Усилитель на igbt транзисторах: Усилитель звука повышенной мощности 25 КИЛОВАТТ на IGBT транзисторах | Электроника — это не просто!…

Содержание

Усилитель звука повышенной мощности 25 КИЛОВАТТ на IGBT транзисторах | Электроника — это не просто!…

Усилитель является составной частью более сложного комплекса: «УМЗЧ-АВ» Усилитель мощности звуковых частот, повышенной мощности», Обсуждается вариант на основе транзисторов IGBT.

Схема усилителя приведена на рис.1.

Выходной каскад — классический вариант в виде структуры на мощных NPN IGBT транзисторах, в количестве 100 шт.

Драйвер — вариант дифференциального усилителя на высоковольтных биполярных транзисторах.

Рис.1.Усилитель, схема электрическая

Рис.1.Усилитель, схема электрическая

Основные характеристики:

  • Мощность в нагрузке номинальная 25 кВт;
  • Мощность пиковая 50 кВт;
  • Сопротивление нагрузки: от 1 Ом и более;
  • Номинальная чувствительность 5 В;
  • Полоса частот 100 кГц;
  • THD не хуже 0. 51 %
  • Напряжение питания +_310 В;
  • Ток покоя не более 100 мА;
  • КПД не хуже 0.6;

Диаграммы характеристик

полученные на частоте 1 кГц при нагрузке 1 Ом:

Для синусоидального сигнала

Рис.2.Для синусоидального сигнала

Рис.2.Для синусоидального сигнала

Красный цвет — входной сигнал. Синий — выходной.

Для треугольного сигнала

Рис.3.Для треугольного сигнала

Рис.3.Для треугольного сигнала

Красный цвет — входной сигнал. Синий — выходной.

Для прямоугольного сигнала

Рис.4.Для прямоугольного сигнала

Рис.4.Для прямоугольного сигнала

Красный цвет — входной сигнал. Синий — выходной.

АЧХ

Рис.5.АЧХ

Рис.5.АЧХ

THD

Рис.6.ТНD усилителя

Рис.6.ТНD усилителя

Остальные характеристики:

  • Зависимость полосы частот от нагрузки;
  • Зависимость THD от нагрузки;
  • Нагрузочная характеристика;
  • Зависимость КПД от нагрузки;
  • Зависимость помех в выходных цепях от пульсаций по питанию;
  • Параметры для малых сигналов;
  • Параметры для больших сигналов;
  • Двухчастотные характеристики;
  • Аварийные режимы;

И ряд других — в последующих выпусках.

Внешний вид модуля усиления на рис.7

Рис.7.УМЗЧ, внешний вид модуля усиления

Рис.7.УМЗЧ, внешний вид модуля усиления

Внешний вид драйвера с частью выходного каскада, размещенные на охладителе, приведен на рис.8:

Рис.8.Внешний вид драйвера с частью модуля усиления

Рис.8.Внешний вид драйвера с частью модуля усиления

Далее, по мере готовности, будет информация:

  • Пусковые режимы;
  • О защите в цепи нагрузки;
  • О защитах в выходном каскаде;
  • Об охлаждении транзисторов в выходном каскаде;
  • О питании усилителя;
  • Конструктивные особенности УМЗЧ.

В предыдущих выпусках рассматривались варианты усилителя:

  • Мощностью 25 кВт на комплиментарных NPN и PNP транзисторах
  • Мощностью 20 кВт на MOSFET транзисторах

В следующем выпуске рассмотрим вариант усилителя повышенной мощности класса D с ШИМ.

Приглашаем на сайт «Информационные технологии, связь и управление» компании «Инженерный центр НЕВСКИЙ». Там больше подробностей.

Ждем следующий выпуск.

Для комментариев — подпишитесь.

Схема УНЧ на псевдо IGBT-транзисторах | Микросхема

Рад приветствовать всех любителей радиоэлектроники и радиотехники. Для начала хочу поблагодарить всех постоянных посетителей и читателей сайта за полезные и нужные советы, за ту неоценимую помощь, которую вы оказываете начинающим радиолюбителям и в целом всему сообществу электронщиков. Наша площадка стала хорошим форумом для обсуждения электротехнических вопросов, возникающих в ходе конструирования различных приборов, устройств и аппаратов. В дальнейшем планируется модернизация сайта с целью повышения удобства поиска, использования и публикации материалов, ведения дискуссий, а также наполнение новыми, актуальными схемами и конструкциями.

Сегодня предлагаю всем любителям УНЧ и звукотехники на тестирование и обсуждение схему УНЧ на псевдо IGBT транзисторах. Почему на «псевдо»? Ответим на этот вопрос и одновременно на комментарий уважаемого радиолюбителя так.

IGBT-транзистор сам по себе представляет некий гибрид полевого и биполярного транзисторов. Дословно на русский язык эта аббревиатура переводится, как «биполярный транзистор с изолированным затвором». Основное применение IGBT, для чего, собственно, они и разрабатывались, нашли в силовой электронике. Это, однако, не означает того, что их вовсе нельзя использовать в усилительной аппаратуре. Можно. Но все дело упирается в качественной составляющей таких усилителей. Как говорится, Hi end усилитель не собрать! Впрочем, это не мешает прагматичным немцам «впаривать» свои разработки на специально разработанных IGBT транзисторах за бешеные деньги под видом усилителей класса Hi-End (в авторской публикации названа цена в 200 000 долларов!).
Однако, если изучить характеристики таких транзисторов, имеющихся в продаже, можно сделать вывод, что ни один из них для высококачественного воспроизведения звука не подходит. Все-таки сказывается их основное предназначение. Так вот, непосредственно сами IGBT использовать в Hi-End классе нельзя, но можно найти им отличную замену.

В данном варианте УМЗЧ роль псевдо IGBT отводится общеизвестной комбинации из составного транзистора Дарлингтона с полевым транзистором на входе. Ведь это, по сути, тот же IGBT-транзистор, только выполненный на двух кристаллах, но с очень хорошими характеристиками с точки зрения звуковоспроизведения. Так автором (А.Шедный, город Омск) была разработана схема УМЗЧ, изображенная на рисунке ниже. За что ему огромное спасибо.

Техническая характеристика УЗЧ

По схемотехническому исполнению УЗЧ представляет собой симметричный одноканальный усилитель мощности низкой частоты, претендующий на класс Hi-End. Основные технические характеристики следующие. Номинальная выходная мощность усилителя на нагрузку 4 Ом составляет 225 ватт. Диапазон воспроизводимых частот колеблется в пределах 5…160000 Гц. Коэффициент нелинейных искажений при частоте в 1 кГц составляет порядка 0,001%, при 20 кГц – 0,008%. Отношение сигнал/шум = 110 дБ.

Краткое описание УНЧ

Звуковой сигнал через пленочный конденсатор С1 подается на регулятор громкости R1 фирмы ALPS. Следует заметить, что в случае применения в регуляторе громкости УМЗЧ отечественного потенциометра типа СП3-30в может наблюдаться нелинейность АЧХ на разных уровнях громкости. Входной каскад усилителя мощности звука выполнен на транзисторах VT1, VT7 и VT2, VT8 с каскодной нагрузкой VTЗ, VT5 и VТ4, VT6 и стабилизированными источниками тока для их питания VT10, VT9. Конденсаторы C7…C10 и C13…C16 необходимы для устранения самовозбуждения УМЗЧ. Выходной каскад УМЗЧ, как уже упоминалось выше, собран по схеме составного транзистора Дарлингтона с “раскачкой” на комплементарной паре VT15, VT16 полевых транзисторов фирмы Hitachi —2SK1058 и 2SJ162 (они же стоят в двухтактном каскоде).

В качестве выходных транзисторов VТ17…VТ20 использована комплементарная пара Hi-End транзисторов фирмы National Semiconductor — NJL4281D и NJL4302D с встроенными диодами-датчиками температуры кристаллов транзисторов (VD7…VD10). По справедливому замечанию автора относительно аннотации фирмы на эти транзисторы, где сказано, что изменения падения напряжения на диодах-датчиках вполне достаточно для обеспечения температурной стабилизации выходного каскада, схема УМЗЧ дополнена проверенной схемой термостабилизации на терморезисторе R32, с подобранным, соответственно, его номиналом. Поскольку при достаточно большой выходной мощности диоды не справляются, и транзисторы начинают перегреваться. Выходной фильтр R43-C34-L1-R44, ввиду использования на выходе биполярных транзисторов, упрощен.

О радиодеталях

В схеме усилителя звука применяются пленочные полипропиленовые (типа МКР фирмы MUNDORF) конденсаторы (C1, С28) и керамические многослойные (импортный аналог К15-5 на напряжение 1600 В) конденсаторы (C2, C7…C10, С17, С18, С22…С24, С27, С29). Постоянные резисторы — импортные, металлооксидные, типа МО или МО-S. Подстроечные резисторы (R8, R24, R31) — типа 3296W-1-100LF (импортный аналог отечественного СП5-2ВБ). Мощные резисторы (R14, R23, R28, R39…R43) — металлооксидные, типа МОХ (фирмы MUNDORF).

Добавлено: продолжение ниже

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: акустика, УНЧ

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Схема УМЗЧ с усилителем напряжения по схеме с общей базой
Аналоги отечественных транзисторов

Новая топология для УМЗЧ В.В. ( HI-FI ) — Усилители мощности низкой частоты (на транзисторах) — Усилители НЧ и все к ним

                                      Новая топология для мощных УМЗЧ

При создании усилителей большой мощности в выходном каскаде приходится применять параллельное включе­ние специально подобранных и согласованных групп тран­зисторов, что заметно усложняет и удорожает изготовление усилителя.

Гораздо проще и дешевле использовать в этом каскаде лидеров по коэффициенту усиления и мощности — биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), так как отпадают вопросы подбора и установки групп тран­зисторов. Но считается, что такие транзисторы могут рабо­тать только в переключательных режимах. К тому же среди них практически нет комплементарных пар.

В настоящее время сложилось устойчивое мнение, что только каскады с симметричным выходом на комплементар­ных транзисторах способны обеспечить высокие параметры УМЗЧ . Это происходит из-за того, что практически все они повторяют топологию разработанную Лином на фирме RCA еще в 1956 г., — входной дифференциальный каскад, второй каскад усиления напряжения и выходной симметричный двух­тактный каскад — усилитель тока. Но эта структура далеко не оптимальна, если одно из плеч выходного каскада пост­роено по схеме Шикпаи, как это бывает при конструирова­нии УМЗЧ с мощными транзисторами одинаковой проводи­мости.

Главная проблема усилителя с выходным каскадом на транзисторах одинаковой проводимости — это потенциаль­ная неустойчивость порождаемая тем, что одно из плеч вы­ходного каскада охвачено местной отрицательной обратной связью.

