Protectie amplificator

[marius_med]

Buna ziua,

 

am realizat protectia pentru boxe din schema de la PSS pe care am atasat-o mai jos. Imi poate spune cineva daca are si functie de protectie la scurt pe iesirea amplificatorului?

PSS.pdf

[donpetru]

Schema respectiva are limitator de curent cu T8 si T11 (cu rol de protectie si la scurtcircuit), cu obsevatia ca schema nu aduce curentul la zero, ci doar il limiteaza la o anumita valoare.

[marius_med]

Multumesc pentru raspuns, dar eu ma refeream strict la partea de protectie si nu la intreaga schema (imi cer scuze pentru exprimarea ambigua). Totusi as putea face o combinatie intre cele doua scheme astfel incat sa obtin o protectie a amplificatorului mai complexa, asa cum am schitat in imaginea atasata?? Trebuie sa modific ceva valori ale componentelor?

As mai avea o nelamurire: la circuitul U3 (LM7805) configuratia pinilor este 1-line voltage,

2-common si 3-V Reg ??

[donpetru]

1. Cat de complex doriti sa realizati protectia amplificatorului? Si definiti ce semnificatie are cuvantul complex in contextul propozitiei dvs.

2. In ceea ce priveste LM7805, studiati datasheet-ul acestui circuit integrat. In functie de ce tip de capsula va intereseaza pentru acest circuit integrat, veti gasi si dispunerea pinilor, inclusiv functia lor.

3. Schema ati desenat-o corect. In acest caz va recomand sa renuntati la limitarea de curent cu T8 si T11. Studiati si aria de singura functionare (SOA) a tranzistoarelor finale folosite inainte sa definitivati aceste reglaje.

[marius_med]

1. Doresc sa realizez o protectie pentru un amplificator FET 200 (l-am inceput mai demult si nu l-am mai terminat) si cred ca e suficient daca protejeaza la scurt pe iesire, temperatura, tensiune continua pe iesire si are functie soft-start. Daca imbin cele 2 scheme ca in imaginea de mai sus este suficient (cam la asta se referea complexitatea de care vorbeam).

 

2.M-a interesa capsula TO-220 si prin datasheet-uri am gasit Vin si Vout, iar pe schema sunt trecute la pini Line Voltage si Vreg. Banuiesc ca Vin=Line Voltage= input si Vreg=Vout=output. Sa ma corectati daca gresesc.

 

3. Vreau sa folosesc protectia pt FET 200. Este compatibila?

[donpetru]

1. Da, este suficient (ma refer strict la schema pe care ati desenat-o mai sus).

2. Ati banuit bine.

3. Este compatibila, cu conditia sa aveti aceleasi valori de rezistente in sursa MOSFET-urilor ca cele din emitoarele-colectoarele schemei PSS de mai sus daca doriti sa folositi limitarea de curent fara circuitul de protectie la scc..

 

Numai Bine

[marius_med]

 

3. Este compatibila, cu conditia sa aveti aceleasi valori de rezistente in sursa MOSFET-urilor ca cele din emitoarele-colectoarele schemei PSS de mai sus.

La PSS acele rezistente sunt de 0.39m Ohm, iar la mine sunt de 0.33 Ohm. Eu zic ca este o diferenta extrem de mica si ar trebui sa functoneze (sa ma corectati daca gresesc cumva). Dar cum voi realiza calibrarea si ce trebuie sa reglez din acel semireglabil de 500 Ohm ?

[donpetru]

Am realizat mai multe teste cu schema respectiva, iar in ultima varianta am montat un condensator de 10...470nF in paralel cu fotodioda optocuplorului. Valoarea optima a acelui condensator se determina experimental. Acel condensator este necesar pentru a decupla semnalele tranzistorii care pot aparea la punea sub tensiune a amplificatorului, chiar daca avem un circuit de softstart in primarul transformatorului care alimenteaza amplificatorul. Daca nu ar fi acel condensator exista o probabilitate destul de mare ca atunci cand deschidem amplificatorul sa se actioneze monostabilul cu 555. Nu e foarte deranjant, deoarece temporizarea monostabilului este foarte apropiata cu a circuitului de softstart de pe iesirea amplificatorului.

