Mikä on D-luokan vahvistin? Toimintaperiaate, tehokkuus ja OEM-suunnittelun perusteet

Laita kätesi 500 W:n tehollisen kaiuttimen taakse tunnin toiston jälkeen. Luokan A tai luokan AB malli on yleensä liian kuuma kosketukseen; D-luokan vahvistin on usein vain lämmin. Tämä yksi ero selittää suurimman osan siitä, mikä on tärkeää.

D-luokan vahvistin on kytkentävahvistin. Sen lähtötransistorit ohjataan kokonaan päälle tai kokonaan pois päältä korkealla taajuudella, ja ääniinformaatio kulkee näiden pulssien leveydellä eikä laitteiden lineaarisella toimintapisteellä. Ulostulossa oleva LC-alipäästösuodatin poistaa kytkentäkantoaallosta ja jättää vahvistetun äänen. Koska transistorit eivät juuri koskaan istu lineaarisella alueella, hyvin vähän energiaa muuttuu lämmöksi: tyypillinen hyötysuhde laskeutuu 80 %:n ja 95 %:n välille, kun taas luokan A noin 25-30 % ja luokan AB 50-70 %.

Mikä on D-luokan vahvistin, tarkalleen?

D-kirjain ei tarkoita "digitaalista". Se on yksinkertaisesti seuraava kirjain vahvistinluokkien järjestyksessä, ja äänipolku D-luokan sisällä on analoginen: pulssinleveysmodulaatio (PWM) -prosessi, ei ykkösten ja nollien virta. Se, mikä nykyaikaisessa tehokaiuttimessa on aidosti digitaalista, on yleensä DSP, joka syöttää vahvistinta, ei itse vahvistin.

Tyypillinen D-luokan tehovahvistinmoduuli sisältää viisi toiminnallista lohkoa:

• Pulssinleveysmodulaattori - vertaa tulevaa ääntä suurtaajuiseen kolmiokantoaaltoon ja tuottaa neliöaallon, jonka toimintajakso seuraa hetkellistä signaalitasoa.
• Porttiohjain ja MOSFET-lähtöaste - kytkee syöttökiskoja useiden sadan kHz:n taajuudella puolisillaksi tai suuremmalla teholla täyssillaksi (BTL).
• LC-lähtösuodatin - keskiarvoistaa pulssijonon takaisin audioaaltomuotoon ja pitää kytkentäjäännöksen pois kuljettajasta.
• Palauteverkosto - ottaa näytteitä tulosteesta ja korjaa virheet, mikä erottaa puhtaan D-luokan mallin ankarasta.
• Hakkurikäyttöinen virtalähde - usein PFC-etuosa ja LLC-resonanssivaihe ammattimoduuleissa, jotka pitävät kiskon vakaana laajalla AC-tuloalueella.

A - PFC- ja LLC-resonanssivirtalähde; B - PWM-modulaattori ja porttiohjain; C - MOSFET-lähtöaste; D - LC-lähtösuodatin takaisinkytkennällä.

Kuinka D-luokan vahvistin toimii, askel askeleelta

1. Sisääntulon säätö. Linja- tai balansoitu tulo on puskuroitu ja DSP:llä varustetuissa moduuleissa se kulkee EQ:n, crossoverin, rajoituksen ja viiveen läpi ennen tehoastetta.
2. Modulaatio. Komparaattori sekoittaa äänen kolmion kantoaaltoon. Kovat kohdat tuottavat leveitä pulsseja; hiljaisuus tuottaa 50 %:n käyttösuhteen, jonka suodatin laskee keskiarvon nollaan.
3. Vaihtaminen. Portin ohjain kytkee MOSFETit voimakkaasti päälle ja pois päältä ja kuollut aika on lisätty, joten molemmat puolisillan laitteet eivät koskaan johda kerralla.
4. Jälleenrakennus. LC-suodatin läpäisee äänen ja estää kantoaallon, ja sen raja on selvästi yli 20 kHz, mutta selvästi kytkentätaajuuden alapuolella.
5. Virheen korjaus. Palaute palauttaa skaalatun kopion lähdöstä modulaattorille, mikä vähentää säröä ja parantaa vaimennuskerrointa liittimissä.

Kaksi yksityiskohtaa ratkaisee, kuulostaako tulos puhtaalta vai karkealta: kytkentätaajuus ja silmukan suunnittelu. Kytkentätaajuuden nostaminen kutistaa suodatinta ja parantaa korkean taajuuden käyttäytymistä, mutta lisää kytkentähäviötä ja EMI:tä. Esisuodattimen palaute on yksinkertainen, mutta kuormitusherkkä; suodattimen jälkeinen palaute korjaa suodattimen omat virheet ja on vakiona moduuleissa, joiden on pysyttävä tasaisena 4 ohmin tai 8 ohmin kuormituksella.

Luokka D vs luokka A, AB ja H: Mikä oikeastaan muuttuu

Luokka ei ole laatuluokitus. Se kuvaa, miten lähtölaitteet toimivat ja että yksittäinen valinta ohjaa tehokkuutta, lämpöä, kaapin kokoa ja virransyöttökustannuksia.

Rako tiivistyy nopeasti. 90 % hyötysuhteella 1000 W:n moduuli muuttaa noin 110 W lämmöksi; 55 %:lla sama teho tarkoittaa yli 800 W lämpöä. Tämä on ero tuulettimettoman muotoillun kaapin ja pakkojäähdytyksellä varustetun telineyksikön välillä.