В результате существенно различаются фазо-частотные характеристики плеч. А это порождает звон и пара­зитную генерацию в выходном каскаде и требует дополни­тельной коррекции, симметрирующей такой выходной кас­кад, что снижает общую частоту среза УМЗЧ и приводит в итоге к повышению искажений [1]. Хотя такие схемы у конст­рукторов энтузиазма не вызывают, тем не менее, транзис­торы одинаковой проводимости широко используются в вы­ходных каскадах мощных микросхем УМЗЧ в силу дешевиз­ны производства. Конечно, среди биполярных транзисторов комплементарных пар достаточно много, и трудности возни­кают только с подбором пар комплементарных транзисто­ров группы IGBT, привлекательность использования которых очевидна. Это сдерживает применение таких транзисторов, при их неоспоримых достоинствах перед биполярными и по­левыми транзисторами.Существуют мостовые схемы мощ­ных каскадов, в которых не требуются комплементарные пары транзисторов. Но они довольно сложны, и в них слож­но использовать эффективную обратную связь, в результа­те мостовые схемы не получили широкого распространения, кроме автомагнитол, где их используют из-за ограниченного напряжения питания.

Рассмотрим отдельно несимметричный двухтактный вы­ходной каскад на IGBT (рис. 1), когда верхний транзистор включен по схеме с общим коллектором а нижний транзи­стор- по схеме с общим эмиттером.

Зависимость выход­ного напряжения от тока управления для верхнего транзис­тора составит: UH = lэ(1+R3* S ) *Rн, а для нижнего транзистора — UH = lэ*R3*S*RH. Можно заметить, что эти зависимости выход­ного напряжения очень близки, и при равном значении кру­тизны и большом сопротивлении резисторов в цепи затвора (R1, R2) выходной каскад практически симметричен. Но сим­метрия и линейность — это разные свойства. А замечатель­ное свойство этой схемы в том, что различие крутизны тран­зисторов можно компенсировать подбором резисторов. Та­кая симметрия недостижима для комплементарных полевых транзисторов. Различие крутизны у комплементарных пар полевых транзисторов достигает 300%, примерно такая же разница и их входной емкости.

Конечно, симметрия высока только на низких частотах, какими представляют и звуковые частоты. Задача состоит в том, чтобы построить схему с сохранением симметрии в наи­более широком диапазоне частот. И здесь топология Лина уже не является оптимальной.

Но вернемся к схеме на рис. 1. Недостаток каскада зак­лючается в том, что для каждого плеча требуется свой гене­ратор сигнала, и в результате возникают трудности с обес­печением термостабильности тока покоя каскада. Гораздо удобнее схема возбуждения каскада на рис. 2. Привлекатель­ность ее в том, что теперь не требуются два источника сигна­ла, и управление таким каскадом гораздо проще. Более того, здесь изменение сопротивления источника сигнала R изме­няет ток от источника тока к резисторам в цепи затворов транзисторов, причем изменение сопротивления Rr приво­дит к противофазному изменению напряжения на затворах транзисторов. При увеличении Rr отпирается верхний тран­зистор и запирается нижний, при уменьшении Rr запирает­ся верхний транзистор и отпирается нижний. Суммарное зна­чение токов на затворных резисторах, при любом значении Rr, остается неизменным и определяется источником тока.   ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,То есть, здесь осуществляется преобразование входного сиг­нала в управляющий симметричный противофазный ток, но в десятки раз различающееся управляющее напряжение, для верхнего и нижнего плеча несимметричного выходного кас­када, что необходимо для управления несимметричным вы­ходным каскадом. Так реализуется двухтактный режим ра­боты мощного несимметричного выходного каскада. Началь­ный ток выходных транзисторов и термостабилизация тока покоя достигается изменением тока одного источника тока, так как при уменьшении тока источника тока запираются оба транзистора.

Построение выходного каскада на транзисторах одина­ковой структуры проводимости по предлагаемой схеме дос­таточно привлекательно простотой, особенно при большой выходной мощности усилителя (более 100 Вт), когда IGBT- транзисторы имеют ряд преимуществ перед биполярными и полевыми транзисторами. К тому же, по мнению разработ­чиков фирмы PLINIUS звучание с усилителями на транзис­торах п-р-п структуры лучше, чем на транзисторах р-п-р струк­туры, и в дорогих моделях они предпочитают асимметрич­ный выходной каскад [2]. Объясняют это тем, что транзисто­ры предпочтительной структуры более линейны и имеют луч­шие частотные свойства, а также больший коэффициент уси­ления.

Для эффективного использования IGBT, а также поле­вых транзисторов одинаковой проводимости мною предла­гается новая структура УМЗЧ [3] — входной каскодный уси­литель далее составной каскад на транзисторах разной про­водимости с источником тока и стабилитроном и, наконец, двухтактный несимметричный выходной каскад с транзис­торами одинаковой структуры. Эта структура с вольтдобавкой и вспомогательными цепями показана на рис. 3. Новая структура создает самый короткий путь прохождения сигна­ла к нижнему транзистору, который имеет наихудшие час­тотные свойства и, несмотря на простоту, имеет большой общий коэффициент усиления.

Рассмотрим схему на рис. 3 подробнее. Входной сигнал, через резистор R1, определяющий входное сопротивление усилителя, поступает на базу транзистора VT1. Включение этого транзистора в каскоде позволяет использовать на вхо­де низковольтный высокочастотный малошумящий транзи­стор и нейтрализовать эффект Миллера, а также уменьшить влияние синфазного напряжения. Транзистор VT2 должен выдерживать требуемое напряжение, т.е. быть относитель­но высоковольтным. Использование «сломанного каскода», вместо обычного, защищает транзисторы VT1 и VT2 от про­боя, так как при перегрузке входным сигналом рост тока VT1 и VT2 ограничен резистором R3.

Использование дифференциального входного усилителя вместо каскодного приведет к уменьшению крутизны вход­ного каскада в два раза и увеличению шума входного каска­да на 2 дБ, а это, в конечном счете, приведет к росту искаже­ний. Также появится необходимость в подборе пары вход­ных транзисторов.

С выхода каскодного усилителя сигнал поступает на со ставной каскад на транзисторах VT3 VT4, которые осуще­ствляют функцию Rr. Эти транзисторы включены по струк­туре ОБ-ОЭ с объединением по эмиттерам, что является оп­тимальным для выбора и использования транзисторов. Ко­эффициенты усиления по напряжению и по мощности тран­зисторов VT3 и VT4 сильно различаются, это требует приме­нения в качестве VT3 высоковольтного транзистора средней мощности, частотные свойства которых, как правило, гораздо хуже маломощных низковольтных транзисторов. Поэто­му включение его в режиме ОБ более эффективно, чем в режиме ОЭ. Усиление по напряжению для VT4 не столь ве­лико, как для VT3. Поэтому включение его в режим ОЭ не слишком сильно ухудшит общую АЧХ.

Выбор подходящего дешевого высоковольтного транзистора п-р-п структуры для VT3 не вызывает проблем, а транзистор VT4 — низковольтный маломощный р-п-р структуры из высокочастотных транзисторов широкого применения.

Полевые транзисторы в качестве VT1 …VT4 использовать нецелесообразно, так как они имеют меньшую крутизну, чем биполярные  транзисторы, что будет эквивалентно снижению усиления каскадов и линейности усилителя в целом.

С целью увеличения максимальной амплитуды напряже­ния для полупериодов плюсовой полярности введена вольт- добавка в виде цепи R6, С1. Хотя вместо вольтдобавки мож­но применить дополнительное питание, что расширит диа­пазон работы усилителя в область низких частот. Стабилитрон VD1 компенсирует остаточное падение напряжения на транзисторах VT3, VT4 в полупериоды минусовой полярности и тем самым уменьшает напряжение насыщения по мину­су питания.

Применение параллельной ООС, вместо более распрос­траненной последовательной ООС, делает усилитель менее чувствительным (в части линейности) к изменению сопро­тивления источника сигнала. Так, при его увеличении нели­нейные искажения усилителя не возрастают как это происходит при использовании последовательной ООС [4].

Замечательным свойством предлагаемой структуры яв­ляется «естественное» ограничение максимального выходного тока. Дело в том, что напряжение на резисторах R5, R7 мо­жет максимально принимать только удвоенное значение от первоначального, и выбором сопротивления эмиттерных резисторов R8, R9 можно ограничить максимальный ток тран­зисторов, рассчитав его по формуле: Imax = (2Uнач – Umax)/Rэ,

где Uнач — напряжение затвор-эмиттер транзисторов VT5, VT6, при котором через транзисторы течет заданный началь­ный ток; Umax — напряжение затвор-эмиттер транзисторов VT5, VT6 при протекании через них максимального тока; Rэ — сопротивление резисторов R8, R9.

Благодаря тому, что максимальное напряжение на рези­сторах R5, R7 не превышает удвоенного значения от началь­ного (например: если Uзэ нач 5,7 В, то Uзэ max = 11,4 В), нет смысла устанавливать защиту затворов от перенапряжения. А так как токи всех приборов усилителя ограничены, нет не­обходимости в дополнительных схемах защиты каскадов, что заметно упрощает усилитель.

На практике напряжение затвор-эмиттер транзисторов при протекании через них максимального тока заранее не известно, поэтому экспериментальным подбором Rэ осуще­ствляется выбор I max.

Как нетрудно заметить, R8 и R9 выполняют не только ограничительную, но и линеаризующую функцию для VT5 и VT6, создавая местную ООС в самих нелинейных эле­ментах.

Вариант практической схемы реализации мощного УМЗЧ приведен на рис. 4.

Как видно из приведенных параметров технических ха­рактеристик, описываемый усилитель не уступает по каче­ству лучшим усилителям с симметричной структурой, и та­кая высокая выходная мощность реализована всего на вось­ми транзисторах! Неплохой результат при затратах на комп­лектующие порядка 10 USD, с учетом того, что не нужен под­бор и отбор групп транзисторов. И вообще схема является одной из лучших по соотношению затраты/качество.

Наиболее подробно особенности работы УМЗЧ можно описать по полной схеме (рис. 4) следующим образом. Вход­ной сигнал, через цепь С1, R1, задающую нижнюю гранич­ную частоту и входное сопротивление, поступает на базу тран­зистора VT1. В качестве входного выбран СВЧ транзистор КТ368А (для быстрого выхода из насыщения после перегруз­ки при ограничении вы­ходного сигнала). На базу этого же транзис­тора поступает сигнал обратной связи через цепь С2, R3.

Цепь СЗ, R2, R4 , R7 предназначена для ус­тановки нулевого на­пряжения смещения на выходе усилителя. Так как подстроечный ре­зистор R7 со временем может изменить сопро­тивление, вместо него лучше установить по­добранный при настройке постоянный резистор. Диоды VD2 и HL1 задают смещение на базу транзистора VT2 и одновременно осуществляют термо­компенсацию нулевого напряжения на выходе усилителя за счет одинаковых тепло­вых коэффициентов транзистора VT1 и диода VD2 (он же задает напряжение смещения по цепи R2, R4, R7).

Конденсатор С4 осуществляет коррекцию входного кас­када. С коллектора VT1 сигнал через VT2 поступает на базу эмиттерного повторителя на транзисторе VT3. Его задача — повышение входного сопротивления и тем самым повыше­ние общего усиления, а также ускорение запирания транзи­стора VT5 и нейтрализация эффекта Миллера. Стабилитрон VD3 увеличивает напряжение питания для VT3 и тем ускоря­ет запирание транзисторов VT4, VT5, увеличивая скорость переднего фронта.

