DIY Electronic projects

Full Version: Class D Amplifier - High Quality Power Audio Amplifier
You're currently viewing a stripped down version of our content. View the full version with proper formatting.
Momci,
Ono što smo slušali na skupu je bio UcD400 od drugara koji nije član foruma i kome je nadimak Đoka Brada. To je sprava od 2 x 400W I pošto uši jako lako prihvate nove decibele kao normalne, stoji i Ninđina tvrdnja da je najverovatnije “overio” njegove zvučnike i uveo ih u nelinerni rad. Štaviše, ako je zapis imao visoku dinamiku, lako smo mogli imati isprljane pikove pri relativno malom nivou.
Inače, sa pojačavačima većih snaga se mora biti oprezan oko jačine zvuka, jer se uši vrlo lako naviknu na vrlo jak nivo, pod uslovom da su izobličenja niska. Potrebno je imati merenje da bi se znalo o kojim jačinama se radi. Najveća većina ljudi ima očekivanje “lakog prljanja zvuka” kad se približimo granici snage, a to je kod slušanog UCD400 pik od 400W, te čekajući taj predznak lako možemo spaliti dobre zvučnike,  u najmanju ruku slušati poprilično iskrivljen sadržaj…
---------------------------------------------------------------

Svi današnji zapisi su digitalni, svakako i oni koji su sa vinila ili traka prebačeni na novi medijum.

Kod D klase je bio problem to što radi sa baš visokom frekvencijom čopovanja (u odnosu na optimalnih 70-80KHz).
Odnosno, da bi se dobili pristojni rezultati, za bas pojačalo je nosilac morao biti bar 250KHz, a za pun opseg od 20-20K najmanje 350KHz.
To su krajnje donje granice gde rezultati mogu biti pristojni.
Svakako, što nam je viša frekvencija nosioca – to će rezultat biti finiji i bliskiji potpuno analognom prenosu.

Konstrukcije D klase prethodne generacije su “patile” upravo od problema visoke frekvencije nosioca i nesavršenosti komponenti snage za te frekvencije, kao i materijala jezgra izlaznih filtera.
Danas je to jako uznapredovalo, prvenstveno pojavom komercijalno nabavljivih SiC i GaN tranzistora sa pristojnom cenom (ranije je to bilo dostupno uglavnom za vojne i ostale “osetljive” svrhe), takođe su i materijali jezgara uznapredovali jako (na primer, na UcD180HG je jezgro RM tipa od nekog HF materijala, otkriću kad-tad od kog :-).

Naravno, čim je se dovoljno efikasna D klasa pojavila, odmah je proradila i ljudska halapljivost, daj još koju stotinu vati, da se nađe :-), a to je mač sa dve oštrice: recovery struje odlaze ka stotinama ampera i građa više nije minijaturna, te imamo odličnih predajnih antena (od svega nekoliko cm, ali sa stotinama ampera kroz) do mile volje sa zgodnim spektrom od par stotina KHz pa do desetina MHz…

Naime, pošto mi se pričinjava da pomalo znam o SMPS (raznih snaga I frekvencija), takođe mi se pričinjava da znam i o elektromagntskim emisijma (čitaj smetnjama) koje se prostiru iz svakog SMPS, ma koliko dobro bio napravljen. Usput,  znam i koliko strašna i teška može biti borba sa tim tipovima smetnji, koje se prostiru i kroz vodove i kroz prostor i koje u najboljem slučaju tek možemo svesti na prihvatljivu meru i spektar, a zasigurno ne potpuno eliminisati.

Štaviše, ubeđen sam da mnogi korisnici D klase, čak i oni najzadovoljniji, ne znaju, ili se nisu setili i ako znaju, da je kod prisustva class-D pojačavača snage u sistemu, VAŽNO postaviti FILTERE na mnoga ključna mesta:  

- NA ULAZU u pojačavač snage D klase, difrencijalni i common mode filter, sa rezom na frekvenciji nosioca, kao veoma važnu meru, koja će sprečiti (smanjiti) prostiranje snažnih EMI unazad i pojavu unakrsne modulacije ili AM detekcije na PN spojevima u prethodnom uređaju. Prethodni uređaj može sasvim lako promeniti specifikacije (posebno  linearnost) zbog pomerenih bias struja u svojoj konstrukciji. Kod snažnih EMI lako dođe do amplitudne demodulacije na osetljivim stepenima. To se normalno događa na svakom PN spoju koji je povezan sa nekim parazitnim ili eksternim kondenzatorom, a ima malo duže vodove ispred. Dogodi se drugačiji bias od projektovanog i onda zbogom predviđenoj linearnosti, i bez obzira na vrhunski class-D modul slušamo kantu.

- Izlazni kablovi ka zvučnicima trebalo bi da budu gusto predena parica i da pod pravim uglom putuju pored ulaznih i mrežnih kablova i koliko je moguće udaljeno od njih. Moguće je da se dobiju bolji rezultati oklopljenim UTP kablom više kategorije (gde su paralelovane sve 4 parice) nego možda mnogo skupim kablovima otvorenog i neupredenog tipa…

- Posebno su osetljivi gramofonski preampovi i sami gramofoni. Preampovi zbog ogromnog pojačanja i rada sa delovima mV, gramofoni zbog nedovoljne oklopljenosti i dugačkih vodova koji budu antena. Takođe, pri tim frekvencijama EMI, ne pomažu puno ni diferencijalni prenosi od preampa ka ampu, jer pri tim frekvencijama common mode  potiskivanje audio ulaza pada na nedovoljnu veličinu. Naravno, ground-loops postaju noćna mora jer se poveliki signal indukuje u te petlje, te je zato vrlo poželjan common mode filtar koji obuhvata i vezu GND i širma.