 

Apoi, in ceea ce priveste semireglabilul, stiind ca tensiunea maxima admisa pe fotodioda unui optocuplor de tipul PC817 este 1,4Vcc (max. 50mA) si cunoscand tensiunea de alimentare a amplificatorului audio, inclusiv factorul de suprasarcina, studiatii aria de sigura a functionare a tranzistoarelor finale si aflati curentul limita maxim admis. Comparati acest curent cu valoarea curentului de suprasarcina prin tranzistoare.

 

Deci, ca sa usuram calculul si reglajul optim a acelui semireglabil, incercati sa desenati schema completa, cu tot cu amplificarea FET200. Dupa aceea o sa continuam discutia. Si poate am sa va ajut sa implementati ultima versiune a schemei de protectie din PDF-ul postat mai sus. Dar, inainte de toate.. rabdare.

 

Numai Bine

[marius_med]

Deci, ca sa usuram calculul si reglajul optim a acelui semireglabil, incercati sa desenati schema completa, cu tot cu amplificarea FET200. Dupa aceea o sa continuam discutia. Si poate am sa va ajut sa implementati ultima versiune a schemei de protectie din PDF-ul postat mai sus. Dar, inainte de toate.. rabdare.

 

Am atasat schema completa (amplificator + protectie) si astept recomandarile dumneavoastra.

1.pdf

[donpetru]

In primul rand, nu va recomand sa utilizati in tandem circuitul de limitare cu cel de protectie la scurtcircuit, deoarece schema nu va lucra niciodata pe caracteristica de scurtcitcuit, din cauza ca nu-i va da voie cea de limitare - curentul prin finalii, in cazul scurtcircuitului, va fi limitat numai de caracteristica de limitare. Va spun asta din experienta, pentru ca am experimentat in trecut si aceasta solutie.

 

Asadar, valoarea curentului de varf pe sarcina minim admisa a FET200 este Vcc/RL=55/4=13,75A (am neglijat efectul de scadere in sarcina a tensiunii redresate de pe alimentarea amplificatorului). Curentul calculat anterior, conform schemei desenate, va trebui suportat de doua tranzistoare IRFP240, respectiv pentru tensiunea negativa, doua bucati IRFP9240. Deci un maxim de 6,87A pe tranzistor. In realitate, datorita scaderii tensiunii in sarcina nominala, acest curent este mai mic. Din practica, la +/-55Vcc am observat ca se situeaza aprox. la 6A. De aceea, pentru a simplifica calculele in continuoare vom aproxima 6,87 >> 6A/pe tranzistor si voi nota acest curent cu Ik.

 

Apoi, prezenta rezistentelor in sursa tranzistoarelor MOS va micsora acest curent. Spre exemplu, daca consideram rezistentele ca in schema de mai sus, de 0,33 Ohm, atunci 4 + 0,33= 4,33 Ohm. Ceea ce inseamna Vcc/RL=55/4,33=12,87A, respectiv 6,35A pe tranzistor. Tensiunea pe rezistentele de 0,33 Ohm va fi = 6,35*0,33=2,09V. Pe cele doua rezistente de 0,33Ohm aferente unui perechi de finali de tip N si P, tensiunea nu va fi 2 * 2,09V asa cum veti fi tentati sa credeti, deoarece, cand tranzistorul de pe ramura pozitiva e in conductie, celalalt de pe ramura negativa e blocat. Un caz particular apare la aparitia scurtcircuitului cand tensiunea mai mare de 2,09V apare atat pe rezistenta aferenta lui T+, cat si a lui T-. Deci, in timpul comutatiei vom avea in permanenta acei 2,09V pe ambele rezistente atunci cand amplificatorul debita puterea nominala. Apare aici un caz particular si anume acele cand apare o asa-zisa suprapunere a conductiei, lucru intalnit de multe ori practic. Suprapunerea conductiei se poate datora ori datoria neimperecherii corecte a tranzistoarelor finale in functie de beta, ori atunci cand, depinde de topologie, cand pornim alimentarea amplificatorului. Acestii factori pot conduce la actionarea monostabilului cu 555 in una din cele doua situatii mentionate anterior. Daca apare una din aceste situatii, atunci nu e deloc indicat sa mariti sensibilitatea protectiei deoarece exista mari sanse sa iesiti din curba de protectie la scurtcircuit a amplificatorului, stabilita initial, si sa faceti protectia ineficienta. Pentru a nu cadea in acest cerc vicios va trebui sa respectam niste reguli binedefinite, asa cum vom vedea in continuoare.

