Введение
Этот проект в основном в ответ на те, для кого не количество энергии вполне достаточно. Я потерял счет, сколько раз люди спрашивают, если все в порядке увеличения напряжения питания на каждый контур опубликованы, и в целом ответ — нет, это не хорошо. Каждый дизайн на этом сайте оптимизирован для заявила власти. Существует всегда некоторую гибкость, но вы должны быть очень осторожны, чтобы убедиться, что транзистор область безопасной работы (SOA) не превышен. Существует также максимальное напряжение для любой полупроводник, и устройства должны быть выбраны, чтобы обеспечить их использовать в своих рейтингах.
Хотя (боковое) MOSFET предлагают некоторые реальные преимущества, они относительно дорого, и трудно получить с напряжением рейтинги выше 200В. Вертикальная МОП-транзисторы (например, МОП ПТ и тому подобное) являются возможность, но страдают валового нелинейность при очень низких токов. Таким образом, относительно высокий ток покоя необходимо, и это делает отвод тепла, что гораздо сложнее. Есть также и другие вопросы, но их обсуждение выходит за рамки данной статьи.
Коммерческая усилителей примерно в то же власть, как этот усилитель доступны, и так же глупо, как этот дизайн. Это почти всегда класса G для ограничения рассеиваемой мощности. Это становится общей для больших усилителей мощности использовать SWITCHMODE источников питания (SMPS), и Есть некоторые, которые класса D (он же ШИМ или ошибочно называют «цифровой» AMPS). Многие из новых версий этих усилителей построены на одной большой печатной платы, использование преимущественно частей поверхностного монтажа, и «отремонтировать» заменить весь платы во многих случаях.
Вентилятор охлаждения является абсолютно необходимым, но почти никогда даже намекнуть, что владелец должен чистить фильтр (если установлен) или радиатор и вентилятор сборки на регулярной основе. В результате многих неудач … иногда выживает усилителя (если он имеет эффективную тепловую защиту), а другие просто взорвать. Ремонт дороги и часто очень трудно, потому что эти продукты не предназначены, которые будут обслуживаться с использованием традиционных методов.
Любое ожидание того, что последнее поколение усилителей высокой продлится в течение 20 и более лет (общий для более традиционных усилителей) является опрометчивым, и как только полная замена PCB больше не доступны усилитель ровно столько, сколько металлолома. В зависимости от того, где это сделано и кем, это может быть уже завтра днем.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Этот проект описывает усилитель, источник питания и тесты процедуры, которые все по своей природе опасными. Ничто не описано в этой статье должны даже быть рассмотрено, если вы полностью опытные, знаем точно, что вы делаете, и готовы взять на себя полную 100% ответственность за то, что вы делаете. Есть аспекты дизайна, которые могут потребовать анализа, придирчивости и / или модификации.
Продолжая читать эту статью и / или начала работы над проектом, вы предоставляете подразумеваемого соглашения, ESP проводятся безвредны за любые убытки или ущерб, чем бы он ни вреда. Вы принимаете все риски, жизни, здоровью и финансов (это будет очень дорогостоящее мероприятие), что проект может представить. ESP допускает, что могут быть ошибки и / или упущения в текст и схемы, которые следуют, и Вы согласны, что это станет вашей ответственности, если вы решили построить проект.
Способный 2 кВт пик и менее 1,5 кВт непрерывно, то надо сказать, что этот усилитель будет взорвать любой акустической подключенных к нему. Независимо от того, утверждал, что власти различных драйверов может работать, они не могут. Чтобы положить этому весь вопрос в перспективе, принять самые мощные и надежные драйвера вы можете (8 Ом), и подключить его напрямую к 110В сети (я рекомендую это как «мысленный эксперимент», а не на самом деле делают это). 110В RMS на 8 Ом составляет 1500 Вт Как долго вы ожидаете оратора к последним? Большинство будет тост в течение примерно 30 секунд или меньше! Очень немногие будут длиться немного дольше, но никто не будет считать, что уровень злоупотребления более чем несколько минут.
Я настоятельно рекомендую (на самом деле, я настаиваю), что вы читаете питания Vs. Эффективность, прежде чем продолжить.