С эмиттера VT3 сигнал поступает на базу транзистора VT5. Цепь L1, R13 осуществляет коррекцию составного кас­када на транзисторах VT4 и VT5. С коллектора транзистора VT5 сигнал поступает на затвор выходного транзистора ниж­него плеча. С коллектора транзистора VT4 аналогичный, но противофазный токовый сигнал поступает через стабилитрон VD7 на затвор выходного транзистора верхнего плеча.

Цепь R11, С7 в базе VT4 осуществляет инклюзивную коррекцию выходного каскада, повышающую устойчивость усилителя в режиме ограничения. Цепи С10, R22 и L2, R24 повышают устойчивость усилителя при изменении сопротив­ления нагрузки и при ее емкостном характере.

Диод VD8 уменьшает в два раза тепловую мощность, рас­сеиваемую на резисторе R20, за счет того, что по нему течет только ток зарядки конденсатора С8. Ток покоя выходного каскада, равный 0,2 А, выставляют подстроенным резисто­ром R17.

Для термостабилизации тока покоя УМЗЧ диоды VD5 и VD6 устанавливают на теплоотвод рядом с выходными тран­зисторами. Транзисторы VT4, VT6 снабжают небольшими пластиночными теплоотводами, так как рассеиваемая ими тепловая мощность достигает 0,8 Вт. Светодиод HL2 исполь­зуется для задания смещения источника тока на транзисторе VT6 и одновременно для индикации включения усилителя.

Выходные транзисторы необходимо установить на ради­аторе площадью не менее 3000 см2. Применение вентилято­ра позволит резко сократить его размеры, что заметно умень­шит габариты и вес усилителя.

При первом включении усилителя для защиты выходных транзисторов резисторы R19 и R23 рекомендуется заменить более высокоомными (до 3…10 Ом), и лишь после проверки напряжения на затворах можно установить соответствующие схеме 0,1 0м и выставить ток покоя. При этом для IRG4PC30W напряжение Uзэ = 5,7 В.

Требования к монтажу усилителя подробно описаны в многочисленных работах и статьях, и для получения достой­ного результата ими нельзя пренебрегать. Следует раздель­но провести слаботочные и сильноточные шины питания, об­щие провода сигнальных цепей и питания разделять объе­диняя их в одной точке только подводкой «звездой», полезно применять экраны для входных и слаботочных цепей. Здесь наиболее важно общую шину входного сигнала соединить непосредственно с эмиттером VT1, чтобы по ней не текли посторонние токи, создающие наведенные искажения. Со­единения выводов выходных транзисторов с платой необхо­димо выполнять по возможности более короткими. Мощные транзисторы желательно установить на радиаторы через бериллиевые прокладки для уменьшения емкостной паразит­ной связи.

Как видно из полной схемы (рис. 4), в усилителе приме­нена довольно сложная коррекция АЧХ (четыре конденсато­ра и дроссель, не считая резисторов). Это небольшая плата за то, чтобы несимметричная структура вела себя не хуже симметричной (с комплементарными приборами) и получить высокую устойчивость усилителя в зоне ограничения.  Мож­но сказать, что первая проблема достижения малых искаже­ний после выбора структурной схемы — это проблема выбо­ра коррекции АЧХ усилителя создающей необходимый за­пас устойчивости усилителя при большом изменении выход­ных токов и напряжений, и в то же время обеспечивающей минимальную фазовую задержку в рабочем диапазоне час­тот. В большинстве случаев именно коррекция становится определяющей, сводя на нет достоинства многих схем.

Разработчик всегда находится перед дилеммой — увели­чить ли глубину общей ООС для улучшения линейности уси­лителя или уменьшить ее глубину, чтобы увеличить запас устойчивости, который необходим, если сопротивление АС имеет сложный характер. И если усилители звучат по-раз­ному, то в большой степени это связано с запасом устойчи­вости, который очень заметно проявляется на больших уров­нях [5]. Именно поэтому УМЗЧ с «простыми» схемами часто показывают лучшие результаты, чем имеющие сложную (ча­сто на микросхемах) структуру. А каждый новый каскад дол­жен вводиться после тщательных испытаний эффективнос­ти новых элементов. Тем более, что увеличение глубины ООС в большинстве случаев не дает желаемого результата, а лишь ухудшает запас устойчивости. И тут на первый план выхо­дит правильная оценка критериев линейности и динамичес­кой устойчивости усилителя, которые в свою очередь зави­сят от грамотной коррекции. Причем грамотная коррекция должна минимизировать фазовую задержку в рабочем диа­пазоне частот, не ухудшая общую устойчивость. Часто го­раздо эффективней хорошая коррекция, чем новый каскад.

Конечно, выбранный способ баланса нуля на выходе уси­лителя далеко не лучший, и он привлекателен лишь своей простотой. На выходе УМЗЧ может возникать «плавающее» смещение до нескольких десятков милливольт, но оно не ска­зывается заметно ни на звуке, ни на рабочей точке выход­ных транзисторов. Для уменьшения же ухода «нуля» полезно ввести узел слежения на прецизионной микросхеме, пусть это и усложнит усилитель.

Примененные транзисторы IRG4PC30W недороги, но они имеют заметную нелинейность на начальном участке и боль­шую входную емкость. Если проверить весь ряд серий IGBT, предлагаемых изготовителями, то наверняка можно найти приборы с большей линейностью и меньшей входной емкос­тью. У автора не было возможности провести такую работу. С предложенными транзисторами можно улучшить линей­ность в два раза увеличением тока покоя до 0,5 А, но это потребует увеличения площади радиатора.

В заключение хочу отметить, что если нет потребности в большой мощности усилителя, то вполне можно использо­вать на выходе вместо IGBT транзисторов полевые транзис­торы с изолированным затвором и каналом n-типа, линей­ность которых заметно выше. Усилитель получит более вы­сокую линейность, при этом надо только подобрать резисто­ры для другого напряжения питания и стабилитроны для дру­гого напряжения затвора. Уменьшенный по мощности ана­лог УМЗЧ на полевых транзисторах, соответствующий при­веденной здесь схеме, успешно эксплуатируется автором в течение шести лет, доставляя массу приятных минут при про­слушивании в домашних условиях разного рода музыкаль­ных программ.

Литература

1.   Данилов А.А. Прецизионные усилители низкой часто­ты М Горячая линия — Телеком, 2004.

2.   Козырев В Усилители «Krell KAV-4-xi», «Audio Analogue Maestro», «Plinius 9200». — Аудио Магазин, 2003, №6, с. 71,72.

3.   Шпак С.В. Патент RU №2316891 от 10.04.2006.

4 Дуглас Селф о ранее не замеченном источнике иска­жений транзисторных УМЗЧ с общей ООС — Радиохобби, 2003, №3, с. 10,11.

5. Витушкин А., Телеснин В. Устойчивость усилителя и естественность звучания. — Радио 1980, №7, с 36,37.

Сергей Шпак г.Казань Татарстан 

P.S. На сайте уже поднималась тема редакционных ошибок , здесь ещё один пример такой ошибки : —

[email protected]

Лабораторный блок питания на IGBT транзисторе

Схема
   Лабораторный блок питания позволяет регулировать выходное напряжение в пределах от 1 до 18 вольт и ток от 0,03 до 4 ампера, в качестве регулирующего элемента используется IGBT транзистор.
   Регулировка производится с большой точностью, благодаря применению IGBT транзистора схема управления проще, да и снизился ток управления. Управляющее напряжение на затвор транзистора VT7 поступает с коллектора транзистора VT5, нагрузкой которого является источник постоянного тока в 20 мА, собранный на элементах VT6VD4R26R29C14. Постоянный ток коллектора транзистора VT5 значительно снижает влияние пульсаций входного напряжения, что существенно снижает пульсации стабилизатора. Усилитель ошибки на микросхеме DA5 стабилизирует напряжение на нагрузке, поддерживает равенство между опорным напряжением 1 вольт формируемое элементами DA1C3R2R3 и напряжением, формируемым делителем R36R35R34R33 относительно питающего напряжения +23 вольт. Для компенсации сопротивления проводов +Uвых, -Uвых и шунта Rш элементы источника опорного напряжения, а также резисторы обратной связи по напряжению R33-R36 подключаются двумя дополнительными проводами +U’вых и -U’вых непосредственно к нагрузке. Резисторы R32 и R37 обеспечивают обратную связь по напряжению при не подключенных к нагрузке цепях +U’вых и -U’вых. Стабилизация происходит следующим образом. Увеличение напряжения на нагрузке приводит к росту напряжения на резисторах R33, R34, которое через резистор R11 поступает на вывод 3 операционного усилителя DA5. Напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя уменьшается относительно инвертирующего, соответственно уменьшается напряжение на выходе DA5, что приводит к открытию транзистора VT2. Растущий ток коллектора VT2 открывает транзистор VT5, который уменьшает напряжение на затворе VT7. Ток коллектора VT7, а значит, и напряжение на нагрузке будет уменьшаться до тех пор, пока не наступит равенство напряжений на входах операционного усилителя DA5. Выключатель SB1 переводит линейный стабилизатор напряжения в режим источника стабильного тока. Во включённом положении SB1 транзистор VT3 открывается и закрывает транзистор VT2, блокируя работу усилителя ошибки на микросхеме DA5. Светодиод HL2 индицирует включение режима ограничения. В этом режиме операционный усилитель DA6 сравнивает падение напряжения на резисторах R28R31R38, которое пропорционально протекающему через нагрузку току с напряжением, установленным источником опорного напряжения DA3 и делителем R4…R8. Увеличение напряжения на выводе 3 операционного усилителя DA6 относительно напряжения на выводе 2 вызывает рост напряжения на выходе микросхемы и открытие транзистора VT5, который закрывая транзистор VT7 уменьшает ток, протекающий через нагрузку. Таким образом устанавливается баланс между опорным напряжением и напряжением на резисторах R28R31R38, который и приводит к стабилизации тока в нагрузке. Стабилитрон VD5 ограничивает напряжение затвор-эмиттер на безопасном уровне, поскольку в отсутствие нагрузки в режиме стабилизации тока транзистор VT5 полностью закрыт. Схема ограничения тока работает аналогичным образом и в режиме стабилизации напряжения. Светодиод HL1 индицирует момент ограничения тока нагрузки. Выключатель SB2 вместе с защитным термостатом, которые включены последовательно, управляют питанием нагрузки, подключенной к стабилизатору. Размыкание любого из них приводит к открытию транзисторов VT4 и VT5, закрытию транзистора VT7 и снятию напряжения с нагрузки. Светодиод HL3 индицирует режим отключения нагрузки.

Источник стабильного тока 6 мА, собранный на стабилизаторе DA2, питает источники опорного напряжения DA1 и DA3, компенсируя изменения и пульсации питающего напряжения +23В, что делает опорное напряжение зависимым только от температуры. Стабилизатор DA4 используется для питания внешних устройств (цифровой ампервольтметр) и в работе стабилизатора не участвует. На рисунке внизу показаны схема расположения элементов на печатной плате и сама печатная плата.

