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05/07/2012 #1
Moderador

Avatar de Ratmayor

[Aporte] Circuito de protección Integral para Amplificadores y Altavoces
Este circuito a sido ideado por la paranoia, para proteger nuestras mas preciadas creaciones (amplificadores) y a su vez nuestros parlantes en el caso de que nuestros amplis los pongan en peligro

La idea se concibió por acá: Problemas con proyecto de subwoofer amplificado y gracias a las grandes observaciones de Cacho y del compañero Bushell, quien muy amablemente se prestó de "Monito de indias" es lo que es ahora el proyecto, que además de util es escalable. Bien, ahora veamos como funciona...

Como mensioné anteriormente, el propósito de este circuito es el de proteger los amplificadores y los parlantes. El relé se desactiva automáticamente si ocurren uno de estos casos:
  1. Durante la transición de operaciones cuando el equipo es encendido o apagado.
  2. Despues de la detección de una sobre carga por un corto circuito en los parlantes.
  3. Despues de la detección de DC en la salida del amplificador debido a un mal funcionamiento o un accidente.
Para entender mejor el funcionamiento del circuito, lo explicaré por etapas.

Etapa de disparo

Básicamente se comporta como una compuerta NOR, solo que con un tiempo de retardo en su salida . La entrada "Bus" se encuentra normalmente polarizada a travéz de la R1 y el C1 evita que interferencias o ruidos causen disparos erroneos, cuando hay una caida de tensión en la base del Q1 descargará el capacitor del Timer conformados por la R2, R3 y C2. La R2 carga al C2 y la R3 amortigua cualquier efecto negativo que pudiese haber cuando el Q1 descargue al C2 y la parte mas importante es que evita que Cacho diga que soy un sádico

Esta tensión de carga del C2 es sensada por el Z1, este nos sirve para condicionar la carga y asi nos aseguramos de que el relé no se active antes de tiempo. El Q2 y Q3 conforman un darlington para manejar el relé.

El valor de la R2 y el C2 pueden ser modificados para aumentar o disminuir el tiempo de disparo del relé.

ADVERTENCIA: No usen darlingtons encapsulados, no tienen la misma sencibilidad que usar 2 transistores independientes, para el mejor funcionamiento de este circuito, requiere del uso de transistores con muy baja corriente de base, de usar darlingtons encapsulados puede ocurrir que el relé nunca se active sino modifican todo el circuito y aun así no garantizo que funcione bien.

Protección contra sobrecargas

La detección de sobrecarga, incorpora la carga (RL) en un lado de un puente de Wheatstone. La base y el emisor del transistor de detección (Q1) se conectan a las esquinas opuestas del puente, por lo que si la RL disminuye, el Q1 será polarizado. Si la RL cae por debajo de un valor establecido, el transistor se enciende, por lo tanto hace pasar una corriente a través del D2. Debido a la diferencia de tensión generada a través de este, el circuito de disparo rápidamente se descarga. Como consecuencia, el relé será desactivado, por lo tanto haciendo que el circuito de salida se abra. La R3 y C3 evita que se hagan disparos erróneos y/o disparos bruscos evitando nuevamente que Cacho me llame sadico , aunque es opcional.

Dependiendo del tipo de amplificador, este circuito sufrirá unos ligeros cambios que explicaré mas adelante.

Protección contra DC
La entrada del circuito está conectada al emisor del Q1 y la base de Q2 a través de un filtro pasa-bajos (R1, R2, C1 y C2). Cualquieras tensiones continuas que aparezcan en el circuito de salida del amplificador de potencia, se aplicarán estos transistores. Si el voltaje es negativo Q2 se enciende. Si el voltaje es positivo Q1 se enciende. Como consecuencia, el relé será desactivado, por lo tanto haciendo que el circuito de salida se abra.

Detección de AC
Al contrario de las etapas anteriores, el voltaje proveniente del transformador (Voltaje sin rectificar) mantiene polarizado el transistor Q1, a travéz del D1, C1 y R1. Al apagar el amplificador, la R2 se encarga de polarizar el transistor, lo que causa como consecuencia, que el relé sea desactivado, por lo tanto haciendo que el circuito de salida se abra.