Посмотрите voicecoil любой динамик. Представьте себе, как жарко будет получить даже с 100 Вт непрерывной мощности — почувствуйте 100W лампочка — 100 Вт вполне достаточно, чтобы любой малой массы очень жарко, действительно, очень быстро. 1500 W является удивительным (страшно даже) количество энергии! Посмотрите на размер кабеля, необходимых для выполнения 20А, то посмотрите на размер провода для voicecoil. Если вы не видите реальной проблемой, то я предлагаю вам отказаться от электроники занимают флористики в качестве хобби.
Следует понимать, что это подход «грубой силой», и что многое не случайно. Хотя можно было бы использовать более утонченность в окончательном проекте (например, использование отслеживания источника питания, или класса G нескольких подход шины питания), они сложнее дизайн, и потребует создание прототипа для проверки производительности. Поскольку у меня нет вообще необходимость в этом много энергии, я не готов тратить время и деньги, чтобы построить и проверить что-то я никогда не будете нуждаться.
Я знаю, что ни спикер меня есть (или я вероятно, когда-нибудь) можно считать, что много власти, и усилитель будет пустой тратой денег. Если кто-то будет достаточно глуп, чтобы платить мне AU $ 12000 Я бы заряд построить моно версия усилителя, то я бы с радостью это делать. Таким образом, я уверен, что он будет работать, как описано, но это почти наверняка никогда не будет построен меня. Я надеюсь, что мои читатели поделиться своим прагматизмом.
Если у вас (мудро) решили, что этот усилитель так же глупо, как я думаю, что это, а затем вернуться к проекту 68. Двойной версии платы с ± 70V поставок по-прежнему способна уничтожить многие водители, но Есть динамика, чем может взять его выход краткосрочной перспективе. Это делает его идеальным для сабвуфера долг, легко давая более 500 Вт на 4 Ом для переходных сигналов, или 450 Вт непрерывной (которые он может делать в течение всего дня с вентилятором радиатора). Это надежная конструкция, и, хотя не недороги, она по-прежнему представляет достаточно хорошее соотношение цены и таких высоких усилитель мощности. ИМО не имеет смысла пытаться для большей мощности, поскольку лишь немногие водители могут обрабатывать более пары сотен ватт, не испытывая тяжелые сжатия власти.
________________________________________
описание
Во-первых, давайте посмотрим на требования, чтобы получить 1,5 кВт на 4 Ом. Нам нужно 77.5V RMS на нагрузке, но нам нужно иметь немного больше, потому что напряжение питания рухнет под нагрузкой, и всегда будет некоторое напряжение потеряно через транзисторы, резисторы эмиттером и т.д. Напряжение питания должно быть …
VDC = VRMS * 1.414
VDC = 77.5 * 1.414 = ±109.6V DC
Так как мы не позволили потери тем не менее, мы должны позволить всему 3-5В для усилителя, и дополнительные 10 В или около того, чтобы обеспечить напряжение питания падать, когда усилитель будет загружен. Чем выше ток, тем больше I ² R (резистивные) потери, так 5В была использована в данном дизайне. С трансформатора мощностью 2 х 90 В, это дает выгружен питания в пределах ± 130 В постоянного тока (260 В постоянного тока общего числа), поэтому предложение должно относиться с крайней осторожностью, — это действительно очень опасно. Существует старый термин используется теми, кто работает с высоким напряжением …
Одна вспышка и вы пепла!
… и вы не мешало бы помнить об этом. Добавить на вспомогательные материалы (доведя до 270V DC), и предложение может убить вас в несколько раз, даже после его отключения от сети. Даже выходной сигнал к динамикам нужно относиться с осторожностью, поскольку 77V достаточно, чтобы дать вам неприятный шок.
Окончательный напряжение будет около 120В ±, потому что даже с самой большой трансформатор и конденсаторы фильтра, вы потеряете напряжения. Текущего спроса также является огромной. С пиковое напряжение 110 В, максимальный ток питания 27.5A в нагрузке 4 Ом. RMS спикер ток чуть менее 20А на полную мощность. Все, что вы думали, что Вы знали о построении усилителя должна быть повторно мысли. PCB треков не может быть использована для этих текущих уровней, так как дополнительное сопротивление вызовет текущие проблемы балансировки с силовых транзисторов. Вся проводка должна быть очень прочная, и должен абсолютно не допускать возможность контакта (он убьет вас) или короткого замыкания (которое убьет усилителя). Питания способна испарения тонких проводов и печатных плат треков.