Печатная плата
Настройку начинаем с установки нижнего предела напряжения, который в данном случае совпадает с опорным. Для этого резисторы R35 и R36 выкручивают до упора против часовой стрелки в нижнее по схеме положение. Контролируя напряжение вольтметром, и подстраивая резистор R2, на выходе стабилизатора устанавливают значение, равное +1 В. Затем переменные резисторы R35 и R36 устанавливают в обратное положение и подстройкой резистором R34 устанавливают верхний предел диапазона напряжение +18 В. Для настройки ограничителя тока переменные резисторы R6 и R7 выкручиваются до упора по часовой стрелке  в верхнее по схеме положение. Подстроечным резистором R5 на выводе 2 микросхемы DA6 предварительно устанавливается напряжение +0,2 В. Затем ручки резисторов устанавливают на минимальный ток ограничения в нижнее по схеме положение. К выходу стабилизатора подключается внешний амперметр, светодиод HL1 должен индицировать включение режима ограничения тока. Плавно вращая ручки резисторов R6 и R7 устанавливаем максимальное значение тока в нагрузке. При необходимости подстройкой резистора R5 корректируют максимальное значение тока на выходе. Резистор R8 определяет нижнюю границу диапазона ограничения тока.

IGBT (БТИЗ) транзисторы

(биполярный транзистор с изолированным затвором)

Это полностью управляемый п/п прибор, в основу которого положена трехслойная структура. Включение и выключение осуществляется подачей и снятием положительного напряжения между затвором и истоком (UGE), соединœенным с эмиттером.

Для БТИЗ с номинальным напряжением 600 – 1200 В и более прямое падение напряжения в полностью включенном состоянии также, как и для БПТ, находятся в диапазоне 1, 5 ÷ 3,5 В = UКЭнасыщ. Это значительно меньше, чем Uси min у полевых транзисторов на этих же напряжениях. С другой стороны КМОП (MOSFET) с номинальными напряжениями 200 В и менее, имеют более низкое падение напряжения во включенном состоянии, чем БТИЗ, и остаются непревзойденными в области низких напряжений. По быстродействию БТИЗ уступают КМОП, но значительно превосходят БПТ. Время фронта и среза 0,2 ÷ 1,5 vrc/

Область безопасной работы (ОБР) гораздо шире, чем у БПТ по схеме Дарлингтона. Разработаны на 4500 В модули и 1800 А.

IGBT сочетает достоинства двух базовых видов транзисторов:

— высокое входное сопротивление, низкий уровень управляющей мощности — от транзисторов с изолированным затвором

— низкое значение остаточного напряжения во включенном состоянии — от биполярных транзисторов.

Диапазон использования — от десятков А до 1200 А по току, от сотен вольт до 10 кВ по напряжению. В диапазоне токов до десятков А и напряжений до 500 В целœесообразно применение обычных МДП (MOSFET) — транзисторов, а не IGBT.

Преимущества транзистора IGBT перед полевым МОП-транзистором заключается в:

1. Экономия площади кремниевого кристалла,

2. Улучшеные характеристики тока через биполярный коллектор.

3. Управление транзисторами IGBT идентично управлению полевыми МОП-транзисторами. Οʜᴎ имеют подобные характеристики управления затвором, а схема драйвера МОП-транзистора очень хорошо работает и с транзистором IGBT.

Основные недостатки: высокое напряженние насыщения из-за наличия двух последовательных p-n-переходов и то, что он может иметь длинный «хвост» выключения, который добавляется к потерям переключения. «Хвостовые» потери ограничивают частоту переключения до менее, чем 20 кГц.

Основные параметры и характеристики электронных усилителœей. Общие сведения. Основные свойства, классификация и структура усилителя. Амплитудно-частотная, амплитудная и фазовая характеристики. Их основные параметры

Усилители — устройства, предназначенные для увеличения параметров электрического сигнала (напряжения, тока, мощности).

Усилитель имеет входную цепь, к которой подводится усиливаемый сигнал, и выходную цепь, с которой выходной сигнал снимается и подается в нагрузку.

УПТ – усилитель постоянного тока

УЗЧ – усилитель звуковых частот

УНЧ – усилитель низких частот

УВЧ – усилитель высоких частот

ШПУ – широкополосные усилители

УПУ — узкополосные усилители

Δf = fв-fн — полоса пропускания или полоса усиливаемых частот.

Основные параметры:

Основные технические показатели усилителœей.

  1. Коэффициент усиления.

В случае если коэффициент усиления недостаточен, применяются многокаскадные усилители

В многокаскадных усилителях общий коэффициент усиления равен произведению коэффици-

ентов усиления каждого каскада.

2. Входное и выходное сопротивление. Эквивалентную схему усилителя можно предста-

вить следующим образом.

Задача передачи максимальной энергии от источника сигнала на вход усилителя, а также с

выхода усилителя на нагрузку принято называть согласованием. Для оптимального согласования

входное сопротивление усилителя должно быть как можно больше, т. е. значительно больше

внутреннего сопротивления источника сигнала, а выходное сопротивление значительно мень-

ше сопротивления нагрузки. Вопросы согласования возникают и в многокаскадных усилите-

лях. В случае если два усилительных каскада не согласованы между собой по входному и выходному

сопротивлению, то между ними ставится эмиттерный повторитель, имеющий очень большое

входное и малое выходное сопротивление.

3. Выходная мощность и КПД усилителя. Выходная мощность должна быть определœена по

формуле:

Значительно увеличить выходную мощность усилителя нельзя, т. к. при большом выходном

напряжении появляются искажения усиливаемого сигнала за счёт нелинœейности характери-

стик усилительных элементов. По этой причине вносится понятие номинальной выходной мощности.

Это наибольшая выходная мощность, при которой сигнал не искажается.

КПД усилителя можно определить по следующей формуле:

4. Уровень собственных шумов состоит из следующих составляющих:

· Тепловые шумы при нагревании сопротивлений, ёмкостей.

· Шумы усилительных элементов.

· Шум за счёт пульсаций источника питания.

5. Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания усилителя). Это полоса частот, в

которой выходное напряжение уменьшается не более чем до 0,7 своей максимальной

величины.

6. Искажения усилителя возникают за счёт нелинœейности характеристик транзисторов.

Искажения происходят за счёт появления в спектре сигнала высших гармонических составляющих, и характеризуется коэффициентом нелинœейных искажений (или коэффициент гармоник).

MOSFET транзисторы для аудио усилителей класса D

MOSFET транзисторы для аудио усилителей класса D

Наименование Корпус Bvdss Rds(on) typ. @10v [email protected] = 25°C Qg typ Qualification Level Заказать
IRFI4024H-117P 5-pin TO-220  55V  48 mOhm  11 A  8.9 nC  Consumer  {{IRFI4024H-117P}}
IRFI4212H-117P 5-pin TO-220  100V  58 mOhm  11 A  12 nC  Consumer  {{IRFI4212H-117P}}
IRFI4019H-117P 5-pin TO-220  150V  80 mOhm  8.7 A  13 nC  Consumer  {{IRFI4019H-117P}}
IRFI4020H-117P 5-pin TO-220  200V  80 mOhm  9. 1 A  19 nC  Consumer  {{IRFI4020H-117P}}
IRF6665TRPBF DirectFET SH  100V  53 mOhm  19 A  8.7 nC  Consumer  {{IRF6665TRPBF}}
IRF6645TRPBF DirectFET SJ  100V  28 mOhm  25 A  14 nC  Consumer  {{IRF6645TRPBF}}
IRF6644TRPBF DirectFET MN  100V  10 mOhm  60 A  35 nC  Consumer  {{IRF6644TRPBF}}
IRF6775MTRPBF DirectFET MZ  150V  56 mOhm  28 A  25 nC  Consumer  {{IRF6775MTRPBF}}
IRF6785MTRPBF DirectFET MZ  200V  85 mOhm  15 A  26 nC  Consumer  {{IRF6785MTRPBF}}
IRF6648TRPBF DirectFET MN  60V  5. 5 mOhm  86 A  36 nC  Consumer  {{IRF6648TRPBF}}
IRF6668TRPBF DirectFET MZ  80V  12 mOhm  55 A  22 nC  Consumer  {{IRF6668TRPBF}}
IRF6646TRPBF DirectFET MN  80V  7.6 mOhm  68 A  36 nC  Consumer  {{IRF6646TRPBF}}
IRFB4212PBF TO-220  100V  72.5 mOhm  18 A  15 nC  Industrial  {{IRFB4212PBF}}
IRFB4019PBF TO-220  150V  80 mOhm  17 A  13 nC  Consumer  {{IRFB4019PBF}}
IRFB5615PBF TO-220  150V  32 mOhm  35 A  26 nC  Industrial  {{IRFB5615PBF}}
IRFB4228PBF TO-220  150V  12 mOhm  83 A  72 nC  Industrial  {{IRFB4228PBF}}
IRFB4020PBF TO-220  200V  80 mOhm  18 A  18 nC  Consumer  {{IRFB4020PBF}}
IRFB4227PBF TO-220  200V  19. 7 mOhm  65 A  70 nC  Industrial  {{IRFB4227PBF}}
IRFB5620PBF TO-220  200V  60 mOhm  25 A  25 nC  Industrial  {{IRFB5620PBF}}
IRFP4668PBF TO-247  200V  8 mOhm  130 A  161 nC  Industrial  {{IRFP4668PBF}}
IRFB4229PBF TO-220  250V  38 mOhm  46 A  72 nC  Industrial  {{IRFB4229PBF}}
IRFP4768PBF TO-247  250V  14.5 mOhm  93 A  180 nC  Industrial  {{IRFP4768PBF}}

 

 

 

Усилитель звукового сигнала мощностью 600 Вт / Habr

Предлагаю вашему вниманию разработку прототипа усилителя звука мощностью 600 Вт

В усилителе используется микросхема TPA3255 производства компании Texas Instruments. Это высокоэффективный, высококачественный четырехканальный усилитель класса D. 

Модель платы усилителя

Принцип работы достаточно простой. На вход микросхемы подается аналоговый сигнал, он преобразуется в PWM и подается на выходные силовые каскады.

Нас интересует один из режимов работы микросхемы, PBTL параллельное мостовое включение выходных каскадов. Этот режим обеспечивает максимальную выходную мощность.

Конфигурирование режимов работы микросхемы осуществляется подключением входов управления в заданные состояния, что позволяет работать усилителю без управляющего микроконтроллера.

Кроме режима PBTL микросхема поддерживает другие режимы работы, основные из них:

  • SE – четыре отдельных канала с выходной мощностью до 148 Вт на канал в зависимости от выходной нагрузки и допустимых искажениях;

  • PBL – два канала с выходной мощностью до 315 Вт на канал в зависимости от выходной нагрузки и допустимых искажениях.

Кроме этого, внешние входы синхронизации позволяют включать несколько микросхем параллельно и суммировать выходную мощность  для получения более 600 Вт.

Схема включения микросхемы TPA3255

Рассмотрим включение микросхемы более детально

Питание микросхемы:

  • PVDD силовое питание выходных каскадов усилителя 53.5 В;

  • GVDD питание драйверов затворов 12 В;

  • VDD питание схемы управления и подготовки сигнала 12 В.

