تقویت کننده کلاس D چیست؟ اصول کار، کارایی و اصول طراحی OEM

پس از یک ساعت پخش، دست خود را روی پشت یک بلندگوی 500 واتی قرار دهید. طراحی کلاس A یا کلاس AB معمولاً برای لمس خیلی داغ است. یک تقویت کننده کلاس D اغلب فقط گرم است. این یک تفاوت بیشتر موارد مهم را توضیح می دهد.

تقویت کننده کلاس D یک تقویت کننده سوئیچینگ است. ترانزیستورهای خروجی آن با فرکانس بالا به طور کامل روشن یا خاموش می شوند و اطلاعات صوتی به جای نقطه عملکرد خطی دستگاه ها توسط عرض آن پالس ها منتقل می شود. یک فیلتر پایین گذر LC در خروجی حامل سوئیچینگ را جدا می کند و صدای تقویت شده را ترک می کند. از آنجایی که ترانزیستورها تقریباً هرگز در ناحیه خطی قرار نمی‌گیرند، انرژی بسیار کمی به گرما تبدیل می‌شود: راندمان معمولی بین 80 تا 95 درصد، در مقابل تقریباً 25 تا 30 درصد برای کلاس A و 50 تا 70 درصد برای کلاس AB.

آمپلی فایر کلاس D دقیقاً چیست؟

حرف D مخفف "دیجیتال" نیست. این به سادگی حرف بعدی در دنباله کلاس های تقویت کننده است، و مسیر صوتی در یک مرحله کلاس D آنالوگ است: یک فرآیند مدولاسیون عرض پالس (PWM) نه جریانی از یک ها و صفرها. چیزی که در یک اسپیکر برقی مدرن واقعاً دیجیتال است، معمولاً DSP است که تقویت کننده را تغذیه می کند، نه خود آمپلی فایر.

یک ماژول تقویت کننده قدرت کلاس D معمولی شامل پنج بلوک عملکردی است:

• تعدیل کننده عرض پالس - صدای ورودی را با یک حامل مثلثی با فرکانس بالا مقایسه می کند و یک موج مربعی تولید می کند که چرخه وظیفه آن از سطح سیگنال آنی پیروی می کند.
• درایور گیت و مرحله خروجی ماسفت - ریل های تغذیه را در چند صد کیلوهرتز سوئیچ می کند که به صورت نیم پل یا در توان بالاتر به صورت پیکربندی پل کامل (BTL) مرتب شده اند.
• فیلتر خروجی LC - میانگین پالس قطار را به شکل موج صوتی تبدیل می کند و باقیمانده را از راننده دور می کند.
• شبکه بازخورد - از خروجی نمونه برداری می کند و خطاها را تصحیح می کند، این همان چیزی است که یک طرح تمیز کلاس D را از یک طرح خشن جدا می کند.
• منبع تغذیه حالت سوئیچ - اغلب یک قسمت جلویی PFC به اضافه یک مرحله رزونانس LLC در ماژول های حرفه ای، که ریل را در محدوده وسیع ورودی AC ثابت نگه می دارد.

A - منبع تغذیه رزونانس PFC و LLC؛ ب - مدولاتور PWM و درایور دروازه. ج - مرحله خروجی ماسفت; D - فیلتر خروجی LC با بازخورد.

