transistor comum também, desde que bem dimensionado.

Na verdade a corrente de gate é insignificante, o que controla o funcionamento do canal é a tensão de Gate.

A resistência de condução dos Mosfets é menor, na verdade bem menor, alguns tem resistência de condução da ordem de miliohms! É por isso que qualquer amplificador ClasseD comercial usa MosFets, menor resistência de condução resulta em menor dissipação e maior eficiência. [P=R x (i^2)]

cabteixeira · 24 de fevereiro de 2009

Na verdade a corrente de gate é insignificante, o que controla o funcionamento do canal é a tensão de Gate.
A resistência de condução dos Mosfets é menor, na verdade bem menor, alguns tem resistência de condução da ordem de miliohms! É por isso que qualquer amplificador ClasseD comercial usa MosFets, menor resistência de condução resulta em menor dissipação e maior eficiência. [P=R x (i^2)]

Concordo contigo. quis apenas lembrar que, sendo a corrente de GATE praticamente desprezível, o projeto do circuito de driver torna-se muito mais simples...

CCarneiroInfo · 6 de março de 2009

Olá pessoal.

Muito boa as dicas de todos.

Realmente pensei em usar MOSFET para tal finalidade, mais como nao tenho muita noção em projetos eletronicos, resolvi usar BJT´s, pois como ja estou mais acostumado, acreditava que ficava mais fácil trabalhar com eles.

Mais depois dessas explicações, vou procurar pesquisar sobre polarização de MOSFETS para ver se consigo alguma coisa.

Agora, quanto a usar microcontroladores para esse projeto, sei que existe muitas outras formas de gerar sinal PWM, mais com microcontrolador, acredito que vou usar muito menos componentes eletronicos para obter a mesma precisao que um microcontrolador conseguiria obter, no meu caso, acima de 1Mhz, talvez use com ate 4Mhz, apenas por questoes de qualidade.

Quanto ao driver para tocar os MOSFETS em contrafase, se puderem me dar alguma dica de quais componentes usar, ou ate mesmo um esquema bem simples, site ou referencia eu agradeço, pois como disse, nao tenho muito noção sobre os MOSFETS, e portanto estou meio perdido nessa saida de potencia ja faz algum tempo.

Só lembrando que a saida do PIC é de 0 à 5V, o que vale dizer que a saida tem que estar preparada para receber essa tensão em formato PWM e amplificar com boa eficiencia.

Qualquer ajuda sera muito bem vinda.

CCarneiroInfo · 9 de março de 2009

Boa noite pessoal.

Encontrei um site legal na internet, que fala sobre a amplificação PWM, inclusive tem um exemplo de driver para a saida PWM na figura 5a, 5b e 5c, mais acredito que implementar a figura 5b no meu caso vai ser o ideal, pois pode operar com PWM refente ao terra, ou seja, de 0V ate Vcc, no meu caso a tensão de saida do PWM do PIC, 5V.

http://sound.westhost.com/articles/pwm.htm

Só que estou apanhando para saber o que exatamente compoe o sub-circuito Low-SideDriver e High-SideDriver, e tambem para calcular o valor dos componentes que poderao ser usados nesse esquema.

Qualquer ajuda sera muito bem vinda.

samuel.gonzales · 9 de março de 2009

São drivers, você poderia usar um transistor bipolar para variar a tensão de gate, 5V para conduzir e -5V para corte, usar uma tensão negativa para corte reduz o tempo de transição.

CCarneiroInfo · 9 de março de 2009

Bom dia pessoal.

Samuel, fica complicado conseguir -5V, pois o PIC vai de 0V até +5V, teria como me explicar melhor ?

Lokasso · 9 de março de 2009

CCarneiroInfo, de uma olhada no datasheet do HIP4081A. Ele é um driver de ponte H (voce precisa de meio driver, pelo circuito que postou, mas é só pra você ter uma ideia mesmo, ou caso voce queira fazer sua saida em ponte). Lembro de ja ter visto alguns amplificadores de audio com ele na internet, mas nao acho agora os links.

Outra coisa: tenha em mente que 1MHz é uma frequencia relativamente alta, difícil de se trabalhar. Acho mais adequado voce iniciar seu projeto com uma frequencia bem inferior para testar tudo e garantir que funciona, e so depois aumentar a frequencia (aos poucos) e resolver os problemas que aparecerem junto com seu aumento.

Seguem alguns links interessantes (e uteis):

http://www.audiodesignline.com/188700135;jsessionid=1O1CSS3YFQ0M2QSNDLQCKHSCJUNN2JVN?printableArticle=true

http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/40-06/class_d.pdf

http://ece.wpi.edu/analog/mqps/ClassD_MQP_Final.pdf

CCarneiroInfo · 9 de março de 2009

Ola pessoal.

Amigo, value pelas dicas.

Quanto a frequencia do PWM, o que acha se eu começar com uns 200Khz ?

Qualquer dica sera muito bem vinda.

Lokasso · 9 de março de 2009

Eu comecaria com menos ainda (sou meio exagerado as vezes), tipo, uns 20KHz (da pra reproduzir bem so os sons mais graves, mas as chances de funcionar sao bem maiores) e sem me importar muito com a qualidade, apenas deixando o circuito funcional, para me familiarizar com seu funcionamento e sem me preocupar com layout de placa, capacitancias e indutancias parasitas, etc...

Ai, conforme o aumento da frequencia de teste eu comecaria a pensar na qualidade, vendo quais parametros a afetam mais.