- Kada imate D klasu, poželjno je da nabavite stari, baterijski, ispravan, AM radio prijemnik za srednji talas (MW), popularno zvan “tranzistor”.  Pošto je taj band danas skoro prazan, ta sprava može poslužiti kao izvrstan detektor smetni od raznih SMPS, pa i od D klase, pošto se radi upravo o tom opsegu (530-1700KHz). Tim prijemnikom lako možete utvrditi iz kog čopera i kojom putanjom “cure” najsnažnije EMI, potom preduzeti nešto. Verujem da ćete se grozno iznenaditi iz čega sve i u kojoj meri “vrište” EMI. Postavite ga van stanice, gde je najmanja buka, negde napolju na livadi, dalje od instalacija, potom uđete u prostor i šlogirate se od saznanja šta sve to pravi jake EMI :-).

- Pred-stepeni, prampovi, ukoliko su u plastičnim i neoklopljenim kutijama, nemaju šta da traže neposredno blizu pored D klase. Neizostavno će im se promeniti osobine.

U laboratorijskim uslovima, D klasa dobije neke specifikacije i apsolutno verujem da tu nije bilo lažiranja. Kontrolisani uslovi, zaštićeni izvori zvuka za merenje, oklopljena soba itd… U kućnim uslovima to ni približno nije tako i stoga sam ubeđen da je puno vas bilo možda razočarano zbog  nekontrolisanog uticaja D klase na ono što je ISPRED nje. 
Odnosno, kvalitetna D klasa može vrhunski da svira, ukoliko se ispuni dovoljno uslova okolo, ili uređaji ispred imaju odlično potiskivanje EMI.

Nova generacija sa SiC i GaN tranzistorima je izuzetno pomerila mogućnost napretka D klase na neviđen nivo u odnosu na prethodnike.
Prvo, nosilac je pomeren u zonu od nekoliko MHz (jer to SiC i GaN mogu pošto nemaju recovery problem) što je vrlo udaljeno od audio opsega i gde audio opseg čini malen deo nosioca.
Drugo što je viši nosilac, manje su komponente i lakše je filtrirati EMI nusprodukte, pod neophodnim uslovom da građa pojačavača i okolnih pred-uređaja bude veoma gusta, koncentirisana.
Treće, za razliku od uobičajenih D klasa pre SiC i GaN, ispucavanje racovery struja koje su reda desetina pa i stotina ampera,  mogu se zaboraviti. Sa SiC i GaN izlaznim tranzistorima (koji nemaju recovery problem) ostaje borba samo sa parazitnim kapacitivnostima i dužinama vodova, kao i sa parazitnim kapacitetom preko izlaznog filtra.

To bezuslovno upućuje na gustu integraciju sa mikro komponentama i višeslojnom pcb, što nije baš zgodno za DIY.   Dakle ultra gusta i ultra minijaturna građa.
Svakako da je prednost imati jaku NFB iza filtra, a ako je moguće i sa terminala zučnika (remote-sense).

Iz tog razloga od budućih class–D pojačavača očekujem suprotno od ženske logike: što manji – to bolji i na žalost teško izvodljiv u DIY uslovima.
Svako da očekujem i da se ujednače sa najboljim uređajima u A i AB klasi, verovatno i da ih preteknu zbog mogućnosti moćne DSP korekcije.

P.S.
Usput, imao sam prilike da uporedno slušam UcD180HG i Jeff Rowland A11 i mogu reći da nisam primetio uočljivu razliku i to na vrlo kvalitetnim zvučnicima i vrhunskim zapisima. Taj modul definitivno zaslužuje pažnju kao deo sistema, a ne košta previše.
Pozdrav,

Kod mene sistem je bi amping, i D klasa je za bas. Koristim Crown 1502 (pojačalo ima integrirani PureBand Crossover) i prezadovoljan sam, iznad očekivanja! Ne samo da ima snagu u basu nego bas ima teksturu bez ikakvog muljanja. Za 350€ mislim da nema konkurenciju!
Probao ga spajati da svira cijeli frekventni spektar,odsvira korektno, snage na pretek ali fali ona muzikalnost koja se traži.
Najjednostavniji common mode filter je sasvim jednostavno postaviti na signalne kablove koji vode signal u class-D amp.
Može se probati i na zvučničkim kablovima, pošto je cmm filter neosetljiv na diferencijalne struje kroz taj kabl.

Može se jednostavno navući jedno ili više toroidnih jezgara, od materijala N30, T65, T35, T37, T38, T42, T46(Epcos) ili od K10000(Kaschke), na signalne kablove (možda i zvučničke), i to da jezgra budu do samog class-D ampa.
Jezgra se izaberu prema prečniku kabla i konektora na kraju (nije problem ako je jezgro većeg prečnika, radiće svoj posao, osim što je malo skuplje).

I tog razloga savetujem one koji su nezadovoljni zvukom svoje D klase da nataknu po jedno ili po dva-tri jezgra tog tipa na signalne kablove (i ili na zvučničke) i da tim eliminišu mogućnost potencijalnog problema u prethodnom uređaju, da ne bi krivili izlazni amp (možda bez realnog razloga).

Ta jezgra su jevtina (komad je par eura) i na primer kod nas se lako nađu u "Proelektronik" iz Niša, u inostranstvu na primer u "Burklin" (nemam one dve tačkice na "u").

Navlačenjem na primer jednog komada R25/10 od N30, kablu se na tom mestu pridodaje oko 4-5uH (svaki sledeći komad jezgr po još toliko), što neće uticti na audio opseg jer kroz signalne kablove teku male struje, a sa parazitnim kapacitetom ostatka kabla će formirati common mode filter za visoke frekvencije i umanjiti njihovo delovanje na prethodni stepen. "Rupa" kroz pomenuti toroid je nešto preko 14mm prečnika i kroz to svašta od konektora može proći bez rasturanja kabla. Ako treba veća rupa onda se može ići na R34 ili R36, gde je rupa 20 i 23mm repektivno.

