25ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2016

REKLAMA

PROJEKT Y

4-kanałowy wzmacniacz mocy audioW  artykule opisano projekt 4-kanałowego wzmacniacza mocy audio pracującego w  klasie  D (moc znamionowa 4×16  W/4  V lub 4×40  W/2  V), zbudowanego w  oparciu na  jednym z  najnowocześniejszych układów scalonych firmy Texas Instruments –  TPA3250D2.Rekomendacje: nowoczesna końcówka mocy, która przyda się do  samodzielnie konstruowanego wzmacniacza audio lub amplitunera.

Moduł wzmacniacza wykonano w  opar-ciu na układzie scalonym typu TPA3250D2, zawierającym cztery konfigurowalne kanały wzmacniacza mocy. Mają one wspólne obwody kontrolne: załączenia, wyciszania i  zabezpieczeń, a  stan układu jest sygnali-zowany za pomocą odpowiednich wyjść. Wzmacniacz opracowano jako uzupełnienie opisanego wcześniej wzmacniacza o  więk-szej mocy, opartego na układzie TPA3251D2. Wzmacniacz znajdzie zastosowanie w wielo-kanałowych układach wzmacniających np. we wzmacniaczach do kina domowego, insta-lacjach samochodowych 24  V lub jako ele-ment toru aktywnego zestawu głośnikowego.

Schemat ideowy proponowanego rozwią-zania pokazano na rysunku 1. Układ scalony TPA3250D2 zaaplikowano zgodnie z  notą katalogową producenta. Skonfigurowano go jako 4-kanałową końcówkę mocy pracu-jącą w układzie SE poprzez podanie napię-cia odpowiadającego wysokiemu poziomowi logicznemu na  wyprowadzenia M1 i  M2. Poszczególne kanały oznaczono literami „A”, „B”, „C” i „D”.

Sygnał wyjściowy przed doprowadzeniem do  zacisków wyjściowych OUTA, OUTB, OUTC i OUTD jest poddawany filtracji dol-noprzepustowej za pomocą obwodów zło-żonych z  dławików L1…L4 i  kondensa-torów C1…C4 oraz C7…C10. Ze  względu na  duże natężenie prądu oraz impulsowy

charakter pracy, krytyczny jest dobór ele-mentów filtrujących, a zwłaszcza dławików L1…L4 i  kondensatorów C1, C2, C6 i  C7. W modelu zastosowano cewki na rdzeniach proszkowych Laird MGV-1207 oraz meta-lizowane kondensatory polipropylenowe MKP firmy Epcos, co  minimalizuje straty i pozwala zachować wysoką jakość sygnału audio. Filtr wyjściowy oraz kondensatory sprzęgające dobrano do współpracy z obcią-żeniem z  zakresu 6…8  V. Można je oczy-wiście dostroić do  zastosowanej impedan-cji obciążenia, co  jest istotne w  wypadku TPA3250D2, który jest przeznaczony do zasilania obciążenia o małej rezystancji, do 2 V włącznie.

dodatkowe materiały na  ftp:ftp://ep.com.pluser: 22086, pass: 218655eeW ofercie AVT*AVT-5547Podstawowe informacje:• Wzmacniacz mocy audio klasy D z  układem

TPA3250D2.• Moc znamionowa 4×16  W/4 V, maksymalnie

4×40  W/2 V.• Zasilanie napięciem z  zakresu 18…36 V DC.

Na  przykład, z  zasilacza z  transformatorem 24  V AC/min. 250 VA lub zasilacza impulso-wego 24  V  DC o  mocy min. 200 W.

• Sygnalizacja stanów awaryjnych systemowi nadrzędnemu.

Projekty pokrewne na  FTP:(wymienione artykuły są  w  całości dostępne na  FTP)AVT-1934 Miniaturowy wzmacniacz mocy 2×1 W/8 Ω (EP 9/2016)AVT-1923 Końcówka o  mocy 2×60...100 W (EP 8/2016)AVT-5528 Wzmacniacz audio klasy D o  mocy do  2×50 W  (EP 2/2016)AVT-1843 PAmp_TDA7388 wzmacniacz mocy audio 4×20 W/4 Ω (EP 2/2015)AVT-1833 Pamp_LM4766 –  wzmacniacz mocy audio 2×20 W/8 Ω (EP 12/2014)AVT-5416 DAMP –  wzmacniacz klasy D o  mocy 10 W  (EP 9/2013)AVT-1758 Wzmacniacz z  układem TPA3110 (EP 8/2013)AVT-1746 Wzmacniacz o  mocy 20 W z  układem LM1875 (EP 7/2013)AVT-1712 Miniaturowy, stereofoniczny wzmacniacz mocy 2×3 W (EP 10/2012)* Uwaga:Zestawy AVT mogą występować w  następujących wersjach:AVT xxxx UK to  zaprogramowany układ. Tylko i  wyłącznie. Bez elementów

dodatkowych.AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w  opisie

wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych.AVT xxxx A+ płytka drukowana i  zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji

A  i  wersji UK) bez elementów dodatkowych.AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymienio-

ny w  załączniku pdfAVT xxxx C to  nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wluto-

wane w  PCB. Należy mieć na  uwadze, że  o  ile nie zaznaczono wyraźnie w  opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w  załączniku pdf

AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to  niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w  link umieszczony w  opisie kitu)

Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

26 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2016

PROJEK TY

Rysunek 1. Schemat ideowy 4-kanałowego wzmacniacza mocy audio

VPW

R

VPW

R

V12

VPW

R

FLT

RES

CLI

CLI

FLT

V33

V12

V12

V12

V12

RES

V33

HT1

SK43

7-50

1 2 OU

TD

1 2OU

TC

1 2 OU

TB

1 2OU

TA+

CE6

2.2

mF/

50V

+

CE5

2.2

mF/

50V

+CE4

2.2

mF/

50V

+ CE3

2.2

mF/

50V

AKDZ

3V3

C23

0.1u

FM

CP10

0T2

VCC

3G

ND

1!R

ST

U3

PWL

C27

1uF

C28

1uF

C25

0.1u

F

C26

0.47

uF

C24

100n

F

C29

100n

FC3

010

0nF

1 2 3

ERR

1 2 3

INA

B

1 2 3

INCD

+

CE9

10uF

+ CE10

10uF

+CE11

10uF

+ CE12

10uF

C31

100p

F

C32

100p

F

C33

100p

F

C34

100p

F

L4M

GV1

2071

00M

-10

L3M

GV1

2071

00M

-10

L2M

GV1

2071

00M

-10

+CE2

2.2m

F/50

V

+CE1

2.2m

F/50

V

C20

1uF

C19

1uF

C18

1uF

C17

1uF

C16

33nF

C15

33nF

C14

33nF

C13

33nF

C12

10nF

C11

10nF

C10

1nF

C9 1nF

C8 1uF

C7 1uF

C6 10nF

C5 10nF

C4 1nF

C3 1nF

C2 1uF

C1 1uF

L1M

GV1

2071

00M

-10

HT

HS-

003

1 2PW

R

+

CE7

100u

F/50

V

C22

1uF

C21

1uF

1ADJ

3VI

2VO

U2

LM31

7HV

+

CE8

470u

F/25

V

TPA

3250

D2

1G

VDD

CD2

!CLI

P3

VBG

4!F

LT5

!RES

6IN

D7

INC

8CS

TART

9A

VDD

10G

ND

11G

ND

12D

VDD

13O

SCIO

P14

OSC

IOM

15FA

DJ

16O

CAD

J17

INB

18IN

A19

M2

20M

121

VDD

22G

VDD

AB

23BS

TA

24BS

TB

25G

ND

26G

ND

27O

UTA

28O

UTA

29PV

DD

AB

30PV

DD

AB

31PV

DD

AB

32O

UTB

33G

ND

34G

ND

35O

UTC

36PV

DD

CD

37PV

DD

CD

38PV

DD

CD

39O

UTD

40O

UTD

41G

ND

42G

ND

43BS

TC

44BS

TD

TPTP

U1

R8 1k8

R9 10k

R10

22k

R11

3R3

R12

100R

R13

100R

R15

100R

R14

100R

R4 3R3

R3 3R3

R2 3R3

R1 3R3

R520

R/3W

R7 1k8

R6 220R

27ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2016

REKLAMA

4-kanałowy wzmacniacz mocy audio

Wykaz elementówRezystory: (SMD 0805, 1%)R1…R4, R11: 3,3 VR5: 20 V/3 W (THT; raster 0,8 mm)R6: 220 VR7, R8: 1,8 kVR9: 10 kVR10: 22 kVR12…R15: 100 VKondensatory:C1, C2, C7, C8: 1 mF (B32652)C3, C4, C9, C10: 1 nF (SMD 1206)C5, C6, C11, C12: 10 nF (SMD 0805)C13…C16: 33 nF (SMD 0805)C17…C20: 1 mF (SMD 1206)C21, C22, C27, C28: 1 mF (SMD 0805)C23…C25, C29, C30: 0,1 mF (SMD 0805, X5R)C26: 0,47 mF (SMD 0805, X5R)C31…C34: 100 pF (SMD 0805, X5R)CE1…CE6: 2,2 mF/50 V (elektrolit. LOW ESR, R=7,5 mm, D=18 mm)CE7: 100 mF/50 V (elektrolit. LOW ESR, R=5 mm, D=12 mm)CE8: 470 mF/25 V (elektrolit. LOW ESR, R=5 mm, D=12 mm)CE9…CE12: 10 mF (elektrolit. Panasonic FC, R=2,5 mm, D=5 mm)Półprzewodniki:DZ: dioda Zenera 3,3 V (SMD 1206)U1: TPA3250D2 (HTSSOP44TP)U2: LM317HV (TO-220)U3: MCP100T (SOT-23)PWL: dioda LED SMD, 0805Inne:ERR: złącze SIP3HT: radiator HS-003 + zestaw mocującyHT1: radiator SK437-50 + zestaw mocującyINAB, INCD: złącze śrubowe DG381L1…L4: dławik LAIRD MGV1207100M-10OUTA, OUTB, OUTC, OUTD: złącze śrubowe ARK200/5 mmPWR CONN: złącze śrubowe ARK300/R=7,5 mm