Luokka D hylättiin kerran EMI:n, kuormituksesta riippuvan taajuusvasteen ja korkeamman vääristymän vuoksi lähellä kaistan yläosaa. Nämä valitukset tulivat matalista kytkentätaajuuksista ja esisuodattimen palautteesta, ja ne on suurelta osin suunniteltu pois. Nykyään luokkamerkintää tärkeämpää on toteutus: silmukkatopologia, kytkentätaajuus, virtalähteen laatu ja lämpösuunnittelu.

Missä luokka D kuuluu virtalähteeseen tai subwooferiin

Aktiivikaiuttimia rakentavien OEM-valmistajien osalta yleensä kaappi tekee päätöksen. Pylväskaiuttimessa tai muotoillussa kaksisuuntaisessa laatikossa ei ole tilaa lineaarisyötölle ja suurelle jäähdytyselementille, joten yksi kytkentäkortti, joka toimittaa esimerkiksi 400 W matalataajuiseen ja 100 W suurtaajuuselementtiin, on käytännöllinen vastaus. Sama logiikka pätee BTL-subwoofer-kanaviin, joissa yksi moduuli voi työntää neljä numeroa wattia 8 ohmin kuormaan ilman tuuletinta.

Kolme moduuliperhettä kattaa suurimman osan tästä maasta:

EON520: LP400W HP100W PFC LLC resonanssilaajajänniteluokan D tehovahvistinmoduuli ● Tehokas hakkurivirtalähde PFC LLC -resonanssilla: 800 W ● Itsesopeutuva laajajännitetulo: 100 V-240 V ● Keski- ja matalataajuinen tehovahvistin: LUOKKA D 40... Näytä tuote →

EON522SUB: LP 500W/4ohm LLC Resonant Active Subwoofer tehovahvistinmoduuli ●LLC Resonant High Tehokas ja Luotettava Hakkurivirtalähde: 800W ●Bassovahvistin: LUOKKA D 500W-4 ohmia ●U-muotoinen alumiinijäähdytin, vakaa teho, ... Näytä tuote →

EON521 1500:LP 1500W/8ohm Pro Audio BTL subwooferin tehovahvistinmoduuli ●LLC Resonant High Tehokas ja Luotettava Hakkurivirtalähde: 1800W ●BTL-tehovahvistin: LUOKKA D 1500W-8 Ohm ●U-muotoinen alumiinijäähdytin, vakaa teho... Näytä tuote →

Moduulin sovittaminen anturin kanssa on yhtä tärkeää kuin tehon sovittaminen. Kaksisuuntainen moduuli yhdistää alipäästökanavan ylipäästökanavan kanssa ja odottaa jakopisteen, joka sopii HF-ohjaimellesi; subwoofer-moduuli odottaa kaistarajoitettua tuloa ja kuormitusimpedanssia, jonka ympärille se on suunniteltu. Virheellinen impedanssi ja jakopisteet ovat yleisin syy, miksi D-luokan moduuli mittaa hyvin penkillä ja kuulostaa väärältä kaapin sisällä.

Mitä tulee tarkistaa ennen kuin määrität luokan D moduulin

Tehokkuus todellisella kuormalla

Datalehdissä mainitaan huipputehokkuus yhdessä toimintapisteessä. Pyydä käyrä 10–100 % nimellistehosta ja 4 ohmilla, 8 ohmilla ja siltakuormilla, koska tehokkuus laskee kuorman impedanssin putoaessa.

THD N ja jäännöskohina

0,05 % THD N tai pienempi on normaali tavoite nykyaikaiselle moduulille. Hiljaisessa kuunteluhuoneessa jäännösmelulla on enemmän merkitystä kuin säröillä, joten tarkista painottamaton kohinan kerros pelkän otsikon sijaan. Topologioiden laajempaa vertailua varten vahvistinluokan opas kannet A, AB, D ja H vierekkäin.

Kytkentätaajuus, EMI ja kuollut aika

Korkeampi kytkentätaajuus tarkoittaa pienempää suodatinta ja parempaa korkeataajuista suorituskykyä, mutta tiukempaa kuolleen ajan hallintaa ja huolellisempaa piirilevyasettelua. Jos moduuli sijaitsee radiovirittimen tai langattoman mikrofonivastaanottimen lähellä, kysy johdettuja ja säteileviä EMI-tietoja.

Virtalähteen topologia ja suojaus

PFC plus LLC -resonanssi on tavallinen vastaus laajajännitekäyttöön ja vakaisiin kiskoihin. Varmista, että ylivirta, ylijännite, DC-offset ja lämpösuoja ovat mukana, ja tarkista, mitä tapahtuu sähkökatkon yhteydessä eikä vain nimellisverkossa.

Kun vakioosa ei sovi kaappiin, kuormaan tai DSP-ominaisuusluetteloon, käytännöllinen tapa on mukauttaa olemassa oleva alusta: räätälöity vahvistinmoduulin kehittäminen alkaa yleensä todistetusta tehoasteesta ja säätää lähtökanavia, EQ-tiloja ja käyttöliittymää sen sijaan, että suunnittelee uutta vahvistinta tyhjästä.

D-luokan vahvistin UKK