Kod izlaznih kablova će takođe umanjiti cmm smetnje ka okolnim uređajima, a ne bi trebalo da utiču na zvuk jer se diferencijalna polja međusobno poništavaju, a sva pomenuta jezra (materijali) rade sa lakoćom do 5MHz ili više.

Probajte...
Ko se razume u SMPS može pogledati "besne" performanse na primer ovog GaN mosfeta, savršenog za D klasu (ali videti i kućište koje nije baš za DIY):
https://eu.mouser.com/datasheet/2/692/GS...837994.pdf

Samo da se zna, GaN sa istom peletom u TO-247 ili TO-220 ima višestruko redukovane performanse u odnosu na kućišta bez nožica. To je neumitna činjenica.
Kod tih tranzistora i kod SiC, nekoliko milimetara vodova ili nožica može napraviti ozbiljne probleme u upotrebi i jako redukovati moguće performanse.

Dakle, za pune performanse SiC ili pogotovo GaN, gustina građe mora biti do krajnjih granica sabijena u što mani prostor, sa ekstremno kratkim vodovima koji su postavljeni na veoma pametan način. Odnosno, minimalno četvoroslojna pcb, pa na više...
(12-12-2021, 04:19 PM)Macola Wrote: [ -> ]...
Nova generacija sa SiC i GaN tranzistorima je izuzetno pomerila mogućnost napretka D klase na neviđen nivo u odnosu na prethodnike.
...
GaN tranzistori su na Starkrimson modulu od 150W zalemljeni direktno na pločicu, bez ikakvih rashladnih površina Cool
Več neko vreme dopisujemo si sa par forumaša oko Dclasse,
i došlo se do TI HB drivera za GaN mosfete
LMG1210
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmg121...e.com%252F
Za sada nema ga za kupit, ali dok se ne odradi pojačalo na papiru i skocka PCB, biče ga i za nač!
:-)

Odabir GaN mosfeta odradio bi oko takvih lako nabavljivim, sa što manjim Qgate_tot, takodjer da nema i prevelikog Qoss,
koji sa okolnim parasitima po PCBju vrlo brzo postanu kritične stavke.

[Image: attachment.php?aid=37062]

https://www.digikey.si/en/products/detai...gERAF0BfIA

LMG1210 ima mogučnost raditi sa HI i LO ulazima, ali i sa PWM signalom.
U drugom primeru sam kontroler odradi komplementarni drive, i tada imamo mogučnost podešavanj i DeadTime.
DT možemo utrimovati za rastuču frontu prelaska LO-->HI stanje a i za silaznu frontu HI-->LO
DT utrimovanje nam je vrlo bitno da nemamo uzdužnog provodjenja kroz izlazni HalfBridge,
a ako želimo što manji THD, DT mora biti što manji!

GaN pakunge nisu baš za DIY, ali takve imaju najmanje parazite, pa mogu "žvižditi" na MHz-ima.
Vrlo bitna stavka je i Kelvin konekcija Source-a, ili SKpin, koja je zadužena za Return struje Gate driva.
U shemi je to bolje razvidno, Loopovi driva gornjrg i donjeg mosfeta su vrlo male konture
i sasvim odvojene (Kelvin vezom) od jakostrujnih Id-s
shema je zapravo jedan SyncroBUCK, ali to je zapravo i OutputPowerStage jedne Dclasse
zanemarit čemo da nemamo za sada AD PWM pretvornik, Quantizera i Level shiftera...
:-)

[Image: attachment.php?aid=37064]

[Image: attachment.php?aid=37077]

Razvidna je i Cycle-by-Cycle OverCurrentProtection, za POS i NEG stranu.
Protekcije bi bile i OverVoltage i UnderVoltage Vbus-a
Sve protekcije gase nam HB driver LMG1210

Level Shifter PWMa treba nam vrlo brz, ranga max par nsec
Level shifting imamo onda iz livela cca +/-5V na livel NEG Raila.

Ispred bi se stavili samooscilirajuči sumator i Ultra brzi komparator ulaznog audio signala i NFBja

Dva takva HalfBridga (sa sve protekcijama svaki zasebno) postavili bi jih u FullBridge, sa sve pozitivnim osobinama takvog spoja!

Ulaz predlažem FrontEND BatoMDM, koji ima zapravo več diferencialne izlaze...

[Image: attachment.php?aid=36576]



Ako bi bio jedan takav projekat zanimljiv, išlo bi se detaljno po koracima u novoj temi!?
Izbor komponenti je odličan samo imam par predloga za unapredjenje same topologije.

Prvo vlo je bitno kakav je ulaz, vi idete na analogni, neki razmišljaju i o digitalnim ulazima i tu dolazimo do jedne vrlo bitne tačke bez obzira koji od prenosa koristimo, a to je S/N odnos koje je kod CLASS-D malkice u problemu tj THD pri niskim nivoima signala.

Jedno od rešenja koje može poprilično da reši neke probleme i raznih "potenciometra" u signalnom lancu je rešenje gde vi uvek idete na maksimalni nivo signala ka pojačavaču a sam AMP ima mehanizam da taj signal "atenuira" ali na totalno drugom mestu nego gde ste prvo pomislili, ne na ulaznom nego na IZLAZNOM stepenu i to tako što će tehnički da se upravlja NAPON NAPAJANJA CLASS-D izlaznog stepena koje moze da radi i u FULL/HALF bridge modu.

Treba vam jos jesan ovakav stepen što ste nacrtali, CLASS-D = Syncroni BUCK, dakle promenljivo napajanje od-do koje upravlja samo izlaznim stepenom.
Tim napajanjem se upravlja potenciometrom i to je prakticno VOLUME kontrola, može i digitalno sa nekim DAC preko IR i slično.