Из-за вопросов, обсуждавшихся выше, биполярные транзисторы были выбраны в качестве наиболее подходящих для выходного каскада. В первую очередь это продиктовано напряжения питания, которая превышает допускаются для всех доступных боковых MOSFET. Это даже вызовом для доступного BJTs, но MJ15004 / 5 или MJ21193 / 4 пары находятся в рейтингах, так что они предложили. Хотя я, как правило, указать соединение пара (также называется пара Sziklai) для выходного каскада, в данном случае речь идет тройной стадии, и пара Sziklai (насколько мне это нравится), могут быть склонны к колебаниям, в первую очередь о негативном стороны. Это крайне нежелательно для усилителя с силой, что описано здесь. Несмотря на оговорки, тройной Дарлингтон больше подходит для этого приложения.
Далее, нам необходимо более пристально взглянуть на рассеиваемой мощности устройств. В худшем случае резистивная нагрузка рассеивание происходит, когда ½ напряжение питания на обоих нагрузки и транзисторов. Это происходит при напряжении 65 В на нагрузке (в худшем случае), и дает пик (мгновенная) мощность в обоих нагрузки и выходной каскад …
P = V ² / R = 65 м ² / 4 = 1056W
Это всего лишь отправная точка, потому что мы должны иметь запас прочности. Помните, что пик диссипации в реактивной нагрузки с 45 ° фазовый угол почти вдвое больше, рассчитанные выше, около 1900W. Если транзисторы могут быть сохранены при 25 ° C (вряд ли), это прекрасно, но мы должны добавить больше для обеспечения повышенной температуре. Я решил использовать 9 устройствах вывода, с 1 / 10 устройства, используемого в качестве водителя. Это поддерживает худшем случае рассеяния пик 212W — не так много запаса прочности, но это должно быть в порядке и на практике — отчасти потому, что напряжение питания рухнет под нагрузкой. Охлаждение является жизненно важным, — это усилитель потребуется весьма существенное радиатор и вентилятор охлаждения имеет важное значение. Вентиляторы должны сократить в не выше 35 ° C.
MJ15024 / 5 (или MJ21193 / 4) Устройства ТО-3 пакетов, и определены для 250 Вт диссипации при 25 ° C. Стоит отметить, что водитель в этот механизм будет способствовать некоторые из вывода, но это только уменьшает пик диссипации основных транзистора примерно на 5 Вт. ТО-3 устройств указаны потому, что они имеют самую высокую мощность какого-либо общего пакета цели, потому что тепловое сопротивление ниже, чем любой плоской-пак устройство пластика.
MJE340/350 предварительно драйверов уменьшить нагрузку на VAS (напряжение этап усиления) и обеспечивает хорошую линейность при достаточно низкой диссипации VAS транзисторов (Q4) и его источником тока (В6). Несмотря на это, около 12 мА через VAS, диссипация 0.72W, так Q4, Q6, Q9 и Q10 должен иметь радиаторы (или общий радиатор, который подходит для рассеиваемая мощность).Транзистор смещения сервопривода (Q5) должен быть установлен в тепловом контакте с основным радиатором.
Схема защиты будет ограничивать пиковая мощность транзистора около 180 Вт, с тока короткого замыкания около 12А. Это немного за пределами SOA из выходных транзисторов. Хотя возможно, чтобы получить схему защиты, чтобы заставить выходной каскад следовать кривой SOA, это почти неизбежно означает, что максимальная мощность не может быть достигнута, если схема защиты производится значительно сложнее. Для усилителя, который (я надеюсь) никогда не будет построен, это не было оправдано. В качестве альтернативы можно добавить больше выходных транзисторов.
