Правильное питание усилителей класса D

[Den101]

Всем добра!

Собираю свой усилитель на TPA3255 в кучу (наконец-то). Блок питания решил делать линейным, благо нашелся трансформатор на 200Вт, который влезает в корпус. Маловато, конечно, в идеале надо бы 400, но с учетом габарита места установки - тогда только импульсный...

В общем, вопрос такой - делать ли стабилизатор напряжения на выходе или напихать неприлично много электролитов, чтобы не было просадок?

[BAA]

Больше всего порадовали те самые инструменты
вопрос
Do you have any reference designs for a single linear power supply to provide 51V DC and 12V DC to power the TPA3255?
У вас есть пример линейного источника питания для ... 3251

I'm from Audio product line. I'm not a power expert either...
I would suggest you go to the power forum and ask the guys there.
Привет, я из отдела звуковой продукции. Я не эксперт в питании
Предлагаю сходить на силовой форум и спросить там.

 

Чтоб услышать  - а мы не усилительщики? Последнее мое.
Вроде как PSRR 65 min 85 dB typ. Это про проникновение пульсаций и искаженя  сигнала. Там вроде как синхронный сигма-дельта модулятор и по идее ему "все равно". Перемножения в чистом виде нет.
Лист данных говорит о низком импедансе. Более того есть требования к реактивной энергии. То есть конденсаторы надо.
И второе соображение - сколько собственно питания м/сх вытерпит - это к вопросу нерегулируемого источника.
Как-то вот так. Таким образом при стабилизированом питании можно вытащить побольше, а при выпрямитель/конденсатор - поменьше.
То есть на ХХ или сбросе нагрузки и вообще любом случае не должно быть более 69 В питания. Рекомендованое 51 4 Ом, 53 6 Ом, есть зависимость от частоты (стр 31 D/S).

 

TPA3255_Class_D_SCH_001.pdf

[Russ3000]

Купил на 36В 9А блок питания импульсный, 3255 играет с ним нормально.

[Den101]

Я тоже вначале думал взять импульсный вольт на 40, но решил попробовать с классикой, тем более мне нужно несколько напряжений - 40-48В для питания оконечника, 12В для преда и ещё сервисная обмотка (пока не знаю, понадобится ли) для вентиляторов охлаждения и платы блока индикации.

[Russ3000]

Пока не пробовал, у меня усилитель МС очень капризен к близко расположенным импульсным источникам, возможно придется делать трансформаторный блок, в тумбочке есть ТПП 322  и мешок 22000х63В. По поводу стабилизатора пока ничего вразумительного не нашел, нужно пробовать.

[BAA]

49 minutes ago, Russ3000 said:

По поводу стабилизатора пока ничего вразумительного не нашел, нужно пробовать.

Это так, да еще и нагрузка емкостная. Может просто повторитель на мощном полевике? Только вот смысл тогда в классе D какой? Цена?

[Russ3000]

Работал с Power Integrations, с тех пор много воды утекло, а письма с новинками все шлют, была у них тема мощных аудиофильских блоков питания, надо будет программу запустить да глянуть.

[Minor]

Уважаемый Den101, не могли бы Вы озвучить своё решение вопроса - времени уже достаточно прошло, и как оно у Вас получилось? Я тоже сейчас планирую усилитель на этой схеме, и вопрос питания тут (и вообще в усилителях класса D) тут не праздный (куда более важен, чем при питании AB).

Почему-то считается, что если усилитель цифровой, то и блока питания достаточно импульсного, но это не верно. Далее мои соображения и сомнения - почему. Можно не читать.

Спойлер

Выходной сигнал усилителей класса D представляет собой широтно-модулированный прямоугольный сигнал постоянной амплитуды - фактически выходные комплементарные МОП-ключи просто коммутируют непосредственно напряжение источника питания. Соответственно на выход безо всякого изменения проходят все пульсации, часто включая и низкочастотные (100 Гц), если в ИП они были плохо отфильтрованы. Пульсации с частотой модуляции (сотни килоГерц), конечно, отфильтровываются выходными фильтрами (или, если усилитель бесфильтровый, самой акустикой), но остаётся куча комбинационного мусора, часть из которого попадает в звуковой диапазон, притом часто значительная.
Если в усилителях класса АВ перегрузка ИП происходит плавно и симметрично для обоих плеч, то в усилителях класса D просадка напряжения происходит ступенчато и, поскольку сигнал прямоугольный, приводит к паразитной модуляции, приводящей к асимметрии выходного сигнала (почему - это долго), что часто и наблюдается в роликах "тестировщиков" на тюбике (синусоида сверху заостряется, а внизу расползается) задолго до ожидаемого клипинга.