چگونه یک تقویت کننده کلاس D، گام به گام کار می کند

1. شرطی سازی ورودی خط یا ورودی متعادل بافر می شود و در ماژول های مجهز به DSP از EQ، crossover، limiting و delay قبل از مرحله قدرت عبور می کند.
2. مدولاسیون. یک مقایسه کننده صدا را با یک حامل مثلث مخلوط می کند. گذرگاه‌های بلند، پالس‌های وسیعی تولید می‌کنند. سکوت یک چرخه کاری 50٪ ایجاد می کند که میانگین فیلتر به صفر می رسد.
3. سوئیچینگ. درایور گیت، ماسفت‌ها را به سختی روشن و خاموش می‌کند، در حالی که زمان مرده وارد می‌شود، بنابراین هر دو دستگاه در نیم پل هرگز به یکباره هدایت نمی‌شوند.
4. بازسازی. فیلتر LC صدا را عبور می دهد و حامل را مسدود می کند، با قطع آن بالای 20 کیلوهرتز اما بسیار پایین تر از فرکانس سوئیچینگ قرار دارد.
5. تصحیح خطا. بازخورد یک کپی کوچک شده از خروجی را به مدولاتور برمی گرداند، اعوجاج را کاهش می دهد و ضریب میرایی را در پایانه ها بهبود می بخشد.

دو جزئیات تعیین می کنند که نتیجه تمیز یا درشت به نظر می رسد: فرکانس سوئیچینگ و طراحی حلقه. افزایش فرکانس سوئیچینگ فیلتر را کوچک می کند و رفتار فرکانس بالا را بهبود می بخشد، اما تلفات سوئیچینگ و EMI را افزایش می دهد. بازخورد پیش فیلتر ساده اما حساس به بار است. بازخورد پس از فیلتر، خطاهای خود فیلتر را تصحیح می کند و در ماژول هایی که باید در بارهای 4 یا 8 اهم صاف بمانند، استاندارد است.

کلاس D در مقابل کلاس A، AB و H: آنچه در واقع تغییر می کند

کلاس یک رتبه بندی کیفیت نیست. نحوه عملکرد دستگاه‌های خروجی را شرح می‌دهد و این انتخاب واحد باعث افزایش راندمان، گرما، اندازه کابینت و هزینه منبع تغذیه می‌شود.

شکاف به سرعت ترکیب می شود. با راندمان 90 درصد، یک ماژول 1000 وات تقریباً 110 وات را به گرما تبدیل می کند. در 55% همان خروجی به معنای بیش از 800 وات گرما است. این تفاوت بین کابینت قالب‌گیری شده بدون فن و واحد رک با خنک‌کننده اجباری است.

کلاس D یک بار به دلیل EMI، پاسخ فرکانس وابسته به بار و اعوجاج بالاتر در نزدیکی بالای باند کنار گذاشته شد. این شکایات ناشی از فرکانس های سوئیچینگ پایین و بازخورد پیش فیلتر بود و تا حد زیادی مهندسی شده اند. آنچه امروز بیش از برچسب کلاس اهمیت دارد، پیاده سازی است: توپولوژی حلقه، فرکانس سوئیچینگ، کیفیت منبع تغذیه و طراحی حرارتی.

جایی که کلاس D متعلق به بلندگو یا ساب ووفر برقی است

برای بلندگوهای فعال ساختمان OEM، معمولاً کابینه تصمیم می گیرد. یک بلندگوی ستونی یا یک جعبه دو طرفه قالب‌گیری شده جایی برای منبع تغذیه خطی و یک هیت سینک بزرگ ندارد، بنابراین یک تخته سوئیچینگ که برای مثال 400 وات به درایور فرکانس پایین و 100 وات به درایور فرکانس بالا تحویل می‌دهد، پاسخ عملی است. همین منطق در مورد کانال های ساب ووفر BTL نیز صدق می کند، جایی که یک ماژول می تواند چهار رقم وات را بدون فن به یک بار 8 اهم وارد کند.