Рисунок 1 — 1,5 кВт Усилитель мощностиСхема совершенно обычные, используя длинный хвост входной каскад пара, прямой связан с VAS. Нет текущим зеркалом была использована для LTP, так как это увеличивает открытое получить петлю и может привести к возникновению проблем со стабильностью. В очень высокой мощности усилителя, стабильность имеет первостепенное значение.Усилителя не должна колебаться при любых нормальных условиях нагрузки, потому что тепло может вызвать созданы почти мгновенный транзистор недостаточности.
Примечание: Очень важно, чтобы Q5 (транзистор смещения серво) установлен на радиатор, в отличном тепловом контакте. Это потому, что, в отличие от большинства других моих проектов, этот усилитель использует обычный выходной Дарлингтон конфигурации. Необходимо использовать расположение Дарлингтон (или с низким энергопотреблением Дарлингтон-транзистор, как показано на рисунке) для Q5, чтобы уклон остается на безопасном уровне с температурой. Это осталось в конструктор, потому как уже отмечалось, я не окажет техническую помощь для этой конструкции. Существует, вероятно, хорошая причина для моделирования и тестирования этот аспект дизайна очень осторожно, потому что это настолько важно.Расположение, как показано позволит снизить ток покоя при повышенных температурах. Например, если общий Iq при 24 ° С, 165mA, это упадет до ~ 40 мА при 70 ° C. Наверное это здорово, потому что есть некоторые задержки между властью »волну и выходных транзисторов передачи их тепло смещения серво через радиатор.
Дополнительные компоненты обратной связи (R6A и C3a, показана пунктиром) являются необязательными. Они могут быть необходимы для обеспечения стабильности. «Обратного хода» выход диоды (D9 и D10) обычно лишь когда-либо проводить если замыкания работает в то время как усилитель является движущей реактивной нагрузки.1N5404 диодов может выдержать пик, не повторяющийся ток 200А. Высшее номинальное компоненты могут быть использованы, если это необходимо. Номинальное напряжение должно быть не менее 400.
100 Ом trimpot используется в ЛТП используется для регулировки постоянного смещения к минимуму. С компонентом значения, как показано, смещение должно быть в пределах ± 25mV, перед регулированием. Второй trimpot используется для установки тока покоя. Это должно быть присвоено значение, как раз достаточно, чтобы минимизировать искажения кроссовера. Высокий ток покоя не хочется, просто из-за мощности. Ток покоя устанавливается так, что 150mV измеряют на R19 или R20.
Вы также отметить, что SOA-защита была включена. Я не люблю схемы защиты очень много, потому что они могут привести к очень слышимый деградации качества звука, если они работают, но в усилителе с таким количеством транзисторов (не говоря уже о массивной питания необходимо), доступную энергию вызовет мгновенное разрушение Выходной каскад, если защита не используется. Буду ли я на самом деле риск применения короткого замыкания на выходных клеммах? Нет, я бы не стал. Я не построил этот дизайн, и я не собираюсь этого делать. Полное моделирование говорит мне, что схемы защиты должны обеспечивать, чтобы ничего не взрывается, но я не собираюсь это выяснить.
Входная чувствительность составляет около 1.77V для 900W на 8 Ом или 1800 Вт на 4 Ом, или 1,6 В RMS для номинальной мощности (1,5 кВт на 4 Ом).
Больше мощности?
Верьте или нет, дизайн может быть выдвинут еще больше. Вам нужно будет добавить больше транзисторов мощности и модернизировать блок питания все же. Напряжение питания до ± 150 В можно использовать, не изменяя ничего, кроме увеличения количества выходных устройств. Хотя MJ15024 / 5 рассчитаны на 250 В, они возьмут больше, потому что база привязана к излучатель с очень низким сопротивлением. 1200 Вт на 8 Ом вполне возможно, около 2 кВт на 4 Ом (или 4 кВт / 8 Ом в BTL конфигурации). Я полагаю, что количество выходных устройств увеличится как минимум на 25% — в общей сложности 13 устройств для каждой поставки железнодорожным (26 в общей сложности, в том числе драйверов).
