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