Моно блок 250W Class D аудио усилвател с IRS2092 и IRFI4019H-117P

• Продуктът се произвежда от  ЗАХРАНВАНЕ КОМ •

Усилвателят е изграден на базата на дизайн IRAUDAMP7S от International Rectifier Corporation (виж приложения datasheet: iraudamp7s.pdf)

Използван е вариантът AMP7S-150.

Изграден е само един канал и не е ползван входният буфер показан на фиг. 35.

Добавени са две стабилизирани захранвания (+/-13.6V / 10mA) за външен предусилвател, както и допълнителна защита за говорителя с мощно реле (16A/250VAC)

Използвани са електролитни кондензатори 1000uF/63V, LOW ESR 50mOhm,  2980mA(rms) ripple current, (105C)

Увеличен е броя и капацитета на керамичните кондензатори свързани паралелно към всеки от електролитните кондензатори (5 * 2.2uF/100V/X7R)

Добавени са допълнителни филтриращи кондензатори в някои участъци от схемата.

Осъществено е двуполярно, двойно стабилизирано захранване към входния операционен усилвател на IRS2092.

(*) Виж приложения datasheet

Предимства:

• Висока надежност: драйверна и изходна част са разделени физически (не са обединени в един чип):
  - драйверна част : реализирана с SMD компоненти върху малка платка;
  - силова част: реализирана върху голяма платка носеща тежките елементи.
• Висока ефективност: до 90% при максимална мощност.
• Малко отделена топлинa при максимална мощност. Директният монтаж към метално дъно или стена е напълно достатъчен за охлаждането на стъпалото.
• Малки нелинейни изкривявания;
• Термична защита (при 100 градуса С). Осъществена e с терморезистор TH1 монтиран в отвор на алуминиевото тяло;
• Защита от ниско захранващо напрежение: настроена на 39V. Под тази стойност на захранващото напрежение драйвера спира автогенерациите
• Защита от високо захранващо напрежение: настроена на 62V. Над тази стойност на захранващото напрежение драйвера спира автогенерациите
• Защита от късо в изхода: настроена на около 29A. Стойността на тока през товара при максимална мощност е около 12 ампера.
• Защита на говорителя при евентуална повреда на стъпалото (използва мощно реле с параметри на контакта: Ag Alloy 16A/250VAC).
  Изпълнява следните функции:
  - защита от DC напрежение в изхода: изключва говорителя от усилвателя при DC напрежение в изхода по-голямо от +/-1.8V
  - закъснение на включване на говорителя към стъпалото при подаване на захранващо напрежение: 5 секунди
  - закъснение на изключване на говорителя към стъпалото при отпадане на захранващото напрежение: 20ms (0.02 секунди)

Описание на клеми и конектори върху голямата платка:

• клема Т4: изход
• клема Т1: +Vc, положително захранващо напрежение
• клема Т3: -Vc, отрицателно захранващо напрежение
• клема Т2: GND, захранваща маса
• конектор CN3: пин1-анод, пин2-кадод. Възможност за включване на LED, за индикация на включено или изключено изходно реле. (свързан или не товар към изхода)
  Когато товара не е включен към изхода (релето не е задействано), LED свети. Светенето на LED показва закъснението на включване на товара към изхода, както и активирането на защитата от DC напрежение в изхода на усилвателя.
   
• конектор CN1: пин1-AC1, пин2-GND, пин3-AC2. Захранване за защитната схема с изходното реле. Захранва се с променливо напрежение.
  AC1, AC2 са изводите на вторичните намотки на трансформатора, включени към захранващият блок на усилвателя. GND е средната точка (общият извод на двете вторични намотки)
   

Подходящ двуполярен изправителен блок за представения 250W-Class-D-аудио-усилвател, може да намерите тук.

• конектор CN2: пин1-Input, пин2-GND. Вход за аналоговият сигнал.
  Сигналът преминава през прехвърлящ кондензатор, съставен от четири керамични кондензатора (4*22uF/25V/X5R) и един полипропиленов 100nF/275V AC/MKP.
  Усилвателят е инвертиращ, с входен импеданс от 12к. Полипропиленивият кондензатор има много добри параметри и е идеален за прехвърлящ в аудио схеми.
  В случая керамичните кондензатори с общ капацитет 88uF спомагат за доброто прехвърляне на сигнала в ниските честоти (20~200Hz), а полипропиленовия кондензатор от 100nF подобрява  прехвърлянето на сигналите с честоти над 200Hz (200~20 000Hz).
  От долната страна на платката, близо до керамичните кондензатори, се намира джъмпера J2. Окъсяването му с капка калай води до окъсяване на съставният прехвърлящ кондензатор (в случай на нужда).