Кроме этого, внутри микросхемы есть источник опорного напряжения VBG, источник питания аналоговой части AVDD 7.75 В, источник питания цифровой части DVDD 3.3 В. Эти источники не предназначены для использоваться снаружи микросхемы, но должны быть подключены к внешним фильтрующим конденсаторам емкостью 1 мкФ.

Входы питания PVDD, GVDD, VDD микросхемы защищены схемой контроля понижения напряжения питания (UVP — Under Voltage Protection) При срабатывании этой защиты будут отключены выходные каскады усилителя и выход статуса состояния FAULT будет переключен в логический 0, вплоть до устранения причины.

Режим работы PBTL задается подключением входов M1 и M2 к общему проводу, и заземлением аналоговых  входов INPUTC и INPUTD. В этом режиме на входы INPUTA и INPUTB подается балансный аудиосигнал с номинальным уровнем 2 V RMS. Выходы OUTA и OUTC включаются параллельно, выходы OUTB и OUTD включаются параллельно.

Время задержки при включении задается конденсатором на выводе C_START, для режима PBTL его емкость должна быть 47 нФ.

Частота PWM сигнала задается резистором на выводе FREQ_ADJ

Номинал резистора на выводе FREQ_ADJ

Частота PWM

30 кОм

450 кГц

20 кОм

500 кГц

10 кОм

600 кГц

Чем выше частота, тем больше динамические потери в выходных каскадах. И тем легче отфильтровать частоту PWM в выходном сигнале.

Защита от перегрузки и короткого замыкания выходных каскадов настраивается резистором на выводе OC_ADJ .

Контроль перегрузки реализован отдельно для верхнего и нижнего транзистора каждого выходного полумоста.

Схема защиты от перегрузки может работать в двух режимах CB3C (Cycle By Cycle  Current Control) и Latching Over Current.

В режиме CB3C ограничение тока происходит непосредственно на каждом цикле PWM с выводом нулевого сигнала на выход статуса CLIP_OTW, при этом для каждого цикла, в котором сработала защита, увеличивается счетчик перегрузки для каждого цикла PWM, без перегрузки – счетчик перегрузки уменьшается. Когда счетчик перегрузок доходит до максимального значения (например, при коротком замыкании на выходе) каскад полностью отключается, устанавливается статус на выходе FAULT в ноль, вплоть до сброса состояния микросхемы сигналом RESET.

В режиме Latching Over Current при обнаружении перегрузки выходной каскад отключается, устанавливается статус на выходе FAULT в ноль, вплоть до сброса состояния микросхемы сигналом RESET.

Режим работы схемы защиты устанавливается номиналом резистора подключенного к входу OC_ADJ

Сопротивление резистора подключенного к входу OC_ADJ

Режим работы схемы защиты

Уровень тока при срабатывании защиты

22 кОм

CB3C

17. 0 A

24 кОм

CB3C

15.7 A

27 кОм

CB3C

14.2 A

30 кОм

CB3C

12.9 A

47 кОм

Latched OC

17.0 A

51 кОм

Latched OC

15.7 A

56 кОм

Latched OC

14.2 A

64 кОм

Latched OC

12.9 A

Для нашего применения мы используем режим CB3C с током ограничения 17 А. Выбираем резистор сопротивлением 22 кОм.

Микросхема имеет защиту от перегрева с двумя уровнями:

  • Overtemperature Warning – OTW , температура кристалла микросхемы превысила 120°C с выводом нулевого уровня на выход статуса CLIP_OTW. При охлаждении микросхемы состояние возвращается в рабочий режим.

  • Overtemperature Error – OTE, температура кристалла микросхемы превысила 155°C, каждый выходной канал переводится в отключенный режим, на выход статуса FAULT выводится низкий уровень. Микросхема вернется в рабочий режим после сброса сигналом RESET.

Вход RESET предназначен для остановки усилителя, отключения выходных каскадов, сброса состояний защиты микросхемы. Активный уровень низкий. Вход требует внешней подтяжки к уровню 3.3 В. При переводе входа RESET в логическую единицу запускается процедура конфигурирования усилителя в соответствии с режимами заданными на входах управления.

Выходы FAULT и CLIP_OTW сообщают о состоянии внутренних схем защиты. Оба выхода типа ’открытый коллектор’ с внутренней подтяжкой к 3.3 В. Оба выхода имеют низкий активный уровень. По сути, выход CLIPOTW символизирует о необходимости уменьшить уровень входного сигнала, а выход FAULT означает о наличии серьезного сбоя в работе усилителя.

Выходы BSTA BSTB BSTC BSTD предназначены для подключения конденсаторов питания драйверов затворов верхних транзисторов соответствующего полумоста.

Входы OSCIOM и OSCIOP предназначены для синхронизации PWM нескольких микросхем усилителей работающих на общую нагрузку. Такой режим позволяет получить мощности на нагрузке более 600 Вт.

Описание схемы

принципиальная схема усилителя

Для питания усилителя требуется источник питания на 53,5 В. Пиковая мощность, которую может выдать усилитель 600 Вт. В зависимости от характера музыки средняя мощность может составлять 15% – 30% процентов от пиковой. Источник питания должен обеспечивать среднюю мощность, а пиковая мощность будет браться с конденсаторов, расположенных на плате усилителя. Нужно обратить внимание, что при пиковой мощности 600 Вт токи, протекающие по плате, превышают 10 А, сама плата и компоненты должны обеспечивать работоспособность при таких токах с запасом.

Суммарная емкость конденсаторов на плате по питанию 53.5 В превышает 10000 мкФ. Разряженная емкость для источника питания равносильна короткому замыканию, у большинства источников питания будет срабатывать перегрузка и они не смогут запуститься и выйти на рабочий режим. Для успешной работы с усилителем источник питания должен поддерживать два режима работы: стабилизации напряжения и ограничения по току. Такой источник при старте ограничивает ток в нагрузку, плавно заряжая емкости по питанию в схеме усилителя. Когда напряжение на емкостях достигает заданного уровня, источник переходит в режим стабилизации напряжения.

Для работы усилителя с любым источником питания в усилитель добавлена схема ограничения тока, реализованная на транзисторах Q3 и Q4.

Микросхеме усилителя требуется напряжение 12 В, понижающий преобразователь питания реализован на микросхеме LM2596HVS-ADJ (или LM2596HV-12), обратите внимание, что требуется применять высоковольтный вариант этой микросхемы, именно HV.

Напряжение 3.3 В получаем линейным стабилизатором LM1117-3.3 или ее аналогом.

Для управления вентилятором радиатора охлаждения реализована отдельная схема на терморезисторе Th2 10 кОм, операционном усилителе U1 и транзисторе Q6. Терморезистор начальным сопротивлением 10 кОм в корпусе 0603 размещен под микросхемой усилителя и косвенно измеряет температуру, исходя из этого, температуру включения вентилятора разумно выбрать в районе 45°C – 50°C , несмотря на то, что терморезисторы в таком типоразмере бывают с различными температурными коэффициентами, сопротивление этих резисторов уменьшается в два раза от начального в диапазоне температур от 40°C до 50°C В схеме я использую резистор R45 4,7 кОм для установки уровня срабатывания вентилятора, запаивая параллельный резистор R30 можно уменьшить сопротивление и тем увеличить температуру срабатывания. На операционном усилителе заведена положительная обратная связь для реализации гистерезиса на включение/отключение вентилятора.

Была мысль реализовать плавное включение вентилятора, пропорционально температуре. Сделать это можно либо плавно изменяя напряжение на вентиляторе, либо использовать вентилятор с входом PWM для управления оборотами. В случае с плавным изменением напряжения регулирующий транзистор придется ставить достаточно мощный и на нем будет рассеиваться мощность до трех ватт, что для любительского применения возможно, но вряд ли допустимо в серийном изделии на мой взгляд. Для варианта с регулировкой оборотов вентилятора через вход PWM необходим микроконтроллер, что для данного прототипа мне показалось избыточным, и требуется вентилятор с данным входом.

Охлаждение микросхемы усилителя. Сверху корпуса микросхемы расположена площадка для передачи тепла на радиатор, в отличии от микросхем у которых площадка расположена со стороны платы, такая схема отвода тепла позволяет сократить тепловое сопротивление между корпусом микросхемы и радиатором, тем самым понижая температуру и позволяя увеличить максимальную отдаваемую мощность. У производителя Texas Instruments есть варианты микросхем усилителей с площадкой со стороны платы с меньшей выходной мощностью. При ориентировочном КПД усилителя в 90%, при пиковой мощности, в радиаторе потребуется рассеять около 60 Вт.

Для охлаждения микросхемы заложено крепление штатного радиатора для процессоров Intel под сокет LGA1150/LGA1155/LGA1156. Для передачи тепла от микросхемы на радиатор используется дополнительная пластина.

На вход усилителя требуется подавать дифференциальный сигнал (балансный), это позволяет значительно сократить наводку синфазной помехи на сигнальный кабель.

Для ввода балансного сигнала в усилитель использован разъем профессиональной аудио аппаратуры типа XLR.

Балансный сигнал используется преимущественно в профессиональной звуковой аппаратуре, в других сферах довольно затруднительно найти источник дифференциального сигнала. Для подключения однопроводных источников сигнала в схеме реализована схема согласования на операционных усилителях U3, U4, U5.

Входной буфер на U3 обеспечивает высокое входное сопротивление усилителя и стабильные характеристики независимо от различных возможных источников звука. На входе реализован фильтр второго порядка для удаления из сигнала шумов выше звукового диапазона. Фильтр реализован на проходной емкости защитного супрессора VD2, резистора R27, конденсатора C33 и резистора R26. U3B включен инвертирующим усилителем с коэффициентом усиления равным единице, при необходимости им можно задать предварительное усиление.

На операционном усилителе U4 реализована классическая схема активного регулятора громкости профессиональной звуковой аппаратуры. Эта схема реализует логарифмическую функцию регулировки громкости от угла поворота переменного резистора линейного типа. Второй операционник U4B дополнительно усиливает сигнал в десять раз.

На операционном усилителе U5 реализовано формирование дифференциального сигнала для подачи на микросхему TPA3255.

Как и для большинства импульсных силовых микросхем трассировка печатной платы определяет характеристики и качество работы прибора в целом. Для платы усилителя следует применять стеклотекстолит FR-4 с медной фольгой двойной толщины (2 oz – двухунцевый стеклотекстолит).

Мне довольно трудно оценить насколько интересна тема разработки электроники читателям Хабра и насколько детально имеет смысл описывать устройство, конструкцию или принцип работы. Кроме того, так как при разработке данного проекта отсутствовало реальное техническое задание, то какие то аспекты могут показаться чрезмерными, а какие-то недостаточно проработанными. Если у вас возникло желание реализовать или встроить в свой прибор данный усилитель я готов внести изменения под реальные потребности.

Так же, если у вас есть предложения разработать какую-то плату или схему для публичного доступа, или совместной разработки, готов рассмотреть.

Проект схемы и платы в KiCAD можно найти здесь.