Cada sensor trabaja en forma independiente, tanto que si a algún ocioso se le ocurriera usar un PIC que reciba la información de cada uno de ellos, para que luego este envie un mensaje a un display LCD advirtiendo que pasó y acto seguido desactive el relé, solo tendría que usar un circuito para acoplarlo como este:
Claro que con algo tan sofisticado como un microcontrolador obviaríamos el circuito de disparo y sería el PIC quien manejaría el rele

Accesorios
Como su nombre lo indica, estos circuitos no son parte vital del circuito, pero si hacen que se vea genial Se trata de 2 propuestas de indicadores que nos muestran cuando se activó la protección.

la primera alternativa, se trata de un pequeño oscilador que hace titilar un LED cuando la protección está activa y si todo esta normal, el LED enciende fijamente. la otra opción son 2 LEDs, si la protección está activa enciende uno, sino, enciende el otro.

Ambos circuitos van conectados al colector del transistor que maneja el relé.

De la teoría a la práctica
Como mensioné anteriormente, el circuito protección contra sobrecargas funciona se aplica en formas diferentes segun el tipo de amplificador.

En el caso de un amplificador clase AB, en donde es posible obtener una referencia directa desde los transistores de salida se aplicaría de esta manera:
Como ven en el ejemplo, solo testeo la rama positiva del ampli y antes que me acribillen voy a explicar porque. Un amplificador trabaja con onda sinusoidales, por lo que lo que pase en la rama negativa, reincidiría en la rama positiva a no ser que algun ocioso le coloque un diodo en la salida del ampli no veo porque comprobar ambas ramas y en el caso de que exista una sobre carga en la rama negativa exclusivamente (Un caso muuuuuuuy raro) desbalancearía la onda, lo que provocaría que entre en función el circuito de protección de DC.

Pero, ¿Que sucedería si mi amplificador está basado en un STK, un TDA o bien sea un amplificador clase D? En ese caso usamos esta configuración.
En los casos de que queramos aplicar la protección en un ampli estéreo, debemos usar 2 sensores de detección contra sobre cargas, uno para cada canal.

Con respecto a la protección contra DC, en el caso de un amplificador estéreo, solo debemos agregar otra resistencia a la entrada del sensor como se muestra en la imagen:
Cabe destacar que para potencias estéreo de 200W en adelante, yo recomendaría usar 2 circuitos de protección totalmente independientes.

Ahora para armar todo y adaptar este circuito a nuestros amplificadores, debemos realizar unos rápidos y sencillos calculos:
Para comenzar, lo primero que necesitamos saber es cual es el voltaje +Vcc del ampli, para obtener el valor de la resistencia marcada como (*), así que para este ejemplo diremos que son 50V, por lo que cálculo quedaría así:
Código:
50V / 3,5V = 14,285
Siendo 3,5V el valor maximo de DC en el que el protector comenzará a trabajar. Como vemos el resultado para la resistencia marcada como (*) fué: 14,285 y como en este mundo jamas conseguiremos una resistencia de ese valor, lo redondeamos al valor comercial más cercano que sería 15K.

Vamos con la siguiente marcada como (**), tomamos el valor que nos dió la operación anterior y lo dividimos por los watts de la resistencia de referencia (La resistencia en los emisores o en a salida del ampli) en este caso diremos que es de 5W, por lo que sería:
Código:
14,285 / 5W = 2,857
y el valor comercial mas cercano sería 2,7K.

Y por ultimo necesitamos saber el voltaje del transformador sin rectificar, en este ejemplo serían 43V por lo que nuestro calculo será este:
Código:
43Vac / 2,2K = 19.545
Y así obtenemos el valor de la resistencia marcada como (***) cuyo valor comercial mas cercano es 18K.

Armado y pruebas
El circuito prácticamente puede trabajar con cualquier transistor, pero aqui dejo una lista de los más recomendados:
Como se que nadie probará el circuito directamente en sus amplis , aqui muestro una serie de pruebas que deben hacerse antes de ponerlo en funcionamiento:
En aspectos generales y como podemos ver en la imagen, usaremos una tension sin rectificar de 12V, conectaremos una resistencia de 0,22Ω / 5W (Para el caso de los protectores para amplis clase AB con referencias directas al transistor de salida) y necesitaremos colocar un bombillo dicroico de 12V / 50W en lo que sería la salida de audio, despues del relé.

Prueba para el detector de sobre cargas
Encendemos el protector y a los 5 segundos aproximadamente escucharemos el "click" del relé y deberá encenderse la lampara. Acto seguido, hagamos un corto en los terminales de la lampara, si todo está bien eso debe desactivar el relé.

Prueba para el detector de DC
Para esto usaremos un diodo para rectificar media onda de los 12VAC como se muestra en la imagen:

Colocamos el diodo en la entrada del detector de DC o bien en el pin marcado como "Amp Out". No importa en que forma se coloque el diodo, el protector debe desactivar el relé.