PS: Ovo resenje zahteva floating-driver za gornji GaN (ili MOS-FET sve jesno) (ili da se vratite na stare-dobre driver-transformatore : ) ali vam sa velikom sigurnošću mogu tvrditi da će to raditi odlićno kao koncept jer se time rešava "prvih 2-3-4-5 bita" rezolucije (uvek vrlo problematične) na početku skale svakog ta kažem "Power D/A" konvertera
(02-05-2022, 04:23 PM)mikikg Wrote: [ -> ]Izbor komponenti je odličan samo imam par predloga za unapredjenje same topologije.

Prvo vlo je bitno kakav je ulaz, vi idete na analogni, neki razmišljaju i o digitalnim ulazima i tu dolazimo do jedne vrlo bitne tačke bez obzira koji od prenosa koristimo,
a to je S/N odnos koje je kod CLASS-D malkice u problemu tj THD pri niskim nivoima signala.

THD+N je i kod Super-lativne A-ABclasse i/ili bilo koje topologije uvijek najproblematičniji baš kod vrlo tihih nivoa slušanja izlaznog pojačala.



mikikg Wrote:Jedno od rešenja koje može poprilično da reši neke probleme i raznih "potenciometra" u signalnom lancu je rešenje gde vi uvek idete na maksimalni nivo signala ka pojačavaču a sam AMP ima mehanizam da taj signal "atenuira" ali na totalno drugom mestu nego gde ste prvo pomislili,
ne na ulaznom nego na IZLAZNOM stepenu i to tako što će tehnički da se upravlja NAPON NAPAJANJA CLASS-D izlaznog stepena koje moze da radi i u FULL/HALF bridge modu.

Može se postaviti LOW i HI Rail nalik Gclassi, pa preklapa izmedju u zavisnosti Potenciometra VOLUME
ali i u zavisnosti izlaznog signala,
recimo imamo snimak visoke dinamike, pa bi nam iako na niskom slušanju Volume pota bio uključen LOW Rail
a izlazi bi otišli več u naponski kliping, e tada nadgledavanjem i izlaznog signala (OR--> OUT, Volume pot)
za to potrebno vreme visoke dinamike i višeg izlaznog nivoa koje nebi LOW Rail uspeo zagotovit,
preklopili bi isto na HI Rail, iako je Volume zapravo u coni laganog slušanja.



mikikg Wrote:Treba vam jos jesan ovakav stepen što ste nacrtali, CLASS-D = Syncroni BUCK, dakle promenljivo napajanje od-do koje upravlja samo izlaznim stepenom.
Tim napajanjem se upravlja potenciometrom i to je prakticno VOLUME kontrola, može i digitalno sa nekim DAC preko IR i slično.

Može PSU biti i SyncroBUCK sa nekih 5...10V višim napajanjem (minimalan napon bi bio +/-8...10V) od envelope izlaznog signala AMPa,
kojeg prati u RealTimu i radi na MHz taktu
Zapravo prati PSU u Hclassi izlaznu envelopu audio signala.



mikikg Wrote:PS: Ovo resenje zahteva floating-driver za gornji GaN (ili MOS-FET sve jesno) (ili da se vratite na stare-dobre driver-transformatore : ) ali vam sa velikom sigurnošću mogu tvrditi da će to raditi odlićno kao koncept jer se time rešava "prvih 2-3-4-5 bita" rezolucije (uvek vrlo problematične) na početku skale svakog ta kažem "Power D/A" konvertera

Bootstrapovano napajanje gornjeg drivera bi sasvim zadovoljivo odradilo posao

Ali ako se ide več u detalje sa Hclass SMPS SyncroBuck simetrično napajanje, onda se odradi i sva ostala napajanja koja su potrebna:
-napajanje analognog dijela +/-12VDC, referisano na GND
-napajanje digitalnog dijela +5VDC (ili 3,3V), referisano na GND
-napajanje digitalnog dijela +5VDC (ili 3,3V), referisano na NEG Power RAIL
-napajanje za internu logiku HB drivera istodobno i za LOW drive OUT 10VDC, referisano na NEG RAIL
-napajanje za HI drive 5VDC, ovaj je referisan na SW node

Inače LMG1210 i lagani Qgate GaN mosfeti sa pametno odradjenim PCBjem oko PowerOUT sekcije i oko Gate drive loopova,
radi "lagano" na nekoliko MHz.
Još malim kontrolisanim DT
ima se osnova za vrlo mali THD, za Noise treba se na malim signalima svakako potruditi.

Bilo bi dobro napraviti tu Dclassu klasično, samo jednim fixnim +/-35VDC simetričnim PSUjem (SMPS ili LIN PSU nebitno),
u FullBridge imali bi tako na raspolazi i do nekih 300Wrms / 8RO

Na kraju pozabavimo se još Hclass SyncroBUCK PSUjem, zapravo PSU bi nam bio sličan Dclass AMP, dva dodatna HB
on bi šetao od min +/-10VDC pa do tih max +/-35VDC (ili višeg napona, ko zatreba još veču snagu na izlazu AMPa)
(02-05-2022, 06:02 PM)Dragan100 Wrote: [ -> ]
(02-05-2022, 04:23 PM)mikikg Wrote: [ -> ]Izbor komponenti je odličan samo imam par predloga za unapredjenje same topologije.

Prvo vlo je bitno kakav je ulaz, vi idete na analogni, neki razmišljaju i o digitalnim ulazima i tu dolazimo do jedne vrlo bitne tačke bez obzira koji od prenosa koristimo,
a to je S/N odnos koje je kod CLASS-D malkice u problemu tj THD pri niskim nivoima signala.

THD+N je i kod Super-lativne A-ABclasse i/ili bilo koje topologije uvijek najproblematičniji baš kod vrlo tihih nivoa slušanja izlaznog pojačala.



mikikg Wrote:Jedno od rešenja koje može poprilično da reši neke probleme i raznih "potenciometra" u signalnom lancu je rešenje gde vi uvek idete na maksimalni nivo signala ka pojačavaču a sam AMP ima mehanizam da taj signal "atenuira" ali na totalno drugom mestu nego gde ste prvo pomislili,
ne na ulaznom nego na IZLAZNOM stepenu i to tako što će tehnički da se upravlja NAPON NAPAJANJA CLASS-D izlaznog stepena koje moze da radi i u FULL/HALF bridge modu.

Može se postaviti LOW i HI Rail nalik Gclassi, pa preklapa izmedju u zavisnosti Potenciometra VOLUME
ali i u zavisnosti izlaznog signala,
recimo imamo snimak visoke dinamike, pa bi nam iako na niskom slušanju Volume pota bio uključen LOW Rail
a izlazi bi otišli več u naponski kliping, e tada nadgledavanjem i izlaznog signala (OR--> OUT, Volume pot)
za to potrebno vreme visoke dinamike i višeg izlaznog nivoa koje nebi LOW Rail uspeo zagotovit,
preklopili bi isto na HI Rail, iako je Volume zapravo u coni laganog slušanja.



mikikg Wrote:Treba vam jos jesan ovakav stepen što ste nacrtali, CLASS-D = Syncroni BUCK, dakle promenljivo napajanje od-do koje upravlja samo izlaznim stepenom.
Tim napajanjem se upravlja potenciometrom i to je prakticno VOLUME kontrola, može i digitalno sa nekim DAC preko IR i slično.

Može PSU biti i SyncroBUCK sa nekih 5...10V višim napajanjem (minimalan napon bi bio +/-8...10V) od envelope izlaznog signala AMPa,
kojeg prati u RealTimu i radi na MHz taktu
Zapravo prati PSU u Hclassi izlaznu envelopu audio signala.



mikikg Wrote:PS: Ovo resenje zahteva floating-driver za gornji GaN (ili MOS-FET sve jesno) (ili da se vratite na stare-dobre driver-transformatore : ) ali vam sa velikom sigurnošću mogu tvrditi da će to raditi odlićno kao koncept jer se time rešava "prvih 2-3-4-5 bita" rezolucije (uvek vrlo problematične) na početku skale svakog ta kažem "Power D/A" konvertera

Bootstrapovano napajanje gornjeg drivera bi sasvim zadovoljivo odradilo posao

Ali ako se ide več u detalje sa Hclass SMPS SyncroBuck simetrično napajanje, onda se odradi i sva ostala napajanja koja su potrebna:
-napajanje analognog dijela +/-12VDC, referisano na GND
-napajanje digitalnog dijela +5VDC (ili 3,3V), referisano na GND
-napajanje digitalnog dijela +5VDC (ili 3,3V), referisano na NEG Power RAIL
-napajanje za internu logiku HB drivera istodobno i za LOW drive OUT 10VDC, referisano na NEG RAIL
-napajanje za HI drive 5VDC, ovaj je referisan na SW node

Inače LMG1210 i lagani Qgate GaN mosfeti sa pametno odradjenim PCBjem oko PowerOUT sekcije i oko Gate drive loopova,
radi "lagano" na nekoliko MHz.
Još malim kontrolisanim DT
ima se osnova za vrlo mali THD, za Noise treba se na malim signalima svakako potruditi.

Bilo bi dobro napraviti tu Dclassu klasično, samo jednim fixnim +/-35VDC simetričnim PSUjem (SMPS ili LIN PSU nebitno),
u FullBridge imali bi tako na raspolazi i do nekih 300Wrms / 8RO

Na kraju pozabavimo se još Hclass SyncroBUCK PSUjem, zapravo PSU bi nam bio sličan Dclass AMP, dva dodatna HB
on bi šetao od min +/-10VDC pa do tih max +/-35VDC (ili višeg napona, ko zatreba još veču snagu na izlazu AMPa)

Bootstrap pristup je problematičan, na primer recimo da hoću da slušam na -40dB nivou od maximuma pojačala, recimo da se izlazni stepen napaja sa 50V (+50V Full-bridge), -40dB od toga je 0.5V, dakle izlazni most bi trebao da radi na svega 0.5V i to je problem za bootstrap, sa tim naponom ne može da se boost-uje napon potreban za Gejt, zato treba potpuno nezavisno napajanje.

PS: U tih hipotetičkih 0.5Vpp staje kompletna dinamika zvucnog zapisa, -60dB od toga već neće moći da se izmeri sa našom standardnom opremom, a -80, -90 i tome slično ne može da se izmeri a RADIĆE baš tako.
(02-06-2022, 02:02 PM)mikikg Wrote: [ -> ]Bootstrap pristup je problematičan, na primer recimo da hoću da slušam na -40dB nivou od maximuma pojačala, recmo da se izlazni stepen napaja sa 50V (+50V Full-bridge), -40dB od togra je 0.5V, dakle izlazni most bi trebao da radi na svega 0.5V i to je problem za bootstrap, sa tim naponom ne može da se boost-uje napon potreban za Gejt, zato treba potpuno nezavisno napajanje.

PS: U tih hipotetičkih 0.5Vpp staje kompletna dinamika zvucnog zapisa, -60dB od toga već neće moći da se izmeri sa našom standardnom opremom, a -80, -90 i tome slično ne može da se izmeri a RADIĆE baš tako.

Bootstraping radi se na tački SW node, gdje ima SyncroBUCK uvijek PWM pulseve -RAIL, 0 i +RAIL
tako da Bootstraping kond uvijek kad ga povuče SW prema -RAIL, puni ga.
-40dB ili tih 0,5Vpp imamo poslije izlazne LC filtracije, ispred filtracije na SW node ima se još uvijek PWM.
(02-06-2022, 02:46 PM)Dragan100 Wrote: [ -> ]
(02-06-2022, 02:02 PM)mikikg Wrote: [ -> ]Bootstrap pristup je problematičan, na primer recimo da hoću da slušam na -40dB nivou od maximuma pojačala, recmo da se izlazni stepen napaja sa 50V (+50V Full-bridge), -40dB od togra je 0.5V, dakle izlazni most bi trebao da radi na svega 0.5V i to je problem za bootstrap, sa tim naponom ne može da se boost-uje napon potreban za Gejt, zato treba potpuno nezavisno napajanje.

PS: U tih hipotetičkih 0.5Vpp staje kompletna dinamika zvucnog zapisa, -60dB od toga već neće moći da se izmeri sa našom standardnom opremom, a -80, -90 i tome slično ne može da se izmeri a RADIĆE baš tako.

Bootstraping radi se na tački SW node, gdje ima SyncroBUCK uvijek PWM pulseve -RAIL, 0 i +RAIL
tako da Bootstraping kond uvijek kad ga povuče SW prema -RAIL, puni ga.
-40dB ili tih 0,5Vpp imamo poslije izlazne LC filtracije, ispred filtracije na SW node ima se još uvijek PWM.

Tu se sad razlikuju naši pristupi, ja sam hipotetički RAIL napajanje spustio na 0.5V i kada mi je signal na 100% ja dobijem taj napon na izlazu iz mosta.
U startu predlažem full-bridge jer je u ovoj postavci lakši za integraciju i moze da se ide na 3-level BTL modulaciju koja još bolje radi
Tehnički treba nam 6 kanala dobrog izolovanog drajvera, Si8233 ili slično, trebaju nam oni jer jedino sa njima možemo da imamo bukvalno 0-100% PWM regulaciju kako u izlaznom mostu tako i na stepenu za napajanje.
Od ovih 6 kanala, 3 bi trebala da "lebde", dakle samo napajanje za drajver preko nekog malog DC/DC Macolinog pretvaračića sa par tranzistora.
Pristupi po mom mišljenju sasvim su nama identični,
osim o spuštanju RAILova tako nisko (u mojim prijašnjim postovima zapisao sam za min +/-5VDC),
jasno je, da sa tako malim RAIL naponima (ispod +/-5VDC) neče Bootstrapovanje odraditi barem minimalnih 5V drive-a.
Takodjer sam zapisao, da se odradi sve one napone dodatno (SMPS ili LIN) neki i floating i ne samo da se izvuče iz glavnog napajanja.

ISO driveri OK,
ali nač takve, da su im Propagation delay, Rise i Fall vremena, kao i da ima Overlap Protektion i DT regulaciju na nivou par nsec.
E tu smo več na tankom ledu sa izborom(ima).

Još i da su predisponirani za GaN (5V driveri) i da imaju "Excellent High_side and Low_side Propagation Delay Matching"
pa po još koju sitnicu...

LM5113 (ovom treba odraditi DT na ulazima i nema ENable pina,
koje trebamo za dodatne protekcije, pa jih treba odraditi dodatno --> dodatna logička vrata-->napajanja za njih...))
i noviji LMG1210 (ovaj ima več ISO High_side drive, Low_side tako i tako leži na -RAILu))
možda i NCP51810(20), uP1966E
HI i LO ISO Si827xGB-IM
i nešto sporiji ADuM4221A i MPQ1918-AEC1
možda još koji???

Zanimljiv je i kompletan GaN PowerHB 80V-10A LMG5200, skupa sa mosfetima,
no, nema ENable pina, ni DT adjust, pa to treba odraditi na ulazima dodatnim logičkim vratima...
Ali takom spakovanom cijelom PowerHB-u teško parirati performansama (čitaj PCB)

Tako da nema se baš izbora.
GaN mosfete treba i delikatno tretirati, da jih držimo što krače u III.kvadrantu rada...(opet DT)
@Dragan100, u praksi sam probao praktično oba pristupa, imao sam 4 tranzistora koja su se gurala sa HIP8041 i sve je radilo kako ovde opisujemo, prelepo je radilo sa naponima od koliko beše 8-9V jer HIP radi sa Bootstrap diodama (ispod tog napona se isključuje, zabranjeno u toj zoni da radi) i dodatno nije moglo da se ide full opseg 0-100% jer kada je 100% nema SW nikakav, gornji tranzistor mora da dobije poseban napon da bi se aktivirao i tu dolaze "lebdeći drajveri" da to reše.
DT je posebna priča, može da se kompenzuje i menja zavisno od uslova rada, hajde da kažemo da su to finese koje treba doterati, ovde trenutno diskutujemo o nekom konceptu koji ima neke dobre osobine same topologije i pristupa gde čak upotrebom i "prosečno dobrih MOS-FET" sa Full-bridge u BTL modu mogu da se dobiju veoma dobri rezultati čak u OPEN-LOOP modu a u CLOSED-LOOP tj samo oscilujući to će tek da radi kako valja.

PS: Probao sam zvučno OPEN-LOOP full-bridge, ja ne mogu da vam objasnim kako se to dobro čuje, poredio sam sa analognim AMP pri relativno malim nivoima, da ne verujete kako takav OPEN-LOOP radi!
Zadnjih X postova oko Full-bridge može da ide u novu temu pošto je vrlo zanimljiva i ima prostora za diskusiju o nekim novim topologijama.
Cela caka sa današnjim "Power Conversion" tehnologijama je imati dobre izolovane drajvere dok su prekidački tranzistori sad toliko dobri da tehnički idu 10x ispred svog vremena dok drajveri i iskorišćenje u raznim topologijama "stoje u mestu", ima još mesta sa drugim topologijama i sa sadašnjim MOS-FET, SiC i GaN će tek da dobiju možda neke svoje nove topologije pretvarača.

Zamislite na primer novu topologiju Full-bridge SyncBuck2 koji rade sa "običnim" MOS-FET na na primer tačno 192kHz : )
Kako bi radilo na 1MHz ili 10MHz takava "pretvarač" sa SiC ili GaN??? : )
To Slobodan Ćuk ne može da obajsni "ostatku planete", da je bitnija topologija od tehnologije, kada rešis topologiju onda možeš bilo kojom tehnikom da rešiš tražene tehničke zahteve
U ovom pravcu sada razmišljam za HighEnd Dclassu

LMG3425R050 GaN driver modulima sa sve protekcijama
https://www.ti.com/lit/gpn/lmg3425r050
ili LMG341xR070
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmg341...&distId=26
Svaki modul ima svoje Floating regulisano napajanje,
moduli imaju predvidjeno napajanje za ispred ISO UltraFast driver ISO7420E (ili neki Single ADuM210...ili slični UHS ISO)
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/iso742...2FISO7420E
https://www.analog.com/media/en/technica...uM210N.pdf
ili malo sporiji
http://www.ti.com/general/docs/suppprodu...2Fiso7520c

ISO ulaze možemo stavljati sada gdje nas volja, pa netrebamo LevelShiftera, pridobije se na platzu, manje elementiča, pridobijemo na kraći propagaciji delaya
Sad jih možemo stavljati odmah poslije Ultra brzog komparatora referisanog na GND (i ne više na -HV izlaznog HalfBridga),
i separacije PWM --> Qup-Qlow sa Ultra brzim kombiniranim kapijama SN74LVC1G99, ti imaju Schmit_triger ulaze, pa predstavljaju i Quantizer u obradi signala
onda imamo i DT adjust (posebno za Low-->High stanje, kao i za High-->Low)
http://www.ti.com/general/docs/suppprodu...vc1g99.pdf
Tu odradimo još šta od protekcija, OVP, UVP, možda temp...itd, te protekcije su nam onda nERR, Low=ERROR

Komparator zatrebamo da prima ulaze do +/-svojih RAIL, znači napajanje ulaznog dela komparatora posebno sa +/-5V,
a izlaz komparatora neka ima svoje napajanje +5V i GND
netrebamo da nam swingje u negativu, nije dobro za slijedeču logiku, pa i swingovanjem sa više napona, sporiji smo !!!
Tu neme baš mnogo izbora, našao sam LT1719
https://www.analog.com/media/en/technica...1719fa.pdf

Ispred FrontEND sa excellent opampom, visokog OLG, malog THD, dovoljno visokim SR....SNR...itd.
u NFB poduplamo podjednakog,
Single oba ili Dual ako Layout dopušta

minPropagationDelay + minDT = najmanji THD
NFB PropagationDelay = RC+SR opampova i njihow BWlimitacija = freq samooscilacija

Ovo bi bila na grubo ta idea

[Image: attachment.php?aid=37184]

A ovako mi "žviždi" simulacija na više od 3MHz, gdje sam uključio te gore opisane PropagationDelaye, čak nisam išao ni nešto pre-kratkim vremenima!

[Image: attachment.php?aid=37181]

Ulazni ofseti opampova i komparatora kod malih promena "neznaju" šta bi, pa zatrebaju malu pomoč iz NFB, u obliku malih sičušnih impulziča, da bi samooscilovalo i tada.
[Image: attachment.php?aid=37180]

Onda izgleda ovako rad SyncroBuck-a
:-)
[Image: attachment.php?aid=37179]
Brza propagacija i mali DT crtaju po SIMu sliku OUT na oscilogramima podjednaku kao VG3 = Input signal
Znači imamo uvid o vrlo malom THDju, stepeničavost rada Dclasse se tu uopšte više ne nazire (tom resolucijom crtanja u SIMu).
Takodjer I_max peakovi nisu preveliki, i i tu vidimo da nemamo iako malih DT, nikakvog uzdužnog provodjenja GaN mosfeta.
A ti su zaštičeni i od toga u svojim modulima sa internim protekcijama OCP, OTP....

Treba samo sačekati na njih, jer jih nema još u prodaji! Cijena ispod 10$/kom, što je inače cijena za sličan "goli" GaN mosfet tih karakteristika, 600V, 44A...
Do tada se nacrta Layout!!!
:-)
Ovim elementima bi se moglo odmah pristupiti projektu:
OPA1656
https://eu.mouser.com/ProductDetail/Texa...FfKw%3D%3D
LT1719
https://eu.mouser.com/ProductDetail/Anal...IbPQ%3D%3D
2x ISO7821, dual ISO, pa se može i FAULT proslijediti unazad prema analognom dijelu i nERR
https://eu.mouser.com/ProductDetail/Texa...0cVQ%3D%3D
2x LMG3411R150 (cycle-by-cycle OCP)
https://eu.mouser.com/ProductDetail/Texa...H12A%3D%3D
:-)
Jedan Power HB sa ISO driverima izgledao bi iz DS :
[Image: attachment.php?aid=37182]
U1 i U2 bili bi ISO izlazi
Odpada Bootstraping napajanje, tu bi išli sa odvojenim Floating napajanjima, recimo LM5030 PushPull i neki mali SMD trafojče
https://eu.mouser.com/ProductDetail/Coil...nQ1g%3D%3D

Predloška EvaluationBoard, možda se nadju i gerber filovi...
https://www.ti.com/lit/ug/snou140a/snou1...4XX-BB-EVM
https://www.ti.com/lit/ug/snou176a/snou1...MG3425R030
ili
https://www.ti.com/lit/ug/snou166/snou16...se%253DGPN
Da dopunim i kako radi jedna samooscilirajuča Dclass-a:

Ucrtao sam u shemu signalna mesta od interesa za lakše razumevanje jednog loop-a samo-oscilacije

[Image: attachment.php?aid=37186]