Внес мелкие корректировки в схему. Обновил репозитарий на github. В репозитарий добавил модели в LTspice симуляции схемы заряда емкостей питания и симуляции предусилителя. (LTspice успешно работает в Linux под wine)

Дешевый аудиоусилитель Igbt, найдите предложения по аудиоусилителю Igbt на сайте Alibaba.com

Дешевый аудиоусилитель Igbt, найдите предложения по аудиоусилителю Igbt в сети на Alibaba.com

Single Mom TPA3110 Плата усилителя мощности 2×15 Вт Плата усилителя мощности Bluetooth для двухканального динамика Модуль аудио-электронного усилителя

21,38

Optimus Electric 5 шт. 2-канальная плата модуля усилителя звука с выходной мощностью 3 Вт на каждый канал и микросхемой усилителя PAM8403 для MP3- и MP4-плееров от

10.5

Optimus Electric 10 шт. 2-канальная плата модуля усилителя звука с выходной мощностью 3 Вт на каждый канал и микросхемой усиления PAM8403 для MP3 и MP4-плееров от

19,5

Optimus Electric 2 платы модуля 2-канального усилителя звука с выходной мощностью 3 Вт на каждый канал и усилительный чип PAM8403 для MP3- и MP4-плееров от

4.6

Planet Audio PAK8 Комплект для установки усилителя 8-го калибра

$ 22,95

Optimus Electric 5 шт. TDA2030 Чип Плата модуля усилителя звука с выходом 18 Вт, потенциометром 10K от регулировки громкости

и индикатором мощности

11.25

Optimus Electric 10pcs TDA2030 Chip Audio Amplifier Module Board с выходом 18 Вт, регулировкой громкости потенциометра 10K и индикатором питания от

19,99

Baoblaze Совершенно новый прочный автомобильный аудиосистема Комплект проводки усилителя сабвуфера Кабель питания 10GA

15,99

Отличная производительность

Hom Аудио усилитель сабвуфера Кабель питания RCA HT-302

14,99

VM Audio SRA500.2 500 Вт 2-канальный автомобильный усилитель мощности + комплект проводки 4 манометров

65 долларов США.99

Усилитель источника аудиосигнала Компонентный усилитель аудио и видео, черный (AMP1200VS)

589,99

VM Audio EXA2000.1 Автомобильный моно усилитель мощностью 2000 Вт + 4 манометра Синий комплект проводки

115,95 долларов США

Надоело найти поставщики? Попробуйте запрос предложений!

Запрос коммерческого предложения

  • Получите расценки на индивидуальные запросы
  • Позвольте подходящим поставщикам найти вас
  • Заключите сделку одним щелчком мыши

Настройка обработки апелляций

  • 1000 фабрик могут предложить вам предложение
  • Более быстрый ответ рейтинг
  • 100% гарантия доставки

VM Audio EXA2800. 1 Автомобильный усилитель Mono AB, 2800 Вт + синий комплект проводки, 4 манометра

$ 137,95

VM Audio SRA1800.2 2-канальный автомобильный усилитель мощности 1800 Вт + комплект проводки 8 манометров

$ 72,99

VM Audio SRA500.2 2-канальная мощность автомобиля 500 Вт Усилитель усилителя + комплект проводки 8 манометров

$ 63,99

VM Audio SRA1800.2 2-канальный автомобильный усилитель мощности мощностью 1800 Вт + комплект проводки 4 манометра

$ 75,99

VM Audio EXA2800.1 2800 Вт автомобильный усилитель усилителя AB + красный провод 8 манометра Комплект

131 $.95

VM Audio EXA2800.1 Автомобильный усилитель мощностью 2800 Вт, моно AB, стерео + комплект для красной проводки 4 манометров

$ 137,95

VM Audio EXA2000.1 Автомобильный усилитель мощностью 2000 Вт, усилитель мощности AB + красный комплект проводки 8 манометров

$ 109,95 9 EX0003

VM Audio .1 Автомобильный моно усилитель мощности мощностью 2000 Вт + красный комплект проводки 4 манометров

$ 115. 95

VM Audio SRA2200.1 Автомобильный усилитель мощности 2200 Вт стерео + комплект проводки 8 манометров

$ 74,99

VM Audio SRA2200.1 Автомобильный усилитель мощностью 2200 Вт Amp Stereo + 4-канальный комплект проводки

$ 95,99

Новый VM Audio EXA1600.2 1600 Вт 2-канальный автомобильный усилитель + синий 4-канальный комплект проводки

$ 115,95

Новый VM Audio EXA1600.1 1600 Вт 1-канальный автомобиль Усилитель + комплект проводки синего 4 манометра

$ 104,95

VM Audio EXA1600.1 1-канальный автомобильный усилитель мощностью 1600 Вт + комплект проводки красного калибра 4

$ 104,95

VM Audio EXA1600.1 1600 Вт 1-канальный усилитель автомобильный усилитель + красный провод 8 калибра Комплект

98 $.95

New VM Audio EXA1600.2 2-канальный автомобильный усилитель мощностью 1600 Вт + красный комплект проводки 8 G

$ 109,95

New VM Audio EXA1600.2 1600 Вт 2-канальный автомобильный усилитель + красный комплект проводки 4 Gauge

$ 115,95

New VM Audio EXA2400. 2 2-канальный автомобильный усилитель мощностью 2400 Вт + синий комплект проводки 4 Gauge

$ 148,95

Автомобильный усилитель Lanzar, усилитель-моноблок, 1 канал, 3000 Вт, 2 Ом, MOSFET, вход RCA, усиление низких частот, мобильное аудио, усилитель для автомобиля Колонки, автомобильная электроника, кроссоверная сеть (HTG157)

71.4

Вас также может заинтересовать:

Примечание: статьи, изображения, новости, мнения, видео или информация, размещенные на этой веб-странице (за исключением всей интеллектуальной собственности, принадлежащей Alibaba Group на этой веб-странице), загружены зарегистрированными членами Алибаба. Если вы подозреваете какое-либо несанкционированное использование ваших прав интеллектуальной собственности на этой веб-странице, сообщите нам об этом по следующему адресу: [email protected]

Сменные усилители класса D | Усилители коммутации мощности

Unholtz-Dickie предлагает полную линейку высокопроизводительных импульсных усилителей мощности класса D. Эти усилители, используемые в новых шейкерных системах UD, предлагаются в качестве замены старых ламповых усилителей с водяным охлаждением или усилителей на биполярных транзисторах.

Многие системы испытаний на вибрацию, приобретенные более 20 лет назад, включают в себя малоэффективные усилители мощности с водяным охлаждением, размещенные в больших многосекционных консолях. Эти устаревшие линейные усилители потребляют большое количество трехфазной электроэнергии, занимают слишком много ценных площадей и требуют экологически «небезопасных» систем водяного охлаждения.У всех этих проблем есть одно общее решение: новый усилитель мощности серии SA от Unholtz-Dickie!

Загрузить бюллетень усилителя

Ключевые преимущества усилителей с переключением мощности:

  • Энергосберегающий дизайн
  • Технология IGBT
  • Полностью с воздушным охлаждением
  • Модульная компоновка от 15 до 720 кВА
  • Класс D, высокоэффективная коммутационная конструкция: КПД> 90%
  • Шкаф с защитой от электромагнитных помех
  • Компактность, до 120 кВА на отсек
  • Повышенная ударопрочность
  • Защитные блокировки для защиты оператора и системы
  • НО трансформаторная муфта
  • SA-Command Link для удаленного управления с APEX SL
  • Очень низкие эксплуатационные расходы

SA серии

Усилители мощности серии SA стали эталоном в конструкции усилителей мощности класса D для электродинамических вибраторов. Эти усилители, представляющие новейшие технологии в схемах IGBT, представляют собой одну из самых эффективных конструкций с полностью воздушным охлаждением в отрасли. Эти компактные усилители имеют модульную конструкцию и могут быть сконфигурированы от 15 кВА до 720 кВА на консолях от одного до шести отсеков.

Новейшие усилители SA с переключением мощности

UD предлагают даже большую эффективность и производительность, чем старые базовые усилители MOSFET и ранние IGBT. Усилители серии SA включают в себя комплексную панель индикатора рабочего состояния / состояния для кнопочного запуска и мониторинга критического состояния усилителя / шейкера, напряжений и токов.Простая кнопка выбора обеспечивает внешний запуск посредством простого замыкания контакта. Кроме того, все усилители мощности серии SA могут быть сконфигурированы с новым интерфейсом SA-Command Link, который обеспечивает связь с системой контроля вибрации APEX SL для запуска, остановки и мониторинга системы усилителя / вибратора.

Усовершенствованные конструкции фильтрации и экранирования обеспечили значительные улучшения в снижении излучаемых и передаваемых излучений (EMI). Стандартные усилители мощности серии SA снабжены специальной экранированной консолью от электромагнитных помех, разработанной с минимальным проникновением, включая металлические прокладки на всех внешних соединениях, специальное покрытие для лучшей целостности цепи и защиты от коррозии, экранированные от электромагнитных помех охлаждающие каналы и фильтрацию трехфазной линии.

Устранение водяного охлаждения

Усилители мощности серии

SA имеют 100% воздушное охлаждение, что исключает потребление охлаждающей воды и связанные с этим расходы, связанные с обслуживанием градирен (чиллеров), насосов и негерметичных труб / шлангов.

Пониженное энергопотребление

Усилители мощности серии

Energy Saver SA имеют КПД более 90% и обычно используют менее половины трехфазной мощности 480 В (380 В), которую потребляют существующие линейные усилители мощности для того же теста. Дальнейшая экономия энергии достигается за счет снижения нагрузки на градирню (или чиллер), которая ранее имела комбинированную нагрузку от вибростенда и усилителя мощности.Типичная система вибрации с усилием 20000 фунтов со старым линейным усилителем отклоняет около 170 кВт в контур охлаждающей воды при максимальной выходной силе. После замены исходного линейного усилителя усилителем серии SA с воздушным охлаждением общее тепло системы, отводимое в контур охлаждающей воды, составляет лишь 50% от исходной нагрузки. Это приводит к значительной экономии на градирне (чиллере). И наоборот, эти дополнительные 85 кВт холодопроизводительности можно было бы использовать для другого лабораторного оборудования.

До 720 кВА в одном усилителе!

Уменьшенная площадь

Типичный линейный усилитель с водяным охлаждением, рассчитанный на выходную мощность 120 кВА, размещается в консоли с 5 или 6 отсеками, занимая примерно 30 кв.футов фактической площади пола плюс еще 25 кв. футов для необходимого зазора от стены. Модель SA120 (120 кВА) размещается в консоли с 1 отсеком (5 кв. Футов плюс свободное пространство от стены). Это преимущество в площади говорит само за себя.

Повышенная производительность случайного и ударного действия

Усилители серии SA обычно обеспечивают как минимум на 10% больше характеристик случайной вибрации и на 50% больше характеристик удара, чем сопоставимый линейный усилитель. Свяжитесь с UD, чтобы узнать рабочие характеристики вашей конкретной комбинации шейкер / усилитель.

Запасные части и сервисная поддержка

Некоторые поставщики усилителей официально прекратили выпуск запасных частей и сервисную поддержку своих линейных усилителей с водяным охлаждением, тем самым вынуждая своих клиентов искать замену. Усилители мощности серии SA заменяют линейные усилители большинства марок (см. Таблицу ниже). Пожалуйста, свяжитесь с UD для получения рекомендации и быстрого предложения по вашей системе.