Si pasamos estas 2 pruebas, el circuito ya está listo para funcionar

Espero que les guste este proyecto y les de tantas satisfacciónes como me las dió a mi y a los compañeros que lo armaron. Saludos
05/07/2012 #2
Moderador

Avatar de Tacatomon

Wowowowowow, Que pedazo de trabajo!. Muy completo!.

Excelente aporte a la comunidad Carlos.

Saludos al foro!
05/07/2012 #3

Avatar de tatajara

FELIZITACIONES¡¡¡ rat muyyy buen aporte
esperamos el pcb ¡¡¡
saludos
05/07/2012 #4
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

Muy bueno Don Rat
05/07/2012 #5
Moderador

Avatar de Ratmayor

Gracias por sus comentarios, pronto subiré el PCB, aunque Bushell diseñó bien bonito también, así que mientras que lo suba el
05/07/2012 #6

Avatar de BUSHELL

Bueno, debo decirles que yo vengo de tiempo atrás, ayudando por los laditos a este maravilloso proyecto (que para mí ya no es proyecto sino una realidad, pues ya lo hice).

Sí, como dice Ratmayor, fuí yo quien sufrió como Conejillo de Indias, los ensayos y prototipos, por que les cuento, él es bien perezoso para hacer PCBs

Personalmente, creo que este circuito merece un sitio en el Hall de la Fama.

Pequeño, robusto, y sobre todo: EFICAZ.

Doy fé de ello, pues como les dije, yo ya lo construí y el prototipo lo ensayé sobre un Amplificador Class D, que hay acá en el foro.

Mis aportes son solo "estéticos", verán:

El primero, es referente a la fuente. El circuito funciona con 24 v. Entonces, para no tener que construir una fuente aparte para este Protector, yo me incliné por tomar directamente de la alimentación del amplificador y usar un transistor y un zéner. Anexo el esquema que es bien simple. Obviamente, aplica para alimentaciones mayores a unos 30 VDC.

El otro aporte, es que yo tuve problemas para encontrar un relay de 24v de doble circuito, así que usé dos relays simples de 12 v en serie. Éstos últimos se consiguen muy fácil, además de ser bastante confiables eléctrica y mecánicamente y aguantan muchos amperios.

Y por último, hice el PCB. A Ratmayor le gustó, al punto que me dijo que ni él mismo los hubiera hecho mejor. Tiene el tamaño de una tarjeta de presentación, bastante pequeños, para albergar todos los subcircuitos que bien explicó él. Es que a mí me gustan los pcbs, lo más pequeños posibles

Además, va un archivo con el esquemático tal como yo lo entendí. Tiene los valores y nomenclatura que YO USÉ en el momento, No se confundan con eso.

Los buenos observadores, notarán un cambio pequeño, nada relevante, en los leds indicadores. Yo preferí esa configuración. Pero ahora que lo veo, Ratmayor la simplificó aún más.

Bueno, sigo con los buenos observadores: En el PCB, notarán los pads para una futura bornerita. ¿Qué se puede poner allí? Bienvenidos los aportes. Por ejemplo, ¿que tal un circuito que accione unos ventiladores cuando la temperatura alcance niveles peligrosos?

Como uso un class D, no lo necesité. Pero quizá algunos les haga falta. Así que los invito a que lo hagan y lo compartan.
Sobre el diseño, pueden buscar en el foro, que hay varios. Y muy buenos.

Por ejemplo, éste debería funcionar bien:
http://www.forosdeelectronica.com/pr...ventilador.htm

Funciona por PWM con un 555.

Solo lo tienen que adaptar voltajes, pues desde la bornera de nuestro circuito, encontrarán 24 v.

También hay uno de Rod Elliot, que es buenísimo o si no pregúntenle a Ezevalla.
http://sound.westhost.com/project42.htm

En fin, en el foro, hay varios aportes.

A Ratmayor también le ha gustado controlar los ventiladores por medio de audio. En fin, posibilidades hay muchas para que cada uno lo "customice" a su gusto.

Bienvenidos sus ideas y aportes.

---------- Actualizado después de 14 minutos ----------

Acá va el PCB.

El archivo original, en PCBWizard, también lo comparto, por si desean modificarlo.

Para los que no tengan ese programa, va también un PDF, con las pistas. Si lo van a hacer por el método de planchado, basta imprimir tal como está.

Anímense, que de verdad, vale la pena.