Rysunek 2. Schemat montażowy 4-kanałowego wzmacniacza mocy audio

Jak w  każdym układzie impulsowym, a szczególnie w układzie, w którym są prze-łączane spore moce, wymagana jest uwaga przy projektowaniu toru zasilania oraz odpo-wiednie filtrowanie napięcia zasilającego, które w modelu zapewniono za pomocą kon-densatorów C17…C20 zamontowanych bez-pośrednio przy wyprowadzeniach układu U1. Dodatkowo, pojemności CE1 i  CE2 o  łącznej pojemności 4,4  mF i  małej rezy-stancji ESR stanowią lokalny bufor energii.

Płytka wymaga zewnętrznego źródła zasi-lania o napięciu 18…36 V DC doprowadzo-nego do  złącza PWR, o  wydajności prądo-wej odpowiedniej dla zasilanego obciążenia. Model zasilany napięciem 32  V  DC dostar-czał do  obciążenia moc 4×40  W/2  V przy zniekształceniach THD+N mniejszych niż 10%. Sprawność wzmacniacza dochodzi do 90%, ale warto mieć nieco większy zapas mocy zasilania. Moc wyjściowa maleje wraz ze wzrostem obciążenia. Do zasilania może zostać wykorzystany zasilacz impulsowy z  ograniczeniem prądu o  mocy minimalnej rzędu 200 W lub typowy układ prostownika mostkowego na  szybkich diodach z  kon-densatorem filtrującym o  pojemności około 22 mF, zasilanym z transformatora toroidal-nego o napięciu 24 V AC i mocy większej niż 250 VA.

Dla zapewnienia wewnętrznego napię-cia zasilającego 12  V  DC zastosowano sta-bilizator typu LM317HV (U2) w  typowym układzie aplikacyjnym. Rezystor R5 ogra-nicza straty mocy w  U2. Z  napięcia 12  V jest zasilany również stabilizator 3,3  V oparty na diodzie Zenera DZ, zapewniający

zasilanie U3 –  generatora sygnału zerowa-nia typu MCP100T. Dioda PWL sygnalizuje obecność zasilania wzmacniacza. Kondensa-tory C24…C30 filtrują wewnętrzne obwody zasilania U1. Kondensatory C13…C16 są elementami obwodów polaryzacji tranzy-storów mocy półmostków.

Sygnał wejściowy jest doprowadzony do  gniazd INA…IND. Powinien mieć mak-symalną amplitudę 4  Vpp. Przed wzmoc-nieniem w  U1, kondensatory CE9…CE12 separują składową stałą, a  człony RC zło-żone z  rezystorów R12…R15 i  pojemno-ści C31...C34 filtrują zburzenia o  wielkiej częstotliwości.

Na złącze ERR są wyprowadzone:• CLI (CLIP_OTW) sygnalizujące przeste-

rowanie lub przekroczenie dopuszczal-nej temperatury.

• FLT (FAULT) sygnalizujące wyłączenie awaryjne.

Wyjścia są  typu OD, natomiast wejścia akceptują napięcie 3,3 V.

Ze  względu na  traconą moc układ U1 ma pad termiczny ułatwiający rozprasza-nie ciepła, który jest lutowany do  warstwy masy płytki drukowanej. „Od  góry” układu zamontowano radiator SK437-50 za pomocą śrub M3 i dwustronnej taśmy termoprzewo-dzącej. Należy zwrócić uwagę na wysokość elementów w otoczeniu układu U1, aby nie dopuścić do zwarcia z radiatorem. Jeśli jest taka konieczność, to  trzeba wykonać odpo-wiednie wgłębienia w  jego krawędziach. W  przypadku forsownej pracy lub wyso-kiej temperatury otoczenia można wymusić przepływ powietrza wentylatorem.

Wzmacniacz zmontowano na  dwustron-nej płytce drukowanej – rozmieszczenie ele-mentów przedstawia rysunek 2. Montaż jest typowy i nie wymaga opisywania. Przy uru-chomieniu najlepiej posłużyć się zasilaczem laboratoryjnym z ograniczeniem prądowym, przy obniżonym np. do 20 V napięciu zasila-jącym płytkę, sprawdzając działanie każdego z kanałów.

Miłego odsłuchu!Adam Tatuś, EP