Diseño de un Amplificador clase D de 200W

[pet]

Estoy intentando diseñar un amplificador de clase D de 200W para audio, funcionando en lazo cerrado. Las especificaciones de partida son las siguientes:

- Resistencia DC del altavoz: 4Ω.
- Respuesta en frecuencia: 20Hz-20kHz, ±0.5dB.
- THD<1% a plena carga, THD<0.1% en vacío.
- Frecuencia de conmutación: 200kHz.
- Potencia: 200W, medida como la potencia entregada a una carga de 4Ω con una consigna
senoidal de 1kHz.

Cabe destacar las siguientes simplificaciónes:
se supondrá que los altavoces presentan una carga constante de 4Ω en todo el rango de frecuencias de audio (en realidad, la impedancia es variable en función de la frecuencia). Continuando con las simplificaciones, la señal de audio que sirve de consigna para el amplificador se modelará como el conjunto de tres armónicos superpuestos de diferentes frecuencias: 10Vpico-200Hz (bajos), 5Vpico-1kHz (medios) y 1Vpico-10kHz (agudos).

No deseo utilizar circuitos como los TDA, por lo que se utilizan mosfet y diodos.
En la etapa de contro, se debe calcular la Vg necesaria así como la definición del límite de potencia para altavoces de mas impedancia (8 y 16 homios). Se diseñarán la protección de los interruptores (diodos y mosfet) de potencia. Se diseñarán los circuitos de disparo, así como el filtro de salida.

Creo que de momento ya va bien... Espero que os guste lo propuesto y que entre todos podamos realizar un diseño tan completo como este. La etapa de control para mas adelante, si este sale bien.

Gracias a todos por anticipado... UN SALUDO para los compañeros del foro.

 

[ricardodeni]

hola , muy bueno y muy interesante el tema, aca dejo un circuito que encontre ,no se si servira pero algo es algo, lo malo es que esta todo en ingles, de todas maneras estaria interesante hacerlo un poco mas simple que este que dejo.
bueno espero que sirva , saludos

 

[pet]

Que bien que a algien le agrade el tema y esté interesado en colaborar.

De momento estoy trabajando en la etapa de control. Estoy decidiendo si sera con dos mosfets o con cuatro. Seguire informaciónrmando... UN SALUDO!

 

[ejtagle]

Perdoná que no te transcriba lo que yo escribí en este otro foro Amplificadores clase D, pero es que estoy un poco falto de tiempo, y , además, no tengo en esta compu los documentos generados. Ahí encontrarás 2 amplificadores clase D, ambos son diseños míos (uno de ellos basado en un patente de Philips) de 200W sin problemas, discretos con mosfets. Yo los armé, y anduvieron perfecto. Ahí también está descripto el principiode funcionamiento de ambos. La THD de los mismos es < 0.01% y factor de amortiguamiento > 200 .. Respuesta de frecuencia plana hasta 25khz... No sé, cualquier cosa, pregunten y les aclaro más. Espero que les sirva!

 

[pet]

1.000.000.000 de gracias! Ahora mismole echo una ojeada y ya te comento...

GRACIAS!

 

[ricardodeni]

hola ejtagle otro millon de gracias por aca, hace un rato termine de armar el primero ( el que lleva el tl074) , anduvo de una, y suena excelente, te cuento que lo estoy probando con un pre de bajo , el gallien que arme, lo conecte sin el inductor de salida a un subwoofer audifiel de 12 pulgadas 100 W y 8 ohm, tira lindo y encima sin disipador.

de nuevo muchas gracias, espero que otros tambien se animen a hacerlo.

en estos dias pido una camara y subo fotos.

saludos, ricardo.

 

[dcmdcm]

hace poco disene un clase d, en el que se modulaba la senal en tres niveles con PWM, a 100W, pero como no pude conseguir bobinas de calidad el proyecto aun no esta terminado. Se podia utilizar a maxima potencia y ni siquiera se calentaba.

Un consejo, ten mucho cuidado con el diseno de tu pcb por que si no esto te puede causar problemas de EMI.

Unas imagenes del proyecto

 

[hazard_1998]

dcmdcm, como hiciste el control de pwm bipolar? yo tengo andando uno con conmutacion unipolar, del cual publique unas fotos ya que lo hice para un inversor senoidal puro. pero me interesaria ver como hacer conmutacion bipolar de forma discreta sin caer en tener que hacerlo con 2 triangulares y dos comparadores.

 

[dcmdcm]

pues ese es asi con dos portadoras, pero lo puedes hacer con modulacion sigma-delta, o en selfoscilating. pero en full bridge

 

[hazard_1998]

pero electronicamente, como aplicas sigma delta?
tenes algun esquema de como aplicar la conmutacion bipolar?

