Mạch class D là gì ? Và Sơ đồ mạch Class D – Linh Kiện Tháo Máy – Bán lẽ linh kiện điện tử

Mạch khuếch đại công suất Class D — hãy tự chế tạo một chiếc và ngạc nhiên trước hiệu quả của nó. Tản nhiệt hầu như không nóng lên! Hãy tham khảo với hocwiki.

Bạn đã luôn muốn kiến thiết xây dựng âm ly công suất âm thanh của riêng mình ? Một Project điện tử mà bạn không chỉ nhìn thấy hiệu quả mà còn nghe thấy chúng ?
Nếu câu vấn đáp của bạn là có, thì bạn nên liên tục đọc bài viết này về cách xây dựng Mạch khuếch đại công suất Class D của riêng bạn. mình sẽ lý giải cho bạn cách chúng hoạt động giải trí và sau đó hướng dẫn bạn từng bước để biến điều kỳ diệu xảy ra một mình .

Lý thuyết cơ bản

Mạch khuếch đại công suất Class D là gì? Câu trả lời có thể chỉ là một câu: Nó là một âm ly chuyển mạch. Nhưng để hiểu đầy đủ cách thức hoạt động của một cái, mình cần dạy bạn tất cả các ngóc ngách của nó.

Hãy mở màn với câu tiên phong. Các âm ly truyền thống cuội nguồn, như CLass AB, hoạt động giải trí như những thiết bị tuyến tính. So sánh điều này với âm ly chuyển mạch, được gọi như vậy vì những transistor công suất ( MOSFET ) hoạt động giải trí giống như công tắc nguồn, biến hóa trạng thái của chúng từ TẮT sang BẬT. Điều này được cho phép đạt hiệu suất cao rất cao, lên đến 80 – 95 %. Do đó, âm ly không tạo ra nhiều nhiệt và không nhu yếu một bộ tản nhiệt lớn như những âm ly tuyến tính AB. Để so sánh, Mạch khuếch đại công suất Class B chỉ hoàn toàn có thể đạt hiệu suất tối đa là 78,5 % ( trên kim chỉ nan ) .
Dưới đây, bạn hoàn toàn có thể thấy sơ đồ khối của âm ly PWM Class-D cơ bản, giống như sơ đồ mà mình đang sản xuất .

Tín hiệu nguồn vào được quy đổi thành tín hiệu hình chữ nhật, được điều chế độ rộng xung bằng cách sử dụng bộ so sánh. Về cơ bản, điều này có nghĩa là nguồn vào được mã hóa thành chu kỳ luân hồi thao tác của những xung hình chữ nhật. Tín hiệu hình chữ nhật được khuếch đại và sau đó bộ lọc thông thấp dẫn đến phiên bản công suất cao hơn của tín hiệu tương tự như khởi đầu .
Có những chiêu thức khác để quy đổi tín hiệu thành xung, ví dụ điển hình như điều chế ΔΣ ( delta-sigma ), nhưng so với Project này, mình sẽ sử dụng PWM .

Điều chế độ rộng xung sử dụng bộ so sánh

Trong biểu đồ bên dưới, bạn hoàn toàn có thể thấy cách mình biến hóa tín hiệu hình sin ( nguồn vào ) thành tín hiệu hình chữ nhật bằng cách so sánh với tín hiệu hình tam giác .

Bấm để phóng to

Tại đỉnh dương của sóng sin, chu kỳ luân hồi thao tác của xung hình chữ nhật là 100 % trong khi ở đỉnh âm là 0 %. Tần số thực của tín hiệu tam giác cao hơn nhiều, theo thứ tự hàng trăm kHz, để sau này mình hoàn toàn có thể trích xuất tín hiệu bắt đầu của mình .
Một bộ lọc thực, không phải là bộ lọc lý tưởng, không có sự quy đổi ok “ brick-wall ( bộ lọc ) ” từ băng thông sang dải dừng, thế cho nên mình muốn tín hiệu tam giác có tần số cao hơn tối thiểu 10 lần so với 20KH z, là số lượng giới hạn thính giác trên của con người. .