В идеале усилители класса D, как это ни парадоксально звучит, требуют питания строго постоянным током - от аккумулятора или источника питания с обычным сетевым трансформатором и линейным стабилизатором (если посмотреть на качественные японские или корейские усилители и сабвуферы класса D, все они имеют блоки питания именно такого типа, которые составляют большую часть объёма и веса устройства). Конечно, это сильно удорожает устройство в целом и делает его очень громоздким и тяжёлым, что сводит на нет одно из основных достоинств - компактность и экономичность.

Поэтому надо либо питать такие усилители от аккумуляторов достаточной ёмкости и обеспечивающих нормальные токи (5-10 Ампер) без существенной просадки, заряжая их в перерывах, либо смириться с необходимостью использовать линейные ИП.
Как полумера - специально подбирать импульсный источник питания с пульсацими при рабочем токе не более 0,2-0,3%. Найти такой трудно даже очень фирменный и дорогой, поэтому придётся обеспечить двух(минимум)-трёхкратный запас как по выходному току, так и по мощности. Т.е. усилителю 2х20 Ватт нужен блок питания 100-150 Ватт...
Радикальным решением может служить использование гибридных ИП, в которых выходным является линейный стабилизатор, а предшествующий ему импульсный поддерживает на регулирующем транзисторе падение напряжение, близкое к минимальному. Такие есть промышленные, но они очень дороги (можно посмотреть обзоры у Кирича), и пульсации у них мало отличаются от обычных импульсных DC. 
В домашних условиях, поскольку выходное напряжение постоянно, и его не требуется изменять, я думаю, проще и дешевле использовать тандем из импульсного и линейного стабилизаторов достаточной мощности, вручную фиксированно установив выходное напряжение первого на 2-4 вольта (сколько позволит схемотехника линейного) выше целевого выходного. Потери на линейном будут вполне приемлемы и для токов до 10 А.

Просто я уже порядком экспериментировал с D меньшей мощности, меняя им питание ИБП - Аккумулятор. Разница весьма ощутима. Даже в совершенно бюджетных, вроде TPA3110 или 3116-18 при питании от аккумулятора шума нет вообще, и звучание очень достойное.
Но на 30-50 вольт высокотоковый аккумулятор - это проблема (самоката у меня нет ). Вот я и думаю, стоит ли городить огород, и хотел бы узнать, к чему Вы в итоге пришли :)
Спасибо

 

[Den101]

21 час назад, Minor сказал:

Уважаемый Den101, не могли бы Вы озвучить своё решение вопроса - времени уже достаточно прошло, и как оно у Вас получилось? Я тоже сейчас планирую усилитель на этой схеме, и вопрос питания тут (и вообще в усилителях класса D) тут не праздный (куда более важен, чем при питании AB).

Почему-то считается, что если усилитель цифровой, то и блока питания достаточно импульсного, но это не верно. Далее мои соображения и сомнения - почему. Можно не читать.

  Скрыть контент

Выходной сигнал усилителей класса D представляет собой широтно-модулированный прямоугольный сигнал постоянной амплитуды - фактически выходные комплементарные МОП-ключи просто коммутируют непосредственно напряжение источника питания. Соответственно на выход безо всякого изменения проходят все пульсации, часто включая и низкочастотные (100 Гц), если в ИП они были плохо отфильтрованы. Пульсации с частотой модуляции (сотни килоГерц), конечно, отфильтровываются выходными фильтрами (или, если усилитель бесфильтровый, самой акустикой), но остаётся куча комбинационного мусора, часть из которого попадает в звуковой диапазон, притом часто значительная.
Если в усилителях класса АВ перегрузка ИП происходит плавно и симметрично для обоих плеч, то в усилителях класса D просадка напряжения происходит ступенчато и, поскольку сигнал прямоугольный, приводит к паразитной модуляции, приводящей к асимметрии выходного сигнала (почему - это долго), что часто и наблюдается в роликах "тестировщиков" на тюбике (синусоида сверху заостряется, а внизу расползается) задолго до ожидаемого клипинга.