Saludos.
Imágenes Adjuntas
Tipo de Archivo: jpg Foto.JPG (77,0 KB (Kilobytes), 867 visitas)
Tipo de Archivo: jpg Prot.jpg (99,6 KB (Kilobytes), 668 visitas)
Tipo de Archivo: jpg Protector.JPG (64,6 KB (Kilobytes), 696 visitas)
Tipo de Archivo: jpg Protector 001.jpg (100,0 KB (Kilobytes), 601 visitas)
Tipo de Archivo: jpg Protector 009.jpg (116,3 KB (Kilobytes), 559 visitas)
Tipo de Archivo: jpg ImagenPCB.JPG (60,3 KB (Kilobytes), 817 visitas)
Archivos Adjuntos
Tipo de Archivo: pdf Esquematico.pdf (16,5 KB (Kilobytes), 1478 visitas)
Tipo de Archivo: rar PCBClassD.rar (7,5 KB (Kilobytes), 884 visitas)
Tipo de Archivo: pdf Pistas.pdf (51,4 KB (Kilobytes), 1032 visitas)
06/07/2012 #7

Avatar de BladeLogan

Amigo sé que le has dedicado mucho tiempo a este trabajo.... muy bueno y muy completo... de verdad te sigo admirando cuando se trata de sonidos…

PD: espero que ahora si vengas y trabajes
06/07/2012 #8

Avatar de BUSHELL

A continuación una explicación sencilla, para que lo entendamos los mortales, de qué es lo que hace este maravilloso bicho.

A mi manera.

Ya sabemos que funciona a 24 v. Yo, como soy un atrevido sin cura, le meti la mano e incluí una especie de prerregulador, para aprovechar la tensión que ya tenemos en la fuente del amplificador. Vean el esquemático.

¿Dónde se instala? a la salida de potencia de los amplificadores, antes de los altavoces, dentro del gabinete (parece obvio, pero no sobra la explicación).

En caso de presentarse alguna falla de las explicadas por Rat, inmediatamente se abren los contactos de los relés, desconectando los altavoces= Protección total.

Ahora bien, qué hace el Protector? O mejor…qué incluye por el mismo precio?

Veamos:


Incluye un protector DC: (Si el ampli falla, protege los altavoces).

Incluye protector de corto (Si fallan los altavoces o si se suscita un corto a la salida, o si manos criminales cortocircuitan los cables de salida). También es llamado protector de sobrecarga, en inglés ”overload protection”.

Incluye un retraso al encenderlo, para evitar los molestos y/o peligrosos “Pop” de encendido de algunos amplificadores. (Ese POP es por el proceso de carga de los capacitares de fuente).

Incluye un detector de Ausencia de AC, para evitar los ruidos de apagados. Al apagar el amplificador, se busca con esto que se desactiven INMEDIATAMENTE los relés y así evitar ruidos molestos audibles por los altavoces.

Incluye un indicador visual con uno o dos leds. No es crítico, pero se vé lindo. Escojan cualquier configuración: Una de las dos de Rat, o la mía que va con dos leds (uno rojo y otro verde y un par de transistores), quizá demasiado compleja, pero bahh, funciona lindo.
La cosa es: Si el led verde está encendido, todo es felicidad, todo ok. Pero si se enciende el led rojo, algo anda mal. Muy mal. Por lo tanto NO SONARÁ TU AMPLIFICADOR, pues los relés no se activarán. Debes, entonces, corregir el fallo.

Sobre el indicador visual: A Ratmayor, le gustaba un led rojo oscilante.
A mí, dos led: Uno rojo y otro verde. Como fui yo quien hice la PCB, pues me impuse.

Otra opción es usar un led tricolor, de esos de tres patitas. Se usaría el led rojo y el verde.
Rojo indica Protector Activado y Verde indica todo Ok. La forma de conectarlo, lo posteo después, es muy fácil. La ventaja de usarlo es que solo usamos un led y no dos. En fin, depende del gusto de cada quien.

Voy a describirles cómo funciona el que yo hice, que lleva dos leds (uno rojo y otro verde):

Al encenderlo por primera vez, se observa el led rojo encendido…..transcurren unos pocos segundos y luego se escucha el clic de los relés (están en serie). Ahora quedan pegados los contactos y el led rojo se apaga y se enciende el verde ( los altavoces ya deben estar sonando.)
Cuando actúa cualquiera de las protecciones incluídas, el led rojo se enciende, mientras dura el evento anómalo. Una vez se soluciona el fallo, se apaga el rojo y enciende el verde nuevamente.
Nunca estarán los dos leds encendidos al mismo tiempo!!!

Qué bueno.