Там, казалось бы, некоторые действительные причины для использования МОП-транзисторов, не в последнюю очередь потому, что номинальное напряжение легко достигается с низкой стоимостью (переключение) устройств. Использование устройств с высоким напряжением с относительно высокой RDSon необходимо минимизировать искажения на низких уровнях. Учитывая, что эти обычно используют TO220 пакет, я рекомендую, чтобы пик диссипации ограничивается 35 Вт или меньше (~ 15 Вт в среднем). TO220 упаковка удобна, но безнадежно для передачи значительного тепла от узла к радиатору. Для этого потребуется около 50 х TO220 устройств для каждой железнодорожной станции (100 человек). Помните, что вертикальные МОП-транзисторы должны быть согласованы, так что ожидайте приобрести по крайней мере 300-500 транзисторов для обеспечения соответствия. Все параллельные устройства должны иметь как можно ближе к той же VTH (порог напряжения, затвор к источнику). Обратите внимание, что вертикальный вариант MOSFET была моделируется, построен и испытан при более низкой мощности (несколько сотен ватт), но здесь не показано.
Учитывая, что пик выходной мощности усилителя, как описано составит около 950W на 8 Ом и близко к 1800W на 4 Ом, я сомневаюсь, что любые обновления будут необходимы.
2 Ом?
Нет, не случайно. Добавление большего количества транзисторов, безусловно, позволит это — на самом деле, транзисторы там уже будет очень близко. Проблема просто вопрос тока. За RMS 40A на полную мощность только означает, что большое количество выходная мощность будет рассеиваться в виде тепла в разъемы и акустических систем, и он просто не стоит усилий. Кто хочет перетащить вокруг промышленных кабелей сварки, спикер ведет? Даже на 4 Ом, вам приходится иметь дело с более чем 20A RMS (и 30A пики), поэтому ведет и разъемы должны быть очень надежными.
Да, я знаю, что многие коммерческие усилители позволяют нагрузки 2 Ом, и есть до сих пор нет никакого смысла. Это просто глупость в его худшем, с производителями потакании капризам пользователей, которые никогда не слышали о законе Ома и не понимают самых элементарных законов физики.
________________________________________
источник питания
Питание необходимо для усилителя такого размера имеет массовый характер. Выращенный сварочные аппараты будут смотреть на него и плакать. Для периодической работы, необходимо минимум 1kVA трансформатора (или 1.5kVA для 2кВт версия), и она должна быть на заказ из-за напряжения используется. Если вы хотите загружать усилителя при непрерывной высокой мощности, то трансформаторы должны быть 2КВА и 3 кВА соответственно. Конденсаторы фильтра будет представлять проблемы — потому что вы должны колпачки рассчитаны на 150V, они будут трудно найти. Потому что высокое напряжение высокой шапки значение может быть трудно найти, это может быть необходимо использовать два электрокамины последовательно для каждого конденсатора месте. Это расположение показано на рисунке. Вы должны включить резистор параллельно — это выровнять напряжение на каждом конденсаторе, так что они имеют такие же напряжения. Не забудьте внимательно проверить пульсации текущий рейтинг! Это может быть как ожидается, будет более 10А, и недооцененный конденсаторы взорвется.
Другая трудность состоит мостового выпрямителя. Хотя 35A мостов, казалось бы, адекватную, пиковый ток повторяющиеся настолько высока, что они не могут справиться с этой задачей. Я предлагаю вам использовать два (или даже трех) параллельно, как показано на рисунке.Напряжение мостового выпрямителя рейтинг должен быть не менее 400, и они должны быть установлены на существенные радиатора.
Обратите внимание, что подача показано подходит для одного только усилитель! Для стерео-версии, вам потребуется трансформатор с двойной рейтинг для одного усилителя, и двойной емкости. Хотя стандартный P39 плавного пуска схема платы контроллера будет работать нормально, резисторы должны быть модернизированы. Серия мягкой резистор начала должна быть около 33 Ом и мощностью 50 Вт и более. Как вы можете видеть, выключатель питания просто относится низкое напряжение переменного тока для питания вспомогательного мостового выпрямителя и мягкий контур начать через контакты реле. Реле находится на панели управления, которая также имеет постоянного тока и тепловой обнаружения.
Дополнительных поставках 5В показано даст небольшое увеличение пиковой мощностью, но может быть опущен. С дополнительной напряжения, пиковая мощность составляет около 2048 Вт, 1920 Вт против и без него. Хотя это может показаться, что стоит, в реальном выражении это всего лишь 0,5 дБ больше. Вы получите гораздо больше, используя тяжелый калибр сети и акустических систем или другой розетке питания.