В идеале усилители класса D, как это ни парадоксально звучит, требуют питания строго постоянным током - от аккумулятора или источника питания с обычным сетевым трансформатором и линейным стабилизатором (если посмотреть на качественные японские или корейские усилители и сабвуферы класса D, все они имеют блоки питания именно такого типа, которые составляют большую часть объёма и веса устройства). Конечно, это сильно удорожает устройство в целом и делает его очень громоздким и тяжёлым, что сводит на нет одно из основных достоинств - компактность и экономичность.

Поэтому надо либо питать такие усилители от аккумуляторов достаточной ёмкости и обеспечивающих нормальные токи (5-10 Ампер) без существенной просадки, заряжая их в перерывах, либо смириться с необходимостью использовать линейные ИП.
Как полумера - специально подбирать импульсный источник питания с пульсацими при рабочем токе не более 0,2-0,3%. Найти такой трудно даже очень фирменный и дорогой, поэтому придётся обеспечить двух(минимум)-трёхкратный запас как по выходному току, так и по мощности. Т.е. усилителю 2х20 Ватт нужен блок питания 100-150 Ватт...
Радикальным решением может служить использование гибридных ИП, в которых выходным является линейный стабилизатор, а предшествующий ему импульсный поддерживает на регулирующем транзисторе падение напряжение, близкое к минимальному. Такие есть промышленные, но они очень дороги (можно посмотреть обзоры у Кирича), и пульсации у них мало отличаются от обычных импульсных DC. 
В домашних условиях, поскольку выходное напряжение постоянно, и его не требуется изменять, я думаю, проще и дешевле использовать тандем из импульсного и линейного стабилизаторов достаточной мощности, вручную фиксированно установив выходное напряжение первого на 2-4 вольта (сколько позволит схемотехника линейного) выше целевого выходного. Потери на линейном будут вполне приемлемы и для токов до 10 А.

Просто я уже порядком экспериментировал с D меньшей мощности, меняя им питание ИБП - Аккумулятор. Разница весьма ощутима. Даже в совершенно бюджетных, вроде TPA3110 или 3116-18 при питании от аккумулятора шума нет вообще, и звучание очень достойное.
Но на 30-50 вольт высокотоковый аккумулятор - это проблема (самоката у меня нет ). Вот я и думаю, стоит ли городить огород, и хотел бы узнать, к чему Вы в итоге пришли :)
Спасибо

 

Приветствую!
Честно говоря, пожалел денег на приобретение импульсного БП, поэтому сделал линейный. Работает хорошо, фона нет, напряжение 45В. Ёмкости в фильтре около 15000мкФ (не считая тех, что на плате усилителя), стабилизации нет. Больше ёмкость не стал наращивать, а то софт-старт пришлось бы делать по-хорошему, я же сосредоточился на концепции здорового минимализма) Теперь хочу индикацию сделать и защиту АС подыскать подходящую (без защиты пока боязно эксплуатировать, хоть колонки и недорогие, но я к ним привык).

Насчёт защиты сразу скажу, что от брига не подойдёт (что было для меня большим разочарованием), т. к. в мостовом усилителе на каждой ноге выхода сидит постоянка относительно земли.

P.S. Если будете делать с аккумуляторным питанием, то рекомендую наши елецкие (у них есть высокотоковые серии - до 30А, беру такие для шуруповёртов). Однако, если габариты позволяют, на ОСМ-0,4 (для 3116 подойдёт и 0,25)  сделать линейный БП и будет вполне себе работать. Также думаю, что хороший фирменный импульсник тоже даст годный результат, но там цена будет несопоставима с этой тпашкой)))

Удачи!

[Minor]

Здравствуйте, спасибо большое!

2 часа назад, Den101 сказал:

Насчёт защиты сразу скажу, что от брига не подойдёт (что было для меня большим разочарованием), т. к. в мостовом усилителе на каждой ноге выхода сидит постоянка относительно земли.

Я себе купил вот такую, с оптронной развязкой - она как раз специально сделана для PBTL (нельзя обобщать землю). Сейчас распродажа на али - порядка 780 рублей. Недёшево, конечно (раньше было дешевле) - НГ на носу - все цены вверх :(.

Есть похожие на два канала без оптронов на UPC1237, дешевле - их нельзя брать - у них вот как раз земля запараллелена.