• конектор CN4: пин1(+Vamp), пин2-GND, пин3(-Vamp) - стабилизирано двуполярно захранване +/-13.6V за външен предусилвател с максимален изходен ток до +/-10mA.
  Усилвателя в клас Д е инвертиращ, с коефициент на усилване по напрежение 10. Избрана е тази стойност от съображение за по-добър динамичен обхват.
  Мощност от 250W върху товар 4 ома се получава при напрежение на изхода на усилвателя 31.6Vrms.
  Следователно за пълна мощност е нужно входно напрежение 3.16Vrms. Стандартните източници на сигнал предоставят 1Vrms в изхода си.
  Необходим е предусилвател с коефициент на усилване по напрежение 3.16 или малко по-голям: 3.4 (за запас).
  Ако предусилвателя е инвертиращ, ще се изпълнят две желани изисквания:
  - общият усилвател (предусилвател + крайно стъпало в клас Д) ще бъде неинвертиращ сигнала усилвател
  - предусилвателя като инвертиращ има по-добри показатели ( по-малки нелинейни изкривявания ), тъй като входният капацитет на инвертиращия му вход не се модулира от постъпващия аудио сигнал.

Подходящ инвертиращ предусилвател  за представения 250W-Class-D-аудио-усилвател, може да намерите тук.

Описание на конекторите върху малката платка:

• конектор CN1: пин1-Input, пин2-GND - директен вход за аналоговия сигнал.
  В случай, че не е нужно аналоговия сигнал да преминава през прехвърлящия кондензатор на голямата платка, е възможно той да бъде подаден директно тук.
  Добре би било джъмпера J2 от долната страна на малката платка да бъде разпоен, за да не се подава излишно аудио сигнала до голямата платка.
  Трябва да се има в предвид, че поради липсата на прехвърлящ кондензатор върху малката платка, подаденият сигнал не трябва да има постоянна (DC) съставка. В противен случай ще се задейства защитата от DC напрежение в изхода на усилвателя.
   
• конектор CN2: пин1-SHD, пин2-GND - свързването на двата пина заедно довежда до спиране на автогенерациите в изхода, т.е. stand-by режим.
  За целта може да се ползва двупозиционен микро ключ.

Индикация върху малката платка:

• DL1: output active - светодиод, зелен, слабо светещ, индикатор за нормален работен режим.
• DL2: protection indicator - светодиод, червен, силно светещ, индикатор в режим stand-by или за включена защита от:
  -  ниско захранващо напрежение
  -  високо захранващо напрежение
  -  късо в изхода
  -  температура на алуминиевата плочка по-голяма от 100 °С
  При задействане на която и да е от защитите, реакцията на драйверният чип е да спре генерациите към крайните транзистори.
  При късо в изхода генерациите спират за около секунда, след което се подновяват за много кратко време. Ако изхода продължава да бъде окъсен, генерациите отново спират и т.н.

Приложения:

• усилвател с високо качество за хобисти
• усилвател за пасивни Суб Буфери (subwoofer)
• усилвател за домашно кино (home theatre audio)
• замяна на крайните стъпала на различни устройства

Препоръки:

1. Не трябва да се обръща посоката на захранващото напрежение.

2. Входните кабели за аудио сигнала е препоръчително да са екранирани.

3. Сигналът, връщащ се от говорителя, трябва да се свърже в масата на двуполярния захранващ блок, който ще се ползва за захранване на представеното стъпало.
   (свързва се в най-нискоомната точка на цялата система, която всъщност е средната точка на електролитните кондензатори с голям капацитет, монтирани на захранващия блок).

4. Захранващата маса на усилвателя (GND, клема Т2) трябва да се свърже самостоятелно към масата на двуполярния захранващ блок.

5. Масата на конектор CN1:  пин2-GND (захранващата маса за защитната схема с реле) трябва да се свърже самостоятелно към масата на двуполярния захранващ блок.

Неспазването на препоръките в точки 2,3,4,5 може да доведе до намаляване на шумоустойчивостта и появата на 100Hz "брум" в изхода на усилвателя.

Принципна схема

• IRS2092 Audio Amplifier