DC Защита — Вы не можете использовать выходные реле с этим усилителем! Если вина DC быть обнаружены на выходе, единственным вариантом является выключите питание. Реле, которое будет противостоять нарушение 115 В или 150 В постоянного тока в 25 А и более будет трудно получить, и очень дорого. Хотя ораторы будут подвергнуты полному напряжению питания, пока фильтр разряд шапки, как строитель усилитель, вы уверены, что они будут противостоять власти.
Меня, я не так уверен.
Вы заметите, что сети переменного тока указано для 230/240В только. Используйте на 115 не рекомендуется из-за течения. При полной мощности, усилитель будет привлечь не менее 10А (чуть выше рейтинг трансформатора), но с 115В, что возрастет до более 20А. Потери слишком велики с этим большой ток, так что в странах, 115/120V, я полагаю, что усилитель быть подключен к источнику питания две фазы, как само собой разумеющееся. Даже на более высоком напряжении питания, предел для стандартной розетке в Австралии 10А, поэтому непрерывный входной мощности ограничивается 2400W и непрерывной выходной мощности будет существенно меньше, чем эта.
Схема управления не должны быть сложными, но это очень важно. Хотя P33 могут быть использованы для обнаружения постоянного тока, было бы лучше использовать выделенный канал (который не был предназначен, и не будет).Тепловые датчики могут быть транзисторы или выделенные ИС, и простую схему компаратора определяет, что температура выше поездку значение 35 ° C, чтобы включить вентиляторы. Вентиляторы должны быть высокими выходных форматов, как они будут призваны избавиться от огромной количество тепла, когда усилитель толкают. Тепловая переключатели выступают в качестве резервного — если контроллер вентилятора не работает по любым причинам, как правило, открытые тепловые выключатели начнет болельщиков.
Я полагаю, что третичные тепловой схемы защиты быть добавлены, так что из радиатора достигает небезопасной температуры усилителя будет закрыта.
Водяное охлаждение является жизнеспособным вариантом для усилителя, как это, особенно на длительный срок высоким потреблением энергии в определенном месте.
________________________________________
строительство
Если вы решили построить этот усилитель, вы будете готовы потратить много денег и времени. Вы также будете иметь достаточный опыт, чтобы быть в состоянии работать из строительных процессов самостоятельно. Для одного канала, части одного будет стоить свыше AU $ 1000, вероятно, ближе к AU $ 1500 или даже больше. Просто силовой трансформатор, вероятно, будет около $ 250-300, а там, наверное, еще $ 300 или больше для конденсаторов фильтра. Вам понадобится радиатор мощностью около 0,03 ° C / Вт с принудительным охлаждением. Я не могу предложить подходящий радиатор, но вы можете быть уверены, что это будет большой и дорогой.
Пожалуйста, обратите внимание, что этот проект осуществляется только для информации, и я не буду оказывать любую помощь потенциальным строителям.Весь проект вашей ответственности, если вы хотите взять его.
________________________________________
тестирование
Если вы без ума достаточно, чтобы построить этот усилитель, то вам будет достаточно навыков, чтобы быть в состоянии выяснить, что необходимо, чтобы протестировать его. Помните, что малейшая ошибка может легко отправлять много дорогих транзисторов, удар треков от печатной платы, расплавить провода, и всякие другие неприятные возможности.
Как и с любой высокой мощности усилителя, начальное тестирование должно быть сделано с ограниченным по току источником питания и без нагрузки.Усилитель будет функционировать с минимальным взносом ± 10 В или меньше, а блок питания и полный усилитель должен быть проверена с помощью Variac (минуя плавного пуска для начальных тестов).Variac должна быть рассчитана таким же, как силовой трансформатор (т.е. по крайней мере 2КВА).
Я оставлю оставшуюся часть процедуры испытаний для конструктора, так как только люди, которые должны даже пытаться здания усилителей этой власти должны быть очень опытными с высокими энергетическими системами. Если это не описать вам, то даже не думайте об этом.
