Discrete AMP-Speaker Protection

[Dragan100]

1. Delay on PowerON




Napajanje je povučeno iz AMPa, recimo da je to napajanje OPS i imamo tu neregulisano napajanje +/-50VDC.
Ulazni dio AMPa, VAS i Driveri imaju svoje napajanje ili pak zajedničko sa OPS. To čemo razmotriti "zašto" kod OverCurrent/OverLoad zaštiti.

Napajanje vodimo preko diode koja odvaja PSU pojačala sa velikim strujnom potrošnjom i velikim naponskim ripplom,
i dodatno stabiliziramo taj napon sa C1 100uF

RELE smo odabrali recimo za primer 24VDC i ima otpor špulne 1100R
Driver RELEja smo odabrali PNP MJE350
zbog napona Uce max , Ic struje i njegovog pojačanja h_fe

a za druge signalne BJTje upotrebit čemo NPN 2N5551 i PNP 2N5401


Napon napajanja nam je +50VDC - pad napona na diodi 0,7V, znači 40,3VDC
RELE zatreba 24VDC (iako se aktivira več nešto nižim naponom)
i njegova DC otpornost špulne je 1100R

Špulna na 24VDC potegne struju 24V/1100R = cca 22mA

Preduotpor špulne (sastavljen iz paralelne veze R10//R11) vidi na sebi napon:

-na jednom kraju 50VDC - 0,7V diodice - 0,2V pada napona na Uce T4 = (50-0,7-0,2)VDC = 49,1VDC
-na drugom kraju zatrebamo 24VDC na špulni

Razlika je (49,1-24)VDC = 25,1VDC

koju vidi na sebi preduotpor špulne, a pošto špulna potegne 22mA struje
zatrebamo preduotpor vrednosti:

25,1V / 0,022A = 1140R

a pošto imamo za preduotpor dva otpora u paraleli radi disipacije toplote

zatrebamo za R10, R11 duplu izračunatu vrednost 2K4, imačemo tako 2K4//2K4

svaki če se grijati P_dis = I^2*R = (11mA svaki)^2 * 2K4 = 0,3W i uzet čemo jih od 1W da ne dodtraju prebrzo od pregrijavanja

T4 če se grijati P_T4 = pad napona na relaciji (colector - emier) u saturaciji * struja releja 8koja je ista kao struja colectora
P_T4= Uce_sat * Ic = cca 0,2V * 22mA = manje od 5mW
i naravno netreba nikakvo hladjenje, dovoljna mu je vlastita površina kučišta MJE350

Stime je drivanje RELEja završeno!
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pogledajmo si sada kako radi Delay on PowerON, zakašnjenje kod uključenja.
Napon napajanja se polako digne,
preko R6 220K se počinje puniti kond C3 47uF
klasičnom RC rampom (vidi graf),

T3 radi kao komparator, na svojem emiteru prema GND ima zenericu i diodicu,
kad napon V_C3 (vidi graf) na kondu C3 dostigne vrednost:

V_C3 = U_zener + U_diode + U_be = (15V + 0,7V + 0,7V) = cca 16,4V

T4 postane aktivan i na njegovom colectoru se pojavi napon V_T3:

V_T3 = U_zener + U_diode  + U_ce sat = (15V + 0,7V + 0,2V) = cca 15,9V ,

u grafu je taj napon 15,7V,
pošto napon zenerice nije tačno 15,0V
pošto je realni forward napon diodice 1N4148 manji od 0,7V
i U_ce sat transistora T3 nešto manji od 0,2V

!!!ali uvijek se kod kalkulacija rade aproksimacije radi lakšeg i bržeg računanja!!!

Zenericu da bi imala stabilan napon na sebi trebamo biasirati nekom strujom kroz nju,
to radimo preko otpornika R8 kojeg računamo na bazi strujnog biasa zenerice.
U DS zenerice nadjemo podatak da zenerica stabilno drži napon od 1-5mA, iako podnosi i veče struje,

odabrat čemo bias od 3,5mA, optimalan izbor i po vidiku disipacije zenerice i otpornika njenog biasa R8

R8 = (50V + 0,7V - U_zener) / 0,0035A = 34,3V / 3,5mA = 9K8, uzečemo okruglih 10K

disipacija otpornika je = pad napona na otporniku * struja kroz njega = 34,3V * 3,5mA = 0,12W i stavičemo otpornik od 1/2W

R_pull up otpornik, koji drži polarisan colector T3 je R7 , tu zatrebamo relativno malo struje "držanja", 1mA bit če dovoljan

R7 = (50-16,4)V / 1mA = 33K, disipacija na njemu je cca 33V * 1mA = 33mW, otpornik 1/4W bit če OK

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,)

R12 = (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

Ostaje nam dioda D5 koja blokira inducirani naponski Spike RELEja kada se on gasi usled induktiviteta špulne.
Inducirani napon je negativan, i dioda ga "drži" da taj Spike ne poskoči više od -0,7V!

Naponi kondova:

C1 malo viši napon od priključenog mapona napajanja
recimo imamo PSU pojačala 50V, odaberemo za kond napon 63V

C3 iako radi na naponu max cca 16-17V, ako slučajno "crkne" zenerica Z1, diodica D4 ili T3,
kond dostigne napon napajanja,
pa zato biramo napon kao C1

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

Time Delay možete izračunati,

time_delay = 1,15 (R6 * C3) * (U_zener + U_diode + U_be) / (+VDC - U_diode)
     
                 =1,15 (220K * 47E-06) * (15V + 0,7V + 0,7V) / (50V - 0,7V) = 3,96sec , po simulaciji oko 4sec

Promenom R6 ili C3 na veču vrednost, povečamo time_delay,
manjom vrednošču proporcionalno smanjimo time_delay.

  Speaker protekt PowerON delay.TSC (Size: 222,87 KB / Downloads: 4)