[BAA]

On 11/23/2024 at 4:45 AM, Minor said:

В идеале усилители класса D, как это ни парадоксально звучит, требуют питания строго постоянным током

В общем напряжением-но это не важно. Хотя самогенерирующие не знают про питание - вольт секунда накопилась - переключамся. В общем, для D с обратной связью не все так плохо
Пример 1. iscas.2006.1692853

Решение для "цифровых" усилителей. Источником помех/искажений является источник питания - при качественном будет и качественный сигнал.
Application Report SLEA049–June 2005 PSRR for PurePath Digital™ Audio Amplifiers
И в том и другом случае пульсации "давятся" обратной связью, в питании ли в модуляторе, не имеет значения.
Ну и как всегда сопротивление ключей и пошло - поехало, перекачка напряжений питания...

[BAA]

On 11/23/2024 at 4:45 AM, Minor said:

Почему-то считается, что если усилитель цифровой, то и блока питания достаточно импульсного, но это не верно.

Это верно. Импульсный источник "не имеет пульсаций" вплоть до частоты преобразования. Сетевые пульсации подавляются обратной связью. Приведено выше. Есть и другие способы подавления пульсаций.
Короче безоосный класс D - это тот самый потребитель для блока питания ЮАМ. С энергией на небольшой город

[Minor]

BAA, спасибо!
Напряжением, конечно, виноват 

1 час назад, BAA сказал:

пульсации "давятся" обратной связью, в питании ли в модуляторе, не имеет значения

Да не давятся они... Достаточно посмотреть осциллографом - что после блока, что в выходном сигнале.

1 час назад, BAA сказал:

Импульсный источник "не имеет пульсаций" вплоть до частоты преобразования

Да имеет же. Обычные, по крайней, которые все используют с D. Сотни милливольт при номинальных токах, в т.ч. и частотой сети 100 Гц. И всё это транзитом на выход усилителя - не заметил у помянутых здесь работы какой-либо обратной связи - правда, значит я плохо представляю их работу. Во всяком случае, если ИП трансформаторный, то выходной сигнал (до выходных фильтров, если они есть) модулирован этими 100 герцами - я так по крайней вижу на осциллограмме.
Ну слышно же всё это на акустике, хоть с фильтрами, хоть без. Фактически при работе на обычную акустику фильтры-то скорее для того, чтоб не фонить частотой ШИМ через провода, идущие к ней (как мне кажется).

1 час назад, BAA сказал:

В 22.11.2024 в 23:45, Minor сказал:

если усилитель цифровой, то и блока питания достаточно импульсного, но это не верно.

Это верно.

Я ж не говорю, что ИИП хуже линейного - конечно, лучше хотя бы тем, что он обычно стабилизированный (что, я считал, необходимо для D; не знаю, есть ли в рассматриваемом помянутая Вами обратная связь). Я о том, что в идеале (реальном идеале - для обычных людей, не миллионеров) после ИИП надо бы линейный стабилизатор для снижения общего шума ИП примерно до 1 мВ хотя бы. Быстродействующего - чтоб никаких иголок. В чём и проблема - устойчивый линейный стабилизатор с полосой до 1 МГц сделать трудно...
Я сейчас пытаюсь. Может, и напрасно - чего и хотел посоветоваться с Мастерами.

Спасибо, что откликнулись :)

 

Edited November 24, 2024 by Minor
Добавил цитату

[Den101]

В 24.11.2024 в 01:39, Minor сказал:

Здравствуйте, спасибо большое!

Я себе купил вот такую, с оптронной развязкой - она как раз специально сделана для PBTL (нельзя обобщать землю). Сейчас распродажа на али - порядка 780 рублей. Недёшево, конечно (раньше было дешевле) - НГ на носу - все цены вверх :(.

Есть похожие на два канала без оптронов на UPC1237, дешевле - их нельзя брать - у них вот как раз земля запараллелена.

Благодарю. Заказал такую, в середине декабря должна приехать, попробую.

[Minor]

Я не пробовал ещё - у меня сам усилитель едет только :)

[Minor]

У меня от этого производителя и продавца (AIYIMA) аналоговый усилитель L12-2 и 2/3-октавный эквалайзер (кстати, хорошо работает с помянутыми Russ3000 здесь как линейным ТПП322-КД213-18000 мФ, так и с ИИП 36В 9А) - хорошо сделано, и все комплектующие приличные. Да и об их готовых усилителях отзывы сильно преимущественно положительные. Вряд ли разочарует :)