Высококачественный инвертор для усилителя класса Д

Для отработки схем модуляторов был разработан инвертор для усилителя класса Д с обратной связью только после дросселя. Промышленным способом изготовлялись 4 ревизии, в последней из которых исправлены все ошибки и учтены большинство пожеланий пользователей. Кроме того, плата разработана максимально универсальной, что позволяет довести выходную мощность до 350Вт только лишь заменой выходных транзисторов и повышением напряжения питания. Дальнейшее повышение мощности требует увеличения мертвого времени выходного каскада путем добавления одного дополнительного резистора и использование высоковольтных транзисторов типа IRFB4227.

Так как для начинающие радиолюбители часто сталкиваются с проблемами при разводке инверторов UcD усилителей, я решил выложить полное описание готовой любительской конструкции, которую можно использовать в своих разработках.

Результаты полученные с данным инвертором:

UcD режим (схема аналогична приведенной в патенте Б. Путзейса ): КНИ+шум 20Гц-20кГц, 1Вт-Р/2, не более 0,01-0,009%

Ncore режим: КНИ+шум 20Гц-20кГц, 1Вт-Р/2, не более: 0,002%.

Инвертор построен на стандартном включении аудиодрайвера IRS20957S.

Добавлены следующие узлы:

1. Высоковольтный step-down стабилизатор для питания драйвера на LM5008. КПД 82-86%. Выходное напряжение 12Вотносительно отрицательной шины питания.
2. Высоковольтные стабилизаторы напряжения питания модулятора, используются только на разъеме модулятора. Выходное напряжение +/-15В относительно земли.
3. Схема защиты от постоянного напряжения на выходе, которая отключает выходной каскад.
4. Схема отключения выходного каскада при снижении напряжения питания ниже заданного напряжения, обычно 0,6*Vcc nom.
5. Схема STBY с гальванической развязкой. Усилитель включается по внешнему сигналу 8-15В по входу STBY.

Для подключения модулятора предусмотрен "разъем" под штыревое соединение с шагом 2,54мм.

На разъем с усилителя выведены следующие цепи:

1. Силовые питания (можно использовать в модуляторе для PSRR-коррекции.(1,2 контакт))
2. Сигналы ОС с выхода усилителя (4,5 контакт)
3. Напряжения +/-15В (7,8,9)

С модулятора в инвертор поступает ШИ модулированный сигнал управления (3 контакт)

Принципиальная схема инвертора представлена ниже:

Монтажные платы :

Размеры ПП:

Перечень элементов и плата в формате LAY6 добавлены отдельными файлами.

Для настройки под применяемые выходные ключи нужно устанавливать затворные сопротивления не более, чем указано в таблице:

В зависимости от напряжения питания изменить напряжение резисторов R5, R10. В таблице под Uпит имеется в виду напряжение питания любого из плеч. (Это нужно для гарантированного отсутствия артефактов при включении/выключении усилителя)

Настройка элементов защиты верхнего ключа средствами драйвера в зависимости от выбранного типа транзисторов и необходимого тока срабатывания. Выбираются значения близкие к номиналам при 100С. Красным обозначен случай применения вместо 1 диода VD9 двух последовательных (без этого для ключей с низким значением Rdson настроить защиту на низкий ток невозможно). R22, R23:

Элементы защиты нижнего ключа R6,R7 тоже нужно выбирать ближе к значениям при 100С.

Все указанные транзисторы можно использовать при настройке мертвого времени на минимум - 15нс.

Единственным минусом данной конструкции является некоторая трудность крепления выходных транзисторов к радиатору через отверстия в печатной плате Требуется точная и аккуратная установка транзисторов и сверловка отверстий в радиаторе.

Таких плат я изготовил более 30 штук. Последние ревизии с полностью дифференциальным модулятором типа ncore получали высокую оценку пользователей. 

Сборка

Начать следует с нижней стороны. Монтируются в первую очередь SMD компоненты. Затем транзисторы в корпусах ТО-220 и другие элементы. После этого устанавливают детали на верхней стороне. Без установленного модулятора нужно проверить работу источников питания. Для этого  нагрузить стабилизатор на LM5008 сопротивлением около 300 Ом. Нагрузка подключается к разъему Х4 и проверить наличие напряжения на том же разъеме в пределах 12,4-13,4В. На эмиттерах VT3, VT4 должны быть напряжения около 15В относительно земли.

Кроме того проверяются напряжения на ножках IRS20957(согласно документации и расчетов элементов защиты)

После этого устанавливают заведомо исправный модулятор, и при наличии всех питаний замыкаются выходы оптопары (фототранзистора) для запуска усилителя.

 ***В некоторых случаях без нагрузки система защиты от постоянного напряжения на выходе блокирует сигнал STBY и усилитель не запускается. При отключенном выходном каскаде на выходные клеммы поступает напряжение с ОУ модулятора через цепи ОС, достаточное для срабатывания защиты.

Теги:

• Sprint-Layout
• УНЧ