Saludos!!
06/07/2012 #9
Moderador

Avatar de Ratmayor

BUSHELL dijo: Ver Mensaje
él es bien perezoso para hacer PCBs
BladeLogan dijo: Ver Mensaje
espero que ahora si vengas y trabajes
No soy flojo, solamente practico el Coyoculto

Bien lo prometido es deuda, aquí estan los PCB's del proyecto, hice una version para amplificadores Clase D y STK monofónicos y otra versión para amplificadores Clase AB transistorizados a los que se les pueda tomar una referencia directa desde el emisor positivo, pero puede ser usado en otro tipo de amplificadores estéreo cambiando las conexiones como se muestra en los siguientes diagramas.
Para amplificadores basados en integrados tales como STK, TDA, etc. o amplificadores clase D, deben usar esta configuración. Noten que la salida del amplificador va conectado en los terminales "+E" del circuito. Las resistencias de 0,47Ω / 5W son necesarias.


Para el caso de amplificadores clase AB transistorizados, deben conectar la salida del ampli en el terminal marcado como "L Amp" o "R Amp" segun sea el caso y el terminal marcado como "+E" va conectado directamente al emisor del transistor positivo correspondiente al canal, tal como se mostró en diagramas anteriores.

Este está ideado para amplificadores basados en STK, TDA o Clase D monofónico, su conexión es muy sencilla, tal como se muestra en la imagen.
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06/07/2012 #10

Avatar de tatajara

Cada vez más completo felicitaciones a los dos y gracias por enseñarme algo más jeje
Lo único que YO le agregaría es una imagen o diagrama de conexión, así como lo iso rat con los parlantes me gustaría uno con cables de alimentación y demás, lo digo para los que son medio toscos como yo jeje o novatos
Bueno gracias de nuevo por enseñarme algo más que es algo que nunca había usado y tocaba el tema de oído y algunas lecturas
Saludos tatajara
06/07/2012 #11

Avatar de osk_rin

don rataro. le ha quedado perfecto todo

cuando me canse de practicar el coyoculto
me armo el segundo que es el que me interesa por el momento

todo bien chulo!
06/07/2012 #12
Moderador

Avatar de Ratmayor

osk_rin dijo: Ver Mensaje
cuando me canse de practicar el coyoculto
me armo el segundo que es el que me interesa por el momento
Descuida, nuestra "religión" está primero que nada , no mas comparte tus resultados cuando lo hayas armado...
07/07/2012 #13

Avatar de quercus10

Excelente trabajo, muchas gracias a los dos, Ratmayor/Bushell, por este gran aporte.
Se tendra en cuenta para proximos trabajos...
Saludos
09/07/2012 #14

Avatar de endryc1

gracias mil por este aporte, solamente les dire que esta es la proteccion que soñe, sin tener nada que ver con el circuito de potencia, solamente con la salida de audio, ahora soy felizzz. gracias de nuevo por este super aporte, seguro estoy que muchos lo agradeceran. yo no soy el primero ni sere el ultimo
09/07/2012 #15

Avatar de BUSHELL

Es un placer que te sirva.

Yo, la verdad, hubiera preferido que en el título dijera:

[Aporte]Protector Integral para Amplificadores y Parlantes

Así, grande, con colores y en negrita y con los Corchetes para la palabra [Aporte]. Pero Ratmayor, su creador, quiso que fuera así, en letricas chiquiticas...
Temo que pase desapercibido, por ese detalle y que se hunda en las profundidades del foro.

Quería que quedara a la altura de los otros Aportes. Solo es que pongan en el buscador Aporte y vean los buenos circuitos que salen.

Yo lo considero un gran aporte. Él, un "proyecto", para que los foristas lo mejoren y modifiquen.
Qué modesto!

Es un gran circuito!!!!
09/07/2012 #16
Moderador

Avatar de Tacatomon

Servido!

09/07/2012 #17
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

BUSHELL dijo: Ver Mensaje
[Aporte]Protector Integral para Amplificadores y Parlantes


Protector Integral para Amplificadores y Parlantes =

09/07/2012 #18

Avatar de Helminto G.

los buenos aportes como este se mentienen a flote porlo bueno y utilitario de su diseño, el amplificador clase "D" de ejtagle es un claro ejemplo...
11/07/2012 #19

Avatar de 0002

Impresionante aporte, sobre todo completo , motiva ver este tipo de aportes. Se convierte en el primer proyecto de vacaciones .

Saludos.
12/07/2012 #20
Moderador

Avatar de juanfilas

¡Excelente aporte! si bien ya cuando crearon el post iba a felicitarlos, decidí esperar para ver el proyecto terminado, simplemente he quedado así

¡Felicitaciones y gracias por compartirlo!
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