Усилители мощности серии

SA могут использоваться для обновления старых шейкерных систем UD (включая модели серий 200, 500 и RTS, в дополнение к моделям T1000, T4000 и T5000), а также моделей других производителей.

Банкноты

  • Окончательные требования к КВА основаны на эффективности шейкера, производителе и возрасте.
  • Номинальные значения силы являются приблизительными, основанными на типичных номинальных значениях входной мощности в кВА. Фактические значения силы будут зависеть от эффективности шейкера, производителя и возраста.
  • Расчетное значение силы на основе синусоидального и случайного тестирования. Ударная эффективность будет выше.

Сменные усилители мощности UD Energy Saver были подключены к множеству встряхивателей от разных производителей.Типичные большие, старые системы конкурентов поставлялись с грязными маслами для гидростатических подшипников, большими теплообменниками и массивными согласующими трансформаторами. Усилители серии UD SA имеют ПРЯМОЕ СОЕДИНЕНИЕ, что исключает необходимость в трансформаторе. Кроме того, аккуратно упакованные шейкер-теплообменники и подача масла уменьшат площадь пола до 80%! Неполный список конкурирующих шейкеров, которыми могут легко управлять усилители SA, включает:

Модели шейкер
LDS МБ ЛИНГ
860 C60 249
890 C90 300
964 C150 335
984 C210 340
994 C220

POWER-4/600 4-канальный автомобильный HiFi-усилитель 1400 Вт макс.

С IGBT

№14.2640

ВЛАСТЬ!

Усилители CARPOWER впечатляют своей мощной производительностью. Прочные радиаторы, высокое качество изготовления с высококачественными соединениями и, наконец, что не менее важно, блоки питания и схемы усилителя мощности с очень высокой мощностью. Усилители POWER устанавливают новые стандарты! Автомобильный усилитель HiFi, 4 канала, 1400 Вт (IGBT)

4-канальный усилитель мощности (стабильность 2 Ом) с регулируемым фильтром нижних и верхних частот, может быть мостовым (2-канальный, 3-канальный и 4-канальный режимы), очень высокая выходная мощность с отличным качеством звука благодаря IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), коэффициент затухания намного выше среднего, гармонический звук, 2 x вар.усиление низких частот (по одному на каждую пару каналов), параллельный линейный выход (моно-мастер), дистанционное управление уровнем с кабельным подключением (только Ch4 / 4 в режиме LP). Фильтр высоких частот работает как переменная. дозвуковой фильтр в режиме низких частот. Сплошной радиатор подчеркивает мощность усилителя мощности также своим внешним видом (буквы POWER на срезе радиатора). Сплошные винтовые клеммы для питания и динамиков, возможен вход большой мощности с адаптером FGA-22 или FGA-22HQ, оба доступны по запросу.

Технические факты:

  • Выходная мощность:
  • Макс.власть 1,400WMAX
  • RMS мощность 2 Ом 4 x 250 Вт (среднеквадратичное значение)
  • RMS мощность 4 Ом 4 x 150 Вт (среднеквадратичное значение)
  • Мостовое питание 4 Ом 2 x 500 Вт (среднеквадратичное значение)
  • Общая информация:
  • Диапазон частот 10-25 000 Гц
  • Сопротивление нагрузки (мин.) 2 Ом (мостовой: 4 Ом)
  • Входная чувствительность (линия) 0,2-6 В
  • Разделение каналов > 45 дБ
  • Отношение сигнал / шум > 80 дБ (A)
  • THD Фильтры:
  • Низкочастотный 30-150 Гц, 12 дБ / окт.
  • Высокочастотный 15-150 Гц, 12 дБ / окт.
  • Дозвуковой 15-150 Гц, 12 дБ / окт. в режиме LP
  • Эквалайзер
  • Усиление низких частот 0-18 дБ / 45 Гц (2x)
  • Источник питания:
  • Рабочее напряжение 10-16 В постоянного тока / 100 А
  • Подключения винтовые клеммы
  • Входы:
  • Линия 2 разъема RCA L / R
  • Выходы:
  • Спикеры винтовые клеммы Линия 1 х RCA L / R
  • Пульт дистанционного управления RJ45
  • Принять температура окружающей среды. 0-40 С
  • Размеры 255x65x480 мм
  • Масса 6.7 кг
  • Прочие особенности дистанционное управление уровнем (LP Ch4 / 4), входной переключатель 2CH / 4CH, БТИЗ

SignalForce Shaker Amplifiers | Корпорация Data Physics

Усилители

SignalForce или шейкер-усилители обеспечивают очень высокий уровень эффективности при превосходном уровне производительности. Эти усилители занимают мало места и подходят для работы с вибростендами всех производителей, а также для других лабораторных приложений. В то время как новые шейкерные системы включают в себя согласованные усилители, инженеры Data Physics могут сопоставить наши современные усилители мощности с любым электродинамическим шейкером.

Электромагнитная совместимость была основным фактором при разработке усилителей с цифровой коммутацией. Были полностью использованы клетки Фарадея, разделение на секции, межсоединения с фильтрами, сегментированная проводка, синфазные дроссели для симметричных токов, сетевые фильтры, оптическая связь сигналов и экранированные кабели. Все усилители также имеют маркировку CE.

Линейные усилители доступны от 30 до 1000 ВА, а цифровые переключающие усилители доступны от 1 кВА до 470 кВА. Коммутационные усилители используются для средних и больших встряхивателей и обычно заменяются на очень старых вибростендах.

Коммутационный усилитель Характеристики:

  • КПД до 95%
  • Переключение на> 105 кГц
  • Модули 1 кВА, 5 кВА и 10 кВА
  • Включает полевые принадлежности и принадлежности для размагничивания
  • Защитные блокировки
  • Защита от перегрузки по току и перегрева
  • Интерфейсы дистанционного управления и камеры

Повысьте производительность вашего шейкера с усилителями SignalForce IGBT.

Разработанные с учетом встряхивателей серии LE с водяным охлаждением от Data Physics, новые усилители LE-DSA15 IGBT основаны на той же надежной и надежной архитектуре, что и блоки серии LE-DSA10, которые зарекомендовали себя в непрерывной работе с высокой выходной мощностью.Усилители LE-DSA15 рассчитаны на непрерывную работу 200 В (среднекв.), Что позволяет проводить высокоскоростные испытания без необходимости использования выходного трансформатора. При подключении к усилителю LE-DSA15K системы встряхивания LE-2016-3 ″ способны создавать ударные волны со скоростью до 170 дюймов в секунду (4,32 м / с) при скорости 11 мс.

Меньше значит больше
Отсутствие выходного трансформатора позволяет использовать шейкер с прямым подключением, что позволяет работать с вибратором менее 5 Гц.
Бестрансформаторная конструкция также устраняет необходимость переключения для синусоидального, случайного и ударного профилей.

Таким образом, общий размер усилителя уменьшается, что освобождает ценную площадь в вашей лаборатории вибрационных испытаний.

Загрузить техническое описание усилителя SignalForce LE-DSA15 IGBT

Загрузить брошюру по усилителю SignalForce

Загрузить техническое описание SignalForce Shaker

Загрузить брошюру по шейкерам SignalForce

Больше контроля с E-Link

Цифровые переключающие усилители с несколькими отсеками требуют значительных инвестиций и могут обеспечить значительную мощность, обычно более 120 кВА.При использовании больших систем и усилителей становится все более важным дистанционно и мгновенно контролировать усилитель и управлять им. Интерфейс дистанционного управления E-Link делает именно это, обеспечивая пользователю легкий доступ через соединение Ethernet к усилителю, позволяя дистанционно управлять всеми функциями усилителя и обеспечивая удаленную приборную панель всех параметров усилителя. Это означает, что вы можете оптимизировать настройку усилителя для каждого теста прямо со своего пульта управления.

E-Link позволяет пользователю удаленно отключать дополнительные отсеки питания или уменьшать ток возбуждения при выполнении тестов с низким усилием. В результате не только меньше тратится энергии и снижаются затраты на электроэнергию, но и увеличивается срок службы системы, что снижает затраты на техническое обслуживание.

Загрузить информацию о SignalForce Shaker E-Link

Характеристики E-Link:

  • Подключение TCP / IP — длина кабеля не запрещена, например, устройства RS-232 или USB
  • Полное управление усилителем и мониторинг состояния
  • Цифровая регулировка усиления
  • Цифровая индикация напряжения и тока якоря с визуальной индикацией верхнего и нижнего пределов
  • Цифровые индикаторы напряжения и тока полевого источника питания с визуальной индикацией верхнего и нижнего пределов
  • Контроль температуры воды якоря и обмотки возбуждения
  • Контроль температуры якоря
  • Постоянный аварийный останов и контроль усиления на каждой вкладке
  • Полностью интегрированный мониторинг неисправностей
  • Переключение для синусоидального / случайного выбора
  • Переключение для тока возбуждения — 50% и 100% поля
  • Дисплей формы выходного сигнала для диагностики

(PDF) Оценка коммутационных потерь в магнитных усилителях в качестве альтернативы технологиям переключения IGBT

Диапазон Q = от 0 до 10 кВт можно увидеть на рис. 10. Конструкция Magamp

предлагает более низкие потери при более высоких нагрузках, но зависит от оптимизации конструкции

.

Потери Magamp / IGBT в зависимости от частоты при 10 [кВт]

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Гц

Частота [k

Потери [Вт]

IGBT

2714A

2605TCA

5

10

20

40 80

Рисунок 11: Потери в зависимости от частоты переключения

Потери в зависимости от частоты переключения диапазон

от 5 до 80 кГц представлены на рис.11. Чем выше частота

, тем более выгодна конструкция Magamp

по сравнению с конструкцией IGBT. Magamp позволяет использовать конструкцию

с меньшими потерями во всем исследуемом диапазоне частот.

5 Заключение

Можно сделать вывод, что в оптимизированных системах потери

минимизируются при использовании сердечников с минимально возможным весом.

Благодаря высокому насыщению, 2605TCA обеспечивает оптимальное возможное соотношение веса

(примерно в 3 раза более высокая плотность потока, чем у

по сравнению с 2714A).Более высокая магнитная индукция позволяет снизить вес сердечника

.

Потери мощности в системах IGBT для 10 кГц показывают почти линейный рост

, в то время как для альтернативы Magamp потери

намного ниже и лишь незначительно зависят от выходной мощности

, см. Рис. 10.

Эффективность Magamp достигает 99,7

% в приложении 10 кГц, 10 кВт. Однако при малых нагрузках

потери могут быть немного выше.Характеристики потерь

можно отрегулировать для получения оптимальных характеристик в предпочтительном диапазоне нагрузок

.

Хотя конструкция Magamp увеличивает относительный вес силовых переключателей

примерно на 0,4 кг, см. Рис. 8. Высокая надежность и надежность

представляют собой значительное преимущество

для использования Magamp в самолетах.

Проведенная оценка показывает, что с исследуемыми сердечниками из аморфного сплава

возможны переключаемые преобразователи до 100 кГц

.Таким образом, технология Magamp продемонстрирована на

как привлекательная альтернатива в системах MEA, поскольку она позволяет создавать компактные, прочные и надежные системы

с низкими потерями.