سه خانواده ماژول بیشتر آن زمین را پوشش می دهند:

EON520: ماژول تقویت کننده برق رزونانس گسترده ولتاژ کلاس D LP400W HP100W PFC LLC ● منبع تغذیه سوئیچینگ با راندمان بالا با PFC LLC رزونانس: 800W ● ورودی ولتاژ عریض خود تطبیق پذیر: 100V-240V ● تقویت کننده توان متوسط و فرکانس پایین: CLASS D 40... مشاهده محصول →

EON522SUB: ماژول تقویت کننده قدرت ساب ووفر فعال رزونانس LP 500W/4ohm LLC منبع تغذیه سوئیچینگ با راندمان بالا و قابلیت اطمینان بالا: 800 وات ● تقویت کننده باس: کلاس D 500 وات-4 اهم ● رادیاتور آلومینیومی U شکل، خروجی برق پایدار، ... مشاهده محصول →

ماژول تقویت کننده قدرت ساب ووفر EON521 1500:LP 1500W/8ohm Pro Audio BTL منبع تغذیه سوئیچینگ با راندمان بالا و قابلیت اطمینان بالا: 1800 وات ● تقویت کننده برق BTL: کلاس D 1500 وات-8 اهم ● رادیاتور آلومینیومی U شکل، برق پایدار... مشاهده محصول →

تطبیق ماژول با مبدل به اندازه تطبیق وات اهمیت دارد. یک ماژول دو طرفه یک کانال پایین گذر را با یک کانال بالا گذر جفت می کند و انتظار یک نقطه متقاطع را دارد که مناسب راننده HF شما باشد. یک ماژول ساب ووفر یک ورودی باند محدود و امپدانس باری که در اطراف آن طراحی شده است انتظار دارد. عدم تطابق امپدانس و نقاط متقاطع رایج ترین دلیلی است که یک ماژول کلاس D به خوبی روی نیمکت اندازه گیری می کند و در داخل کابینت به نظر اشتباه می رسد.

قبل از اینکه ماژول کلاس D را مشخص کنید، چه چیزی را باید بررسی کنید

کارایی در باری که واقعاً استفاده می کنید

برگه های داده اوج بهره وری را در یک نقطه عملیاتی نشان می دهند. منحنی را در 10٪ تا 100٪ توان نامی و در بارهای 4 اهم، 8 اهم و پل شده بخواهید، زیرا با کاهش امپدانس بار، راندمان کاهش می یابد.

THD N و نویز باقیمانده

0.05% THD N یا کمتر یک هدف عادی برای یک ماژول مدرن است. نویز باقیمانده بیشتر از اعوجاج در یک اتاق شنود ساکت مهم است، بنابراین به جای تنها شکل تیتر، سطح نویز بدون وزن را بررسی کنید. برای مقایسه گسترده‌تر توپولوژی‌ها، راهنمای کلاس تقویت کننده A، AB، D و H را در کنار هم پوشش می دهد.

فرکانس سوئیچینگ، EMI و زمان مرده

فرکانس سوئیچینگ بالاتر به معنای فیلتر کوچکتر و عملکرد فرکانس بالا بهتر است، اما کنترل زمان مرده دقیق تر و چیدمان PCB دقیق تر است. اگر ماژول در نزدیکی یک تیونر رادیویی یا یک گیرنده میکروفون بی‌سیم قرار دارد، داده‌های EMI هدایت شده و تابشی را بخواهید.

توپولوژی منبع تغذیه و حفاظت

رزونانس PFC plus LLC پاسخ معمول برای عملکرد ولتاژ گسترده و ریل های پایدار است. بررسی کنید که جریان اضافه، اضافه ولتاژ، آفست DC و حفاظت حرارتی گنجانده شده است، و بررسی کنید که چه اتفاقی می‌افتد در قطع برق و نه فقط در شبکه اسمی.

هنگامی که یک قطعه استاندارد با کابینت، بار یا لیست ویژگی های DSP مناسب نیست، مسیر عملی تطبیق یک پلت فرم موجود است: توسعه ماژول تقویت کننده سفارشی معمولاً از مرحله قدرت اثبات شده شروع می شود و کانال های خروجی، حالت های EQ و رابط را به جای طراحی یک تقویت کننده جدید از ابتدا تنظیم می کند.

سوالات متداول تقویت کننده کلاس D