 

[dcmdcm]

Tengo un documento de una tesis de una univ de eua donde aplican sigma delta para conmutacion de 3 niveles, deja lo busco y manana lo pongo para que veas como.

 

[hazard_1998]

para ejtagle. estuve viendo el post que pusiste en otro foro sobre la etapa UCD, interesante, el tema es que yo estoy haciendo un clase D conmutacion unipolar, a partir de un modulador pwm tipo sg352X y la verdad funciona muy bien, es puente h a lazo cerrado, pero... el lazo esta antes del filtro, ahora, como puedo implementar un lazo de realimentacion adicional metiendo el filtro dentro del mismo?
alguien lo intentó? de ser asi que alguien me explique como calcularlo o arrimarlo, ya que el polo de salida me da un giro de fase de aproximadamente 15º a 1 decada por de bajo de la frec de corte y en ciertas condiciones el lazo se vuelve inestable.

 

[dcmdcm]

aqui pongo un link sobre lo que mencionada de clase d con sigma delta, una tesis y otros dos documentos que podrian ser interesantes

 

[dcmdcm]

para conmutacion bipolar, como es obvio, necesitas full-bridge (o puente H), y lo que se hace es que las 4 senales obtenidas ya sea con las portadoras o con sigma delta, las combinas, de un lado, arriba la senal A, y abajo A', y del otro arriba B' y abajo B. La idea es que entonces cuando la senal de entrada esta en 0, la carga esta conectada en los dos extremos a gnd o vcc, existiendo una diferencia de potencial de 0v, creando asi el tercer estado. Y algo interesante de esto es que puedes usar una fuente simple para la etapa de salida y no una bipolar, como es comun en los amplificador de audio

 

[hazard_1998]

eso lo entiendo, cuando la tension debe estar en 0 el puente h sigue modulando pero las dos cuadradas quedan en fase, obteniendo 0v en modo diferencial. pero para eso necesito 2 comparadores y 2 comparadoras.....
ahora, como logro realimentar a la salida del filtro? lee el post que le puse a ejtagle

 

[ricardodeni]

bueno aca dejo unas fotos del amplificador con el tl074 funcionando

saludos

 

[dcmdcm]

que frecuencias de corte tienes para tus filtros?, como estas retroalimentando desde las dos partes de del puente H, tienes un diagrama de tu amp?, en que condiciones se vuelve inestable?, tienes un diagrama de bode?

 

[hazard_1998]

te comento, no tengo diagrama de bode, es un poco empirico el trabajo que hice, pero la realimentacion que estoy usando ahora es desde antes de los filtros.
te comento, estoy utilizando un amplificador clase d como corazon de un inversor senoidal, donde el transformador de salida cumple como la L del filtro, segun he calculado, el codo de -3dB del filtro de segundo orden esta en 600hz y la portadora en 20khz, la frecuencia de salida de este equipo es de 60hz, ahora bien, la realimentacion del clase d por ahora la logro antes del transformador, que es el filtro de salida.
el tema es como meter dentro del lazo al propio transformador, lo que tengo por calculo es que la relacion de fase a la frecuencia de salida es de 15 a 30º (depende de la carga), en la frec de corte esta a 90º y a la de portadora cerca de 180º. ni bien tenga dibujado el diagrama lo subo

PD la realimentacion desde el puente H no es problema, esta funciona muy bien y es muy precisa y veloz, el problema es la otra.

 

[dcmdcm]

o sea, usas un transformador en lugar de bobina?, tienes un integrador a la entrada, donde inyectas la retroalimentacion, no?, seria util ver un esquema.
si conectas la retroalimentacion despues del filtro la fase a ganancia unitaria, debe ser unos 325 grados, o sea un margen de fase de 35 grados, deberias checar eso, y si se cumple, para propositos practicos puedes decir que es estable, la retroalimentacion contribuye con 180, mas lo de tu filtro y demas cosas, que a lo mucho deberian sumar 145 grados en el punto de ganancia unitaria.

 

[hazard_1998]

Bueno, aca posteo el esquema de lo que estoy desarrollando, comento, a la salida con el transformador a lazo abierto el error entre vacio y plena carga es de 0.5dB lo que se traduce en un 5% de error, pero quisiera dejarlo mas fino. lo que pude lograr hasta ahora fue bajar ese error a un 3% agregando un segundo lazo desde la salida hasta la entrada del amplificador de error del sg3526, si trato de darle mas realimentacion desde la salida el equipo oscila.. mañana si puedo posteo el circuito que use para realimentar el transformador.