Потери в зависимости от частоты переключения для IGBT

значительно увеличиваются, в то время как для системы Magamp потери

немного уменьшаются, см. Рис. 11. Сниженные потери мощности на

примерно 75 Вт, см. Рис. 10, в Конструкция Magamp

уменьшит вес ребер охлаждения (или требуемую систему охлаждения

) примерно на 0.8 кг при предполагаемой температуре окружающей среды

25 ° C. Это довольно консервативное предположение

, учитывая, что это низкая температура окружающей среды

, поскольку более высокая температура будет означать более высокий вес системы охлаждения

. Конвективное охлаждение может быть затруднено

в самолетах. Аналогичный вес

может быть достигнут с помощью активного охлаждающего раствора.

Конструкция Magamp снизила потери мощности и, таким образом,

позволила снизить вес, 0.4 кг в этом исследовании. Преобразователь на базе IGBT

мощностью 10 кВт с расчетным весом 8,0 кг должен быть

по сравнению с концепцией Magamp, где вес может быть уменьшен до

до 7,6 кг. Таким образом, вес будет уменьшен на 5%

, а эффективность повысится на 0,75%. На более высоких частотах

Magamp более выгоден, как показано на рис.

.

Благодарности

Эта работа финансировалась Шведской национальной программой аэрокосмических исследований

(NFFP) и спонсорством

Saab AB , Saab Aerosystems, Линчёпинг, Швеция.

Ссылки

[1] Хоуз, М: «Все электрические летательные аппараты», IEE Power Engineer,

Vol. 17, No. 4, pp 35-37, (2003).

[2] L. Austrin, J.H. Кра и Г. Энгдал: «Подход к моделированию

магнитного усилителя», журнал

Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 272-276,

Дополнение 1, стр. E1709-E1710, май 2004 г.

[3] А. Бергквист; Physica B Condensed Matter, Elsevier,

233, стр. 342, 1997.

[4] D.К. Джайлс: «Моделирование влияния вихревых токов

потерь на частотно-зависимый гистерезис в

электрически проводящих средах», транзакции IEEE на

Magnetics, Vol. 30, № 6, стр 4326-4328, (1994).

[5] Р. Рихтер: ”Elektrische Maschinen”, том 1,

Birkhauser Verlag, Basel 1951.

[6] Информация о продукции Metglas, www.metglas.com

[7] Л. Острин и Г. Энгдаль: «Моделирование трехфазного магнитного усилителя

», Proc.24-го Конгресса

Международного совета по авиационной науке,

Иокогама, Япония (2004 г.).

[8] Л. Острин, Д. Риббенфьярд, Г. Энгдал: «Моделирование цепи магнитного усилителя

, включая гистерезис». IEEE

Transactions on Magnetics, Vol. 41 № 10, стр. 3994-

3996, октябрь 2005 г.

[9] Л. Острин, М. Торабзаде-Тари, Г. Энгдал: «Новая система генерации высокой плотности мощности

». Proc.ICAS

2006, Гамбург, Германия (2006).

[10] International Rectifier, спецификации IRF www.irf.com

[11] Dymola www.dynasim.se

Китайский производитель радиаторов с ребристыми ребрами, радиаторов с склеенными ребрами, радиаторов со штифтовыми ребрами / радиаторов с кованными ребрами

Компания Hyfluid Technology была основана в 2010 году и специализируется на производстве, проектировании и настройке решений и продуктов для управления температурным режимом. В течение 7 лет быстрого роста Hyfluid была одной высокотехнологичной компанией, которая создала один производственный центр и инженерный центр в провинции Хубэй. и центр продаж / исследований и разработок в Шанхае, нашей основной продукцией являются радиаторы с ребристыми ребрами (прямые ребра…

Компания Hyfluid Technology была основана в 2010 году и специализируется на производстве, проектировании и настройке решений и продуктов для управления температурным режимом. В течение 7 лет быстрого роста Hyfluid была одной высокотехнологичной компанией, которая создала один производственный центр и инженерный центр в провинции Хубэй. и центр продаж / исследований и разработок в Шанхае, нашей основной продукцией являются радиаторы с ребристыми ребрами (прямые или волнистые ребра, максимальная длина ребер = 550 мм для алюминия и 220 мм для меди, максимальная высота ребер = 120 мм для алюминия и 30 мм для меди), жидкие охладитель (холодная пластина, водоблок, радиаторы водяного охлаждения, максимальный размер = 2 м X 2 м), радиаторы со склеенными ребрами, радиаторы с загнутыми ребрами и другие прецизионные механические детали, такие как сопла ANSI / AMCA 210-07 (согласно стандарту ANSI / AMCA 210).

Для решения по управлению температурным режимом у нас есть инженеры в области теплотехники и гидродинамики, каждый из которых имеет более чем 10-летний опыт работы, чтобы помочь клиентам настроить решения для управления температурным режимом для различных приложений, у нас есть профессиональное программное обеспечение для проведения анализа теплового моделирования радиаторов и оптимизации конструкции для клиенты. Если бы у вас была 3D-модель, мощность источника тепла, параметры вентиляторов и подробные требования к температуре окружающей среды и максимальному повышению температуры, это было бы лучше. В любом случае наши опытные инженеры тесно сотрудничают с инженерным отделом и участвуют в разработке продукта, стремясь создать идеальные прикладные решения для чрезвычайно широкого спектра отраслей.

Для эффективной поддержки всех клиентов и быстрого развития Hyfluid компания Hyfluid Technology (Hubei) Co., Ltd стала производственным центром, который имеет все возможности для производства деталей в соответствии с вашими окончательными требованиями, настройки прецизионной обработки и обработки канавок. и охладитель воды для сварки (или называемый охладителем жидкости, холодная пластина) и Al-Al с помощью технологии сварки трением с перемешиванием и пайки или пасты тепловых труб, собранных в радиаторы или холодную пластину, с помощью наиболее надежного технологического процесса на предприятиях.У нас также есть квалифицированные поставщики средств обработки поверхности, такие как Clear Chromate, Clear / Black anodized, EN Plating и т. Д. В соответствии с различными требованиями. Кроме того, мы можем завершить проверку механических размеров, испытание на термостойкость, испытание в солевом тумане, испытание под давлением воздуха для водяного охладителя и некоторые другие надежные испытания.

Наши продукты широко применяются в телекоммуникациях, радиочастотных продуктах, выпрямителях, усилителях, преобразователях, микроволновых печах, блоках питания, железнодорожных и транспортных системах, аэрокосмической промышленности, ветровой / солнечной энергии, новой энергии в автомобилях, электрических зарядных устройствах или электромобилях, приборах. , Светодиодная промышленность, военная промышленность, лазерное оборудование и т. Д., Наши клиенты в основном из Америки, Европы, Ближнего Востока, Азии, Африки и т. Д.

Приглашаем посетить наш завод и офис! Пожалуйста, свяжитесь с нами, мы предложим лучшие решения для вашего приложения, желаем вам всего наилучшего!

Вы когда-нибудь слышали о IGBT? Это одно энергоэффективное устройство.

Большинство инженеров знакомы с микросхемами цифровой обработки, но меньше знают о кремниевых транзисторах с переключением мощности. Одним из ключевых примеров последнего является биполярный транзистор с изолированным затвором или IGBT, трехконтактное силовое полупроводниковое устройство, в основном используемое в качестве электронного переключателя.Поскольку он предназначен для быстрого включения и выключения, IGBT широко используются в качестве переключающих устройств в цепях преобразования постоянного тока в постоянный инвертор для привода малых и больших двигателей.

В последнее время эти менее известные устройства стали популярными при глобальном переходе к энергоэффективным системам. Но прежде чем мы увидим, как это сделать, давайте посмотрим на рыночные тенденции этих устройств.

Связано: 15 инноваций в полупроводниковой электронике на 2021 год

По данным Mordor Intelligence, рынок IGBT оценивался в 6 долларов США.047 миллиардов в 2020 году, и ожидается, что к 2026 году он достигнет 11,01 миллиарда долларов. В отчете отмечается, что IGBT контролирует электрическую энергию с помощью переключающих усилителей в нескольких современных устройствах, таких как плиты, микроволновые печи, электромобили, поезда, частотно-регулируемые приводы (VFD). ), холодильники, кондиционеры, балласты для ламп, городские системы передачи электроэнергии и стереосистемы.

Другой причиной роста IGBT является электрификация автомобильных силовых агрегатов в электрических и гибридных транспортных средствах (EV / HEV).Благодаря IGBT потери на проводимость и коммутацию значительно снижаются, что напрямую влияет на общую эффективность транспортного средства.

Связано: 5 ключевых сегментов рынка полупроводников 2021 и EDA

Продажи электромобилей в Европе, Северной Америке и Китае открывают новые возможности для IGBT для поддержки инфраструктуры и производства электромобилей. Эти продажи помогают еще больше укрепить позиции IGBT на рынке, поясняется в отчете.

Поезда и огни

лет назад на Международной конференции по электронным устройствам (IEDM) IEEE изобретатель биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) говорил о влиянии силовых полупроводников на общество.Профессор Джаянт Балига из Университета штата Северная Каролина заявил, что его изобретение полупроводникового переключателя питания IGBT снизило потребление бензина на 10% и повысило эффективность использования электроэнергии более чем на 40%.

Чтобы быть более конкретным, IGBT — это силовой транзистор с МОП-структурой для входа и биполярной для выходной конструкции. Эти устройства используются для приложений с высоким напряжением и током, управляя высокой мощностью с меньшей мощностью привода.Кроме того, технология IGBT широко используется при реконструкции устаревших энергетических и транспортных средств.

Например, технология IGBT использовалась для обновления локомотивов с более старыми тиристорами отключения ворот (GTO) для управления двигателями. GTO — это устройство переключения мощности, используемое в инверторных мостах среднего напряжения высокой мощности. Но эта технология имеет тенденцию быть дорогостоящей из-за сложной схемы управления затвором. Напротив, устройства IGBT могут работать с гораздо более высокими токами и ими легче управлять.

Другой пример, в котором устройства IGBT используются для снижения энергопотребления, — это освещение. По данным Министерства энергетики США (DOE), искусственное освещение потребляет около 10% электроэнергии, потребляемой домом. Типичная компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) с поддерживающей электроникой на базе IGBT в основании продемонстрировала снижение энергопотребления на 80 процентов, при этом срок службы лампы в 10 раз превышает срок службы ламп накаливания. По словам Балиги, компания Motorola (On-Semi) показала, что IGBT предлагает наиболее экономичную технологию силовых устройств для использования в электронном балласте CFL по сравнению с биполярными силовыми транзисторами и силовыми MOSFET.

IEEE IEDM, профессор Дж. Балига Технология балласта

IGBT значительно увеличивает энергосбережение компактных люминесцентных ламп (КЛЛ).

Джон Блайлер — старший редактор журнала Design News, освещающий электронику и передовые производственные площади. Имея степень бакалавра инженерной физики и степень магистра электротехники, он имеет многолетний опыт работы в области аппаратных, программных и сетевых систем в качестве редактора и инженера в области передового производства, Интернета вещей и полупроводников. Джон является соавтором книг по системной инженерии и электронике для IEEE, Wiley и Elsevier.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *