Discrete AMP-Speaker Protection

[Dragan100]

Pogledajmo si sada implementaciju OverLoad/OverCurrent protect korak po korak
u nekom nama poznatom pojačalu.

Odabrao sam APEX AX11

Pojačalo smo sklopili, testirali, pojačalo ima radne hladnjake ...
podesili smo mu izlazni DCoffset (ako ima tu opciju) ili ima DCoffset-a ranga  do +/-20mV, što je sve u granicama!
i podesili BIAS izlaznog para ranga 50-100mA.
Pojačalo je sada več duže vreme na radnoj temperaturi, ....stabilnog rada.
OK!
Pojačalo imamo radno!!!
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sad bi htjeli za to pojačalo podesti naš OverCurrent/OverLoad protekcijski modul!




Pojačalo ugasimo ako je dosad radilo, sačekamo da se bulk elektroliti izprazne
i spojimo +DET na R_emitter otpornik do BJTja pozitivne grane izlaza (vidi sliku)
i spojimo -DET na R_emitter otpornik do BJTja negativne grane (vidi sliku)
Ulaz protekcije nam je sada spojen.

Trimmpot protekcije OverCurrent/OverLoad zavrtimo da daje 0R ... kratak spoj,
preverimo DMMom da ima trimmpot što manji otpor, otpor blizu 0R,
tako da u startu podešavanja protekcija miruje/uopšte ne reaguje!

Na izlazu pojačala imamo naše nominalno opterečenje 8R0,
jaki otpornik, ringlu šporheta, cekas žicu, sendvič sa mortadelom...svejedno, :-)
samo da je statičan otpor nominalan kojeg trebamo, i da ima otpornik zalihe snage za disipaciju za vreme podešavanja,
koje  če nam potrajati par minuta na max snazi pojačala.

Na ulaz pojačala spojimo Signal Generator promenljive izlazne amplitude i podesimo freq cca na 80-200Hz
(tu nam je inače kontekst muzičkog programa po verovatnoči najači energijom...)

Na izlaz spojimo Osciloskop, kojim čemo gledati klippovanje izlaza

U tačke +POS i -NEG stavimo naš DMM (DigitalniMultiMetar) kojeg smo podesili za merenje mVDC

Napajanje za Protekcijski sklop uzimamo iz +PSU pojačlala i njegovog GNDja.

OK, pojačalo-protektor pripremljeno! Ne palimo ga još!!!
Pauza!
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sad pogledajmo u Excell tabelu kakav ulazni otpornik zatrebamo!




Osnovni podaci pojačala koji nam zatrebaju:

-PSU imamo zajednički za ulazni i izlazni stepen, +/-42VDC . I upišemo u tabelu pod OPS PSU u crveno polje 42!

-Ako pogledamo topologiju izlaza (od VASa dalje) pojačala APEX AX11, imamo DualEmitterFolower ili DEF
i u gornjoj tabeli Excella pronadjemo pod zajednički PSU i DEF, pad napona V_drop = 3 i upišemo u žuto polje
Tu možemo vidjeti da če nam izlaz klippovati na oko +/-39Vpeak

-Pod nominalno opterečenje 8R0 upišemo 8 u crveno polje pod Rload_nominal

-Imamo 1 - jedan izlazni par. I upišemo u crveno polje OPS pairs 1!
pod "estimated Pmax" možemo vidjeti da nam pojačalo može dati max 95Wrms@8R0 na naponu PSUja +/-42VDC
tu su i izračunane Irms i Ipeak koje nam mogu biti u pomoč za kontrolu SOA izlaznih po DS
i tako smo i uradili 2SC5200/2SA1943: Uce 42VDC Imax=6Apeak @100msec, OK
inače struje se upotrebljavaju u kalkulaciji

-Izlazni BJTji imaju R_emitter od 0R22 . Upišemo u tabelu 0,22 u crveno polje R_emitter (or R_source)

-Za P@50% stavljamo 5000, R_in bottom odaberemo 680 , R with trimmpot stavimo 330
V_active 2N5551 je cca 0,525V i te vrednosti upišemo ili preverimo upisane dali su tačne

Na kraju Zeleno polje R_in top nam je sada aproksimirana vrednost traženog otpora, dobili smo vrednost 4880 i stavljamo 4K7 otpornik.

Protekcija iskalkulirana, otpornici zalemljeni, detekcija spojena sa pojačalom, osciloskop i DMM takodjer spojeni,
OK.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pojačalo sada upalimo, sačekajmo nekoliko minuta (5-10min) da se temp stabilizira i :

-okom na osciloskop, ulaznim Signal Generatorom višamo amplitudu dok na osciloskopu ne zapazimo blagi klipping (na cca +/-39Vpeak)



-Soft klipping pustimo dalje, i sada tim klippingom na izlazu, DMMom na oku, štelamo trimmpotom protekcije
dok ne vidimo na DMMu 390-420mVDC
time je ta inicijalna procedura završena.



Tu vidimo i druge oblike signala po odredjenim tačkama. DMMom odčitavamo cca 420mVDC!

-Sada možemo pojačati amplitudu Signal Generatora, na osciloskopu čemo zapaziti tvrdji klipping (biče više zaravni)
i na DMMu viši napon od prijašnje margine cca 410mV, najverovatnije če poskočiti prema 520-530mV na kojoj margini počinje
protekcija OverLoad/OverCurrent dejstvovati.






Vreme kašnjenja možemo promeniti zamjenom 4,7uF u level shifteru protekcije na višu vrednost, ja sam je stavio za probu na 22uF sada sa kašnjenjem cca 2,4sec
time smo povečali RC konstantu!!!
Izlaz nam zato treba dulje vremena raditi u režimu jakih struja, da bi se protekcija aktivira,
no imamo sada lako podešavanje margine okidanja
i promenom konda personaliziramo sebi svoje vreme aktivacije!!!

DMMom kod štelanja margine 390-420mV, ako spustimo tu marginu na manje 350-340-330...mV povečat čemo struju reagovanja i obrnuto!!!

Zakačen imate i TinaTI file za experimentiranje ovom protekcijom na AX11

  AX11 Overcurrent-overload.TSC (Size: 1,45 MB / Downloads: 2)

[PeceMK]

Dragan-100,Bravo kolega za temu samo nastavi,bas interesira me kako ce biti sve to kompletno sa pcb.

[Dragan100]

Dragan-100,Bravo kolega za temu samo nastavi,bas interesira me kako ce biti sve to kompletno sa pcb.

Hvala @PeceMK!

Pa za PCB mogli bismo angažirati našu forumsku zajednicu i napraviti u barem dve verzije:
-montaža skupa sa SPK klemama
-posebna PCB i povezivanje žicama

Kasnije ko se odluči za RELE ili SolidStateRele sa Mosfetima

PCB se inače popuni onim protekcijskim modulima za koje se svako posebno odluči...

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Nastavak protekcija biče sa zamjenom BJTja za Optocoupler
-rešimo se obavezne konekcije napajanja iz izlaznog stepena pojačala, inače protekcija BJT OverCurrent/OverLoad ne radi!!!
-prag aktivacije je sa Optocouplerom sada 810-820mVDC

[TDA]

Ne obećavam, ali mogu da probam.
Javite mi samo kad šeme svih sklopova budu konačne.

[Dragan100]

OverCurrent/OverLoad sa Optocouplerom




Protekcija OverCurrent/OverLoad sa optocouplerom sada ne zatreba napon napajanja iz izlaznog stepena,
kojeg zatreba ta modul zaštite sa BJTjem, inače ne radi!





Prag provodjenja OPTO je sada cca 800-820mV i ako se pogleda sa tipičnom max strujom po izlaznom paru 4 -4,5Apeak
što bi iznosilo na 8R0 opterečenju cca 75Wrms@8R0
zatreba minimalni R_emitter od 0,82/4,5 = 0R18 -0R22

i kod multiple izlaznih parova, zna se desiti da je struja/paru premala za drivovanje OPTO
Tada treba promeniti taj/te R_emitter (R_source)!





U Excell tabeli za definiranje ulaznih otpornika R_in top i R_in bottom sada za V_be active stavimo 815mV!

  OverCurrent PROTEKT OPTO.TSC (Size: 1,3 MB / Downloads: 2)

[Dragan100]

Zamjena za Speaker Protection RELE

Pojačalo radi recimo sa PSU do +/-60VDC

-mosfet odaberemo da ima najmanje Vdss 100V, neka je barem za 15A, dovoljno nizak napon da nam je RdsON več mali sa Ugate 5V+
-Photovoltaic neka je VOM1271 sa internim TurnOFF dodatnim sklopom, inače je to dodan P-Fet i otpornik,
pa kad opada napon na Photo-voltaičnim čelijama, onda FET dodatno obori izlaz, posledično gate napon.
-dodao sam i TVS bidirektional protekciju (60V, BrakeDown oko 75V a clamp na cca 95V)
da poštedimo mosfete kod tranzicija kad nam zvučnik sa skretnicom nudi baš lepe Back EMFs
-pojačalo ima več na izlazu Clamp diode prema napajanju,
dve diodi klasično postavljene u izlaznom stepenu, od AMP OUT prema +Rail, i od -Rail prema AMP OUT
Kod Mosfeta te diode netrebaju, pošto ima Mosfet svoje Body diode.

-dodao sam i "Remote sense" da NFB popravlja i ono malo šta se "gubi" performansa na Back-to-Back Mosfetima
kao RELE sa zlatnim i dodatkom Unobtainiuma posebnim kontaktima bolja nam je opcija... :-)




To sa Remote sense protekcije probaču simulirati sa i bez, i vidjeti koje su nam razlike u THDju.
Za nas, ...i naravno "puriste"
:-)

[Dragan100]

SImulacija THDja Back-to Back mosfet Speaker Protekcije

1. Simulacija klasične sheme LM3886 bez nikakve protekcije na izlazu,
-opterečenje je 8R0, GAIN = 24V/V ili 27,60dB
-izlazna amplituda je 10,00Vpeak@1KHz, DC offset podešen

THD@8R0 @1KHZ @10,00Vpeak OUT @Dcoffset +20uV = 8,643E-04%



2. THD sa uključenom protekcijom Back-to-Back mosfeta,
-opterečenje je 8R0, GAIN = 24V/V ili 27,60dB
-izlazna amplituda je 10,00Vpeak@1KHz, DCoffset podešen

THD@8R0 @1KHZ @10,00Vpeak OUT @Dcoffset +20uV = 9,565E-04%




3. THD sa uključenom protekcijom Back-to-Back mosfeta, dodana je Remote Sense Back-to Back mosfeta
sada je potrebno malo korigirati izlaznu amplitudu pošto se nam je Gain malo smanjio, za 0,33dB ili smanjio se zbog RemoteSense za -1,2%
sada je GAIN = 23,09V/V ili 27,27dB,
-izlaz ponovo postavljen na 10,00Vpeak@1KHz, DC podešen!
-opterečenje je 8R0

THD@8R0 @1KHZ @10,00Vpeak OUT @Dcoffset +20uV = 8,655E-04%

[ivanlukic]

Zanima me da li bi neko pomogao oko projekta MOSFET SSR koji koristi Si8751-2 Isolated Fet driver. Hteo bih da isprojektujem pločice zaštite za zvučnike ali da ima turn-on delay, DC zaštitu i AC sense da isključuje odmah nakon nestanka naizmenične struje. Koje bi (lako nabavljive) MOSFETove mogli da upotrebimo? Treba li 8751 ili 8752 verzija?

Inspiraciju za ovaj projekat sam dobio nakon čitanja https://sound-au.com/project198.htm

Evo i DS od drivera

https://www.silabs.com/documents/public/...8751-2.pdf

Svideo mi se ovaj chip zato što može jednostavno da se dobije MOSFET relejna zaštita, jednostavnije od drugih sličnih projekata.

[ivanlukic]

Pretpostavljam da bi se jednostavnija zaštita dobila sa Si8752 diode emulator izolatorom.

[ivanlukic]

Otvorio sam novu temu za ovaj projekat da ne bih kvario postojeću temu.

https://forum.yu3ma.net/thread-2331.html

[ivanlukic]

R9 otpornik drži neaktivnim T4,
tu je, da pripomogne nereagiranju sklopa na morebit smetje i da drži T5 neaktivnog ako isti ne dobije drugčije komande preko R12

R12 povuče na dole bazu PNPja MJE350, kada je prisutan napon na colectoru T3 onih gornjih 15,7V, i neka povuče sa cca biasem struje od 3,5mA,
(a dok je T3 neaktivan imamo na njegovom colectoru cca napon napajanja i T4 ostaje neaktivan,)

R9 = (50 - 0,7 - U_be T4 - napon na colectoru T3 kada je aktivan)V / 3,5mA= (50-0,7-0,7-15,7)V / 3,5mA = 9K4, i uzečemo 10K

disipacija otpornika je opet pad napona na njemu * struja kroz njega = cca 33V * 3,5mA =110mW , i uzet čemo otpornik od 1/2W

Ovde mi nešto ne štima. Ako sam dobro razumeo R9 ostaje 10k za bilo koji napon napajanja pojačala a R12 treba da se preračuna za konkretan napon napajanja. Ali ovde piše "R9=....." Da li treba da piše "R12=...."?

[Dragan100]

R9 otpornik drži neaktivnim T4,
tu je, da pripomogne nereagiranju sklopa na morebit smetje i da drži T5 neaktivnog ako isti ne dobije drugčije komande preko R12

R12 povuče na dole bazu PNPja MJE350, kada je prisutan napon na colectoru T3 onih gornjih 15,7V, i neka povuče sa cca biasem struje od 3,5mA,
(a dok je T3 neaktivan imamo na njegovom colectoru cca napon napajanja i T4 ostaje neaktivan,)

R9 = (50 - 0,7 - U_be T4 - napon na colectoru T3 kada je aktivan)V / 3,5mA= (50-0,7-0,7-15,7)V / 3,5mA = 9K4, i uzečemo 10K

disipacija otpornika je opet pad napona na njemu * struja kroz njega = cca 33V * 3,5mA =110mW , i uzet čemo otpornik od 1/2W

Ovde mi nešto ne štima. Ako sam dobro razumeo R9 ostaje 10k za bilo koji napon napajanja pojačala a R12 treba da se preračuna za konkretan napon napajanja. Ali ovde piše "R9=....." Da li treba da piše "R12=...."?

Radilo se za primer napajanja pojačala sa +/-50VDC, odakle i uzimamo napajanje za sklop zaštite.
U kalkulaciji R9 sam Bold-ovao tih 50 (50VDC napajanja iz pojačala pa minus diodice....)

I tu je ta greška R9, treba pisati R12
Hvala Ivane, popravit ču i u originalnoj shemi!
R9 je tu kao Base pull down @ 10K, nezavisno od napona napajanja!

[ivanlukic]

Ima u tekstu još sitnih previda i grešaka u kucanju ali to nisam spominjao jer se iz konteksta jasno razabira šta treba da piše. Takođe sam uporedio shemu DC detektora sa shemom iz Silicon Chipa i primetio da se razlikuju. U Silicon Chip zaštiti emiter P tranzistora i kolektor N tranzistora idu preko 10R otpora na bazu T3 (u našoj shemi) a tvoj DC detektor vodi samo emiter P tranzistora na bazu T3 preko otpora 100R i diode 1N4148. Zašto se razlikuje shema tri tranzistora iz DC detektora u tvojoj i Silicon Chip shemi.

[ivanlukic]

R9 otpornik drži neaktivnim T4,
tu je, da pripomogne nereagiranju sklopa na morebit smetje i da drži T5 neaktivnog ako isti ne dobije drugčije komande preko R12

R12 povuče na dole bazu PNPja MJE350, kada je prisutan napon na colectoru T3 onih gornjih 15,7V, i neka povuče sa cca biasem struje od 3,5mA,
(a dok je T3 neaktivan imamo na njegovom colectoru cca napon napajanja i T4 ostaje neaktivan,)

R9 = (50 - 0,7 - U_be T4 - napon na colectoru T3 kada je aktivan)V / 3,5mA= (50-0,7-0,7-15,7)V / 3,5mA = 9K4, i uzečemo 10K

disipacija otpornika je opet pad napona na njemu * struja kroz njega = cca 33V * 3,5mA =110mW , i uzet čemo otpornik od 1/2W

Ovde mi nešto ne štima. Ako sam dobro razumeo R9 ostaje 10k za bilo koji napon napajanja pojačala a R12 treba da se preračuna za konkretan napon napajanja. Ali ovde piše "R9=....." Da li treba da piše "R12=...."?

Radilo se za primer napajanja pojačala sa +/-50VDC, odakle i uzimamo napajanje za sklop zaštite.
U kalkulaciji R9 sam Bold-ovao tih 50 (50VDC napajanja iz pojačala pa minus diodice....)

I tu je ta greška R9, treba pisati R12
Hvala Ivane, popravit ču i u originalnoj shemi!
R9 je tu kao Base pull down @ 10K, nezavisno od napona napajanja!

Shema je OK, samo tekst ne prati dobro shemu. jedino što treba je da se  tekst ispravi, gde piše R9 treba da piše R12.

[Dragan100]

Ima u tekstu još sitnih previda i grešaka u kucanju ali to nisam spominjao jer se iz konteksta jasno razabira šta treba da piše. Takođe sam uporedio shemu DC detektora sa shemom iz Silicon Chipa i primetio da se razlikuju. U Silicon Chip zaštiti emiter P tranzistora i kolektor N tranzistora idu preko 10R otpora na bazu T3 (u našoj shemi) a tvoj DC detektor vodi samo emiter P tranzistora na bazu T3 preko otpora 100R i diode 1N4148. Zašto se razlikuje shema tri tranzistora iz DC detektora u tvojoj i Silicon Chip shemi.

DC detekciju NEG radi NPN u konfiguraciji zajedničke baze i preko svoje Uce_sat
i tog (u tvom pitanju) pominjenog P tranzistora obara preko diodice i 100R
bazu T3 (u našoj shemi)
POS detekciju radi u toj shemi T6 i za drugi kanal T8,
takodjer za Uce_sat preko P tranzistora T7 (T10) obara preko diodice i 100R bazu T3
Ovako sam dobio ponajbliže podjednake napone aktiviranja DC POS i NEG napona zaštite.

[ivanlukic]

Evo sheme nacrtane u Eagle-u. Nisam ubacio prekostrujnu zaštitu jer kod mene pojačala rade uvek ispod 1W snage i nema nikakve šanse da pregore. Zaštite stavljam više zbog turn-on i turn-off mutinga. Onaj ko pravi pojačala za koncertna ozvučenja može lako da doda na shemu potrebne komponente preko rezervisanih 1N4148 dioda i da napravi svoju pločicu. Ja sam predvideo dva 12V/15A releja kojima su kalemovi vezani redno zato što takve releje imam na lageru ali svako ko koristi Eagle može lako da prepravi shemu za njegove releje.

Preračunao sam LP filter za manju kapacitivnost (1u) i smanjio vrednost bleeder otpora za LP filter. Koristio sam Okawa online calculator. Male sive ćelije! Hercule Poirot!

Ako neko primeti grešku na shemi neka prijavi pre nego što postujem Eagle sch file.

[ivanlukic]

Zbog epidemije je paketić putovao skoro 3 meseca iz Kitaja! Uspeo sam da spakujem stereo DC detection, AC sense i Turn on delay na pločicu 50 x 100 mm. Za thermal switch i Over current bi trebala veća pločica. Ovu je pločicu lako modifikovati za MOS FET relej. Ja sam za probu napravio sa mehaničkim relejom jer ovih releja imam više na lageru. U prilogu je sličica.

[Braca]

Lepo izgleda, Ivane.

[Khadgar2007]

Slučajno naletio na ovo. Bolju ponudu nećete naći nigdje https://holtonprecisionaudio.com/collect...-relay-one

[ivanlukic]

Nije mi jasno kako da testiram DC protect. AC sense i Turn on delay rade kako treba, ali nikako ne mogu da isključim releje kad stavim jedan kraj baterije od 9V na Amp out a drugi kraj na masu. Ništa se ne dešava. Zbunjuje me zašto su 4148 diodice koje izoluju funkcionalne module zaštite orijentisane tako da ne propuštaju struju ka zaštiti. Kako će jednosmerna struja da prođe ka kolu deaktivacije releja ako je 4148 diodica orijentisana kao na shemi?