Na ulazu zateknemo na signal, u nekom trenutku, negativne vrednosti.
Ulazni Inverter Summator zbroji ulazni signal i signal iz NFBja, i okreče sumi fazu, i pojača ju.
Poslije Summatora imamo sada positivan signal.
Komparator ima svoj +IN na GND,
pa svi signali koji su negativniji od GNDja, postanu na izlazu komparatora logički High
a signali positivniji od GNDja, postanu na izlazu komparatora logički Low
Tu se tvori PWM, referisan na GND, što je logička 0, a +5V imamo logičku 1.
Sada se nam tu tvori logička 0.
Kombinirana kola 74LVC1G99 iz PWMa tvore komplementaran Qup i Qlow izlaz,
tu imamo i poseban ulaz nERR koji, kad mu privedemo 0, izlazi oba Qup-Qlow idu u Low stanje,
i gase rad sklopa. Tu su OVP pa UVP protekcije, pa možda protekcija nad-temperature...itd.
Qup=0, Qlow=1
Slijedi odvojeno podešavanje DeadTime DT za UP i LOW
-iz stanja Low-->High, diodica je neaktivna, C se puni preko R, RC konstanta 100R-47pF=cca 10nsec
-iz stanja High-->Low diodica provodi i vrlo brzo prazni C, prespajanjem R
Onda taj DT_up i DT_low tretiran signal proslijedimo do ISO drivera,
koji 1:1 prenosi signal referisan na GND,
jednog na HighSide kojeg imamo referisanog na SW izlaznu tačku SyncroBucka
i drugog LowSide koji je referisan na -HV napajanje izlazne PowerHB
HighSide=0, LowSide=1
GaN mosfet DriverModuli sa internim mosfetom jakim drivom od par A Source/Sink,
vrlo brzo pale-gase mosfete
i na izlazu imamo sada Pulse -HV,
koji ide preko NFB RC konstante usporavanja odziva i filtracije smetnji,
pa do NFB Inverter attenuatora,
koji te Izlazne Pulseve od +/-HV pretvara u manje Pulse-ve +/-parV ali sada obrnute faze
na izlazu NFB karike imamo sada +Pulse od parV, koji ide opet do ulaznog Inverter Summatora
gdje se zbraja sa još trajajučim negativnim ulaznim signalom i sada NFB inverznim +pulzem, 
inverter summator jih zbraja, signal nam je sada positivan, i okreče mu fazu....komparator ga vidi negativnog na svom -IN, izlaz mu ide u logičku 1....itd.

i priča se tako vrti u loop-u!
Redosled u gornjoj slici: crvena-->zelena-->narančasta-->plava...itd

ili direktno iz grafa

[Image: attachment.php?aid=37180]

Propagacijsko Forward kašnjenje:
ultra brz komparator i logička kola, kratak DT ali da se nema uzdužnog provodjenja PowerHB,
pa ultra brzi ISO driveri i GaN Moduli sa brzim paljenjem/gašenjem GaN mosfeta (koji su brži sa što manjim Qgate)
direktno utiče na THD, krače tot vreme Forward kašnjenja manji THD i obrnuto!

Propagacijsko NFB kašnjenje:
RC NFB koja nam filtrira morebit smetnje, tvori i RC konstantu kašnjenja,
onda je tu NFB Inverter Attenuator, koji ima svoj SR i BW, i time takodjer predstavlja neko kašnjenje u lancu
recimo opampov SR od 20V/usec odradi kašnjenje signala od parV (neka je to 2Vpp ==>> vidi iz gornjeg grafa SIG) u nekih 100nsec
a pošto su BW i SR proporcionalni, užanjem BW (RC konstante u NFB tog inverter attenuatora) takodjer usporavamo NFB.
NFB propagacijsko kašnjenje direktno je onda vezano na freq samooscilacija, indirektno jasno i za THD.
Viša freq-->manji THD.

Propagacijsko Forward + NFB kašnjenje = jedna poluperioda samooscilacija, takodjer razvidno iz gornjeg oscilograma
Perioda samooscilacija iz grafa je 290nsec = cca 3,45MHz, 
i osim u visini amplitude i malom TOT faznom pomeraju ne zapažamo razliku ili stepeničavost izlaznog Dclass signala OUT od ulaznog VG3
"Jednostavost" ovako uradjene D class audio pojačavača omogučuju baš PowerGaN moduli u HalfBridge konekciji,
koji interno odrade te največe loopove Driver IN-->GaN mosfet propagacije kašnjenja ON/OFF.
Pošto su dva nezavisna GaN modula, treba jim odraditi i posebno svakom svoj DT_adjust.
Da nemamo uzdužnog provodjenja!

ISO driverima jednostavno plasiramo logiku referisanu na GND i potreban level_shifting rada SyncroBUCK=Dclass Power OUT na:
PWM---> Komplimentarni Qup/Qlow iz reference GND sa ISO driverima lako i brže odradimo u HighSide (referencom na SW node)
i LowSide (referencom na -HV napajanje) PowerHB drivovanje!
Imamo i potrebno napajanje za te ISO Out PSU iz Drivera GaN.
Dragane 
PowerGaN moduli se trebaju napajati sa min 9.5v a ne sa 5v floating kako si nacrtao ili ja grešim ?
(03-01-2022, 04:19 PM)gorso69 Wrote: [ -> ]Dragane 
PowerGaN moduli se trebaju napajati sa min 9.5v a ne sa 5v floating kako si nacrtao ili ja grešim ?

Hvala @gorso69, lepo zapažanje!

Ostalo mi to od prijašnjeg crtanja tih 5VFloating, zato ispadaju i tu crtani.
Floating napajanje je za te LMG341xR150 kasnije kad budu dostupni i R050 ili R070
12V REG Floating, na pin Vdd i referisan na Return_Source kao njegov Floating_GND.
8,5V mu je onda interni UVLO.

Sam Driver ima izlazni pin LDO5V i Return_Source kojim se napaja izlazni dio ISO drivera.

[Image: attachment.php?aid=37187]