 

Va spuneam anterior de acei 2,09V si de tensiunea maxima admisa pe fotodioda unui optocuplor de tipul PC817: Vf=1,4Vcc. Mai trebuie sa tinem cont de faptul ca eventualul scurtcircuit pe iesirea amplificatorului poate apare in doua situatii:

a) cand amplificatorul functioneaza si debiteaza pe sarcina (de regula 4 sau 8 Ohmi);

b) cand amplificatorul functioneaza in gol.

In cazul a, atunci cand se produce un scurtcircuit, tensiunea de 2,09V poate creste foarte mult. In acest caz apar spike-uri direct proportionale cu spectrul de frecventa amplificat in momentul scurtcircuitului. Aceste tensiunii tranzitorii pot suprasolicita fotodioda si pot reduce durata de viata a optocuplorului. Din acest motiv e important sa montam pe intrarea sau iesirea semireglabilului (in schema notat pot 2) un condensator LCC cu valori cuprinse intre 10...470nF - va recomand pentru inceput sa luati ca etalon valoarea de 220nF la 63V.

In cazul b, lucrurile sunt mai simple, iar prezenta condensatorului mentionat anterior nu mai este asa importanta (deci poate lipsi).

 

Am calculat anterior acei 2,09V pe rezistente de 0,33 Ohm in sursa tranzistoarelor MOS. Aceasta tensiune reprezinta valoarea nominala a tensiunii atunci cand amplificatorul debita puterea nominala. Daca puterea nominala se depaseste, aceasta tensiune, pe care o voi nota cu Vk, va creste. Prin cresterea puterii nominale, va creste si factorul de distorsiuni armonice. Un amplificator audio bun va trebui sa suporte o supracrestere a puterii nominale mergand pana la 3dB, lucru ce inseamna dublarea puterii de iesire. Deci, tranzistoarele finale vor trebui sa suporte varfuri de curent aproape de doua ori mai mari decat cele anterior calculate. Tineti cont de faptul ca nu vom avea 2x12,87A, deoarece - se regaseste foarte mult aceasta situatie practica - alimentatorul amplificatorului nu poate sustine varfuri asa mari de curent. Din acest motiv, protectia de suprasarcina realizata in ultima schema postata mai sus cu Q8 si Q9, va trebui sa intre in functie la un curent de varf pe rezistentele de 0,33Ohmi de m*Ik, unde m=1,2...1,5. Atunci protectia la scurtcircuit ii putem stabili un prag dar nu inainte sa verificam daca curentul calculat poate fi sustinut de tranzistoarele finale. In acest sens vom studia caracteristica SOA a IRFP240 si IRFP9240 - aceste caracteristicii nu sunt 100% identice chiar daca la o prima vedere par.

 

In momentul scurtcircuitului, curentul limita maxim de scurtcircuit va fi impus de caracteristica de scurtcircuit a alimentatorului. Daca vom avea un alimentator de putere mare care ar acoperii lejer necesarul de putere, vom avea si un curent de scurtcircuit mare, ca si un efect dI/dt. Acesta e unul din motivele pentru care multi producatorii de aparatura audioPRO, folosesc alimentatoare de putere mai mica decat e in mod normal necesar, mizand pe o capacitate sporita de supraincarcare a transformatorului din alimentator (lucru facut printr-o proiectare "mai delicata" a transformatorului). Desi nu prea o sa auziti la transformatoare electrice monofazate de tensiunea procentuala de scurtcircuit, aceasta tensiune reprezinta o indicatie importanta prin care putem calcula usor curentul de scurtcircuit la bornele transformatorului care alimenteaza amplificatorul. Se poate trasa chiar caracteristica de scurtcircuit - dar aceasta metoda nu prea este la indemana electronistului amator. Daca dorim sa realizam o protectie la scurtcircuit eficienta atunci va trebui sa tinem cont si de acest aspect, pentru ca, si trebuie sa retineti, e important, orice protectie la scurtcircuit pentru un amplificator audio va functiona 100% corect cu un anume alimentator (transformator + redresor).