Giai đoạn công suất

Lý thuyết là một góc nhìn và thực hành thực tế là một góc nhìn khác. Nếu mình muốn vận dụng sơ đồ khối trước đó vào trong thực tiễn, mình sẽ vấp phải một số ít yếu tố .
Hai yếu tố là thời hạn tăng và giảm ( là thời hạn thiết yếu để biên độ của xung giảm từ một giá trị xác lập xuống một giá trị đơn cử khác. Các số lượng giới hạn về độ sâu và giao động đôi lúc được nêu thêm khi chỉ định số lượng giới hạn thời hạn rơi ) của những thiết bị trong quy trình tiến độ công suất và thực tiễn là mình đang sử dụng một transistor NMOS cho phần điều khiển và tinh chỉnh phía cao .

Bởi vì việc quy đổi những MOSFET không được thực thi ngay lập tức mà giống như đi lên và xuống dốc, thời hạn BẬT của transistor sẽ trùng nhau, tạo ra liên kết trở kháng thấp giữa đường ray cung ứng điện dương và âm. Điều này làm cho một xung dòng điện cao đi qua MOSFET của mình, hoàn toàn có thể dẫn đến hư hóc .
Để ngăn ngừa điều này, mình cần chèn một số ít thời hạn trễ giữa những tín hiệu tinh chỉnh và điều khiển MOSFET bên cao và bên thấp. Một cách để đạt được điều này là sử dụng IC tinh chỉnh và điều khiển MOSFET chuyên sử dụng của International Rectifier ( Infineon ), ví dụ điển hình như IR2110S hoặc IR2011S. Hơn nữa, những IC này cung ứng điện áp cổng tăng cường thiết yếu cho NMOS phía cao .

Bộ lọc thông thấp

Đối với quy trình tiến độ lọc, một trong những cách tốt nhất để làm điều này là sử dụng bộ lọc Butterworth .

Các loại bộ lọc này có phản ứng rất phẳng trong băng thông. Điều này có nghĩa là tín hiệu mà mình muốn đạt được sẽ không bị suy giảm quá nhiều .
mình muốn lọc những tần số cao hơn 20 kHz. Tần số cắt được tính ở – 3 dB, thế cho nên mình muốn nó cao hơn một chút ít để không lọc âm thanh mà mình muốn nghe. Tốt nhất là chọn từ 40 đến 60 kHz. thông số Q.

Đây là những công thức được sử dụng để tính giá trị của cuộn cảm và tụ điện :

Sơ đồ mạch Class D

Bây giờ mình đã biết cách hoạt động giải trí của Mạch khuếch đại công suất Class D, hãy thiết kế xây dựng một âm ly .
Đầu tiên, mình đặt tên cho âm ly này là Luke-The-Warm vì bộ tản nhiệt chỉ gần như ấm lên, trái ngược với âm ly Class AB, âm ly có tản nhiệt hoàn toàn có thể khá nóng nếu không được làm mát .
Dưới đây bạn hoàn toàn có thể xem sơ đồ của âm ly mà mình đã phong cách thiết kế. Nó dựa trên phong cách thiết kế tham chiếu IRAUDAMP1 của International Rectifier ( Infineon ). Sự độc lạ chính là thay vì điều chế ΔΣ, mình sử dụng PWM .

Bấm để phóng to

Bây giờ mình sẽ cho bạn biết 1 số ít lựa chọn phong cách thiết kế và cách những linh phụ kiện hoạt động giải trí với nhau. Hãy khởi đầu từ phía bên trái .

Mạch đầu vào

Đối với mạch nguồn vào, mình quyết định hành động rằng tốt nhất nên sử dụng bộ lọc thông cao, sau đó là bộ lọc thông thấp. Nó là đơn thuần .

Tạo xung tam giác

Đối với bộ tạo xung tam giác, mình sử dụng  LMC555, là biến thể CMOS của chip 555 nổi tiếng. Quá trình sạc và xả của tụ điện tạo ra một hình tam giác đẹp, không ok (nó tăng và giảm theo cấp số nhân) nhưng nếu thời gian tăng và giảm bằng nhau thì nó hoạt động ok.

Các giá trị của điện trở và tụ điện đặt tần số xê dịch 200 kHz. những cao hơn mức này và mình sẽ gặp rắc rối vì trình so sánh và IC điều khiển và tinh chỉnh MOSFET không phải là thiết bị nhanh nhất .

Mạch so sánh

Đối với bộ so sánh, bạn hoàn toàn có thể sử dụng những linh phụ kiện nào bạn muốn — nó chỉ cần nhanh. mình đã sử dụng những gì mình có sẵn, LM393AP. Ở thời hạn phản hồi 300 ns, nó không phải là nhanh nhất và chắc như đinh hoàn toàn có thể được cải tổ. Nếu bạn muốn sử dụng những IC khác, chỉ cần cẩn trọng kiểm tra xem những chân có khớp với nhau không hoặc bạn sẽ phải sửa đổi phong cách thiết kế PCB .
Về triết lý, op-amp hoàn toàn có thể được sử dụng như một bộ so sánh, nhưng trên trong thực tiễn, op-amp được phong cách thiết kế cho những loại việc làm khác, vì thế hãy bảo vệ bạn sử dụng một bộ so sánh thực tiễn .
Bởi vì mình cần hai đầu ra từ bộ so sánh, một cho IC tinh chỉnh và điều khiển bên cao và một cho IC điều khiển và tinh chỉnh bên thấp, mình đã quyết định hành động sử dụng LM393AP. Đây là hai bộ so sánh trong một gói và mình chỉ hoán đổi những nguồn vào cho bộ so sánh thứ hai. Một cách kiểm tra khác là sử dụng bộ so sánh có hai đầu ra, ví dụ điển hình như LT1016 của Công nghệ tuyến tính. Những thiết bị này hoàn toàn có thể cải tổ một chút ít hiệu suất, nhưng chúng cũng hoàn toàn có thể đắt hơn .
Các bộ so sánh này được cấp nguồn bởi nguồn lưỡng cực 5V, được phân phối bởi hai điốt zener kiểm soát và điều chỉnh điện áp từ nguồn điện chính, là ± 30V .

IC điều khiển MOSFET

Đối với IC điều khiển và tinh chỉnh MOSFET, mình đã chọn sử dụng IR2110. Một giải pháp thay thế sửa chữa là IR2011, được sử dụng trong phong cách thiết kế tham chiếu. Mạch tích hợp này bảo vệ bổ trợ thời hạn trễ mà mình đã nói ở phần trước .
Vì chân VSS của IC được gắn với nguồn điện âm, mình cần chuyển mức tín hiệu từ bộ so sánh. Điều này được triển khai bằng cách sử dụng transistor PNP và điốt 1N4148 .
Để điều khiển và tinh chỉnh MOSFET, mình cấp nguồn cho IR2110 với 12V được tham chiếu đến điện áp nguồn âm ; điện áp này được tạo ra bằng cách sử dụng BD241 tích hợp với zener 12V. MOSFET phía cao cần được điều khiển và tinh chỉnh bởi điện áp cổng cao hơn nút chuyển mạch khoảng chừng 12V, VS. Điều này yên cầu một điện áp cao hơn nguồn phân phối dương ; IR2110 cung ứng điện áp ổ đĩa này với sự trợ giúp của tụ điện bootstrap của mình, C10 .

Lọc

Cuối cùng là bộ lọc. Tần số cắt là 40 kHz và điện trở tải là 4 ohm vì mình có loa 4 ohm ( những giá trị được sử dụng ở đây cũng sẽ hoạt động giải trí với loa 8 ohm, nhưng tốt nhất nên kiểm soát và điều chỉnh bộ lọc theo loa bạn chọn ). Với thông tin này, mình hoàn toàn có thể đo lường và thống kê những giá trị của cuộn cảm và tụ điện :

mình hoàn toàn có thể làm tròn xuống 22 µH một cách bảo đảm an toàn .

Giá trị tiêu chuẩn gần nhất là 680 nF .

Ghi chú về xây dựng

Bây giờ bạn đã biết toàn bộ về hoạt động giải trí bên trong, tổng thể những gì bạn phải làm là đọc rất kỹ vài dòng tiếp theo, tải xuống những tệp bên dưới, mua những linh phụ kiện thiết yếu, khắc PCB và khởi đầu lắp ráp .