Caracteristica limita SOA a perechii IRFP240/IRFP9240 se situeaza pe la 2,5A la 55V, respectiv 5A 55V. Daca consideram scurtcircuitul ca fiind provocat instantaneuu atunci cand amplificatorul functioneaza in gol, vom putem spune ca cele doua perechi de tranzistoare vor rezista la un curent de varf de valoare mare. Daca in sarcina nominala aveam un curent de varf de 6A printr-un tranzistor si, sa presupunem 1,25*6 in suprasarcina, atunci ca sa calculam optim protectia la scurtcircuit va trebui sa consideram prin rezistenta de 0,33 Ohmi un curent de varf de cel mult 10A, ceea ce conduce la o tensiune pe acea rezistenta de 3,3V. Spuneam mai sus ca aceasta tensiune apare pe ambele rezistente de 0,33 Ohm ale unei perechi de finali in timpul scurtcircuitului. Deci, intre punctele A si B din schema vom avea aprox. 6,6V >> 6,5V=Ui. Atunci R26=33 Ohm si pot 2 =500 Ohm=SR. Adunam si avem 530 Ohm (rezistenta R26 nu e musai sa fie de 33 Ohmi, poate fi si de 150 Ohm - nu e o valoare critica). Ca sa ajustam corect protectia, pe fotodioda optocuplorului va trebui sa masuram o rezistenta de:

Rf=(Vf/Ui)*SR=(1,4/6,5)*530=114,5 OHm ~ 115 Ohm.

O alta chestiune importanta de care trebuie sa mai tinem cont este timpul de actionare a protectiei.

 

Numai Bine

[marius_med]

In primul rand, nu va recomand sa utilizati in tandem circuitul de limitare cu cel de protectie la scurtcircuit, deoarece schema nu va lucra niciodata pe caracteristica de scurtcitcuit, din cauza ca nu-i va da voie cea de limitare - curentul prin finalii, in cazul scurtcircuitului, va fi limitat numai de caracteristica de limitare. Va spun asta din experienta, pentru ca am experimentat in trecut si aceasta solutie.

 

In primul rand multumesc pentru explicatii si calcule....va trebui sa le i-au usurel ca sa le inteleg si imi va lua un pic de timp. Pana una-alta si pana realizez practic montajul vreau sa va intreb care este circuitul de limitare de care vorbiti mai sus ? Cumva cel marcat de mine in imagine?

Si ce pot face.....il scot pur si simplu si atat?

Editat Decembrie 9, 2010 de marius_med

[miron1947]

Cumva cel marcat de mine in imagine?

Da

Si ce pot face.....il scot pur si simplu si atat?

Da.

[leo_electro]

Eu zic ca e mai sigur circuitul de limitare, ca doar nu tii amplificatorul in scurt. Circuitul de protectie la scurt cu 555 e bun daca ai uitat iesirea in scurt si ti-ai dat seama de asta in maxim 5 secunde sau la cat e setat 555.

 

[marius_med]

Pai eu ma gandesc ca acea protectie functioneaza atat timp cat ai scurt pe iesire, caci altfel ce rost ar mai avea mai ales pentru perioade de timp mici, de ordinul secundelor....?

Editat Decembrie 9, 2010 de donpetru

[marius_med]

buna ziua,

 

reiau discutia, intrucat vreau sa reiau si proiectul. Se pare ca este mai complicat decat am crezut eu sa implementez aceasta protectie la scurt (cu 555) pe iesire pentru fet 200. Asadar doresc sa renunt la aceasta, dar inainte de asta as dori sa aflu cateva lucruri -fet 200 are limitare de curent pe tranzistorii finali in caz de scurt pe iesire si astfel:

 

1. care este perioada de timp pentru care functioneaza aceasta limitare, fara a avea impact asupra finalilor (ma gandesc ca nu de ordinul minutelor)?

2.pot atasa pe undeva un led care sa imi semnalizeze activarea acestei protectii si implicit existenta scurtului pe iesire?