Bộ lọc thông thấp

Đối với bộ lọc thông thấp, bạn hoàn toàn có thể sử dụng tụ điện 680 nF để đạt được càng gần giá trị giám sát càng tốt, nhưng bạn cũng hoàn toàn có thể sử dụng tụ điện 1 µF mà không gặp những sự cố nào ( mình phong cách thiết kế PCB để bạn hoàn toàn có thể sử dụng song song hai tụ điện trộn và phối hợp ) .
Những tụ điện này cần phải là polypropylene hoặc polyester — nói chung không phải là một sáng tạo độc đáo hay khi sử dụng tụ gốm với tín hiệu âm thanh. Và bạn cần bảo vệ rằng những tụ điện mà bạn đang sử dụng để lọc được xếp hạng cho điện áp cao, tối thiểu là 100VAC ( nhiều hơn không ảnh hưởng tác động gì ). Phần còn lại của những tụ điện trong phong cách thiết kế cũng cần có định mức điện áp tương thích .
mình phong cách thiết kế âm ly này cho công suất đầu ra khoảng chừng 100 – 150W. Bạn nên sử dụng nguồn điện lưỡng cực có đường ray ± 30V. Bạn hoàn toàn có thể tăng cao hơn mức này, nhưng so với điện áp khoảng chừng ± 40V, bạn cần bảo vệ rằng bạn đổi khác những giá trị của điện trở R4 và R5 thành 2K2 .
Không thiết yếu nhưng bạn nên sử dụng bộ tản nhiệt cho BD241C vì nó khá nóng .

MOSFET

Đối với những MOSFET nguồn, mình khuyên bạn nên sử dụng IRF540N hoặc IRFB41N15D. Các MOSFET này có phí cổng thấp để quy đổi nhanh hơn và R DS ( bật ) thấp để tiêu thụ điện năng thấp hơn. Bạn cũng cần bảo vệ rằng MOSFET có định mức V DS ( điện áp từ nguồn vào nguồn ) tối đa tương thích. Bạn hoàn toàn có thể sử dụng IRF640N, nhưng R DS ( bật ) cao hơn đáng kể, dẫn đến âm ly có hiệu suất thấp hơn. Đây là bảng so sánh ba MOSFET này :

Cuộn cảm

Bây giờ là cuộn cảm. Bạn hoàn toàn có thể mua một cái đã được làm sẵn nhưng mình khuyên bạn nên tự làm – dù sao thì đây cũng là một Project DIY .
Mua một hình xuyến T106-2. Nó cần phải là bột sắt ; ferit hoàn toàn có thể hoạt động giải trí nhưng nó sẽ cần một khoảng chừng trống hoặc nó sẽ bão hòa. Sử dụng hình xuyến nói trên, cuộn dây 40 vòng dây tráng men đồng đường kính 0,8 – 1 mm ( AWG20-18 ). Đó là nó. Đừng lo ngại nếu nó không ok — chỉ cần làm cho nó thật ngặt nghèo .

Điện trở

Cuối cùng, toàn bộ những điện trở, trừ khi được ghi chú ( R4, R5 ), là 1 / 4W .

Lời kết

Mong rằng những thông tin trong bài là đủ để bạn có thể tự xây dựng một âm ly công suất âm thanh cho riêng mình. mình hy vọng nó cũng khiến bạn hào hứng với việc xây dựng âm ly của riêng mình.

TRUNG TÂM SỬA CHỮA ĐIỆN TỬ QUẢNG BÌNH
MR. XÔ – 0901.679.359 – 80 Võ Thị Sáu, Phường Quảng Thuận, tx Ba Đồn, tỉnh Quảng Bình

Có rất nhiều thứ hoàn toàn có thể được cải tổ trong Project này. Bạn có toàn bộ những thông tin và tệp thiết yếu, nhưng bạn không cần phải theo dõi chúng đến thư .
Bạn hoàn toàn có thể sử dụng những linh phụ kiện SMD, cải tổ mạch so sánh bằng cách sử dụng một đầu ra bổ trợ hoặc thử IR2011S thay vì IR2110. Chỉ cần đốt lên mỏ hàn đó, khắc PCB của bạn và khởi đầu hoạt động giải trí. Nó không thành yếu tố nếu nó không hoạt động giải trí trong lần thử tiên phong .

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Điện Tử Bách Khoa