Liten klass A förstärkare med SMPS

[Mcz]

Min första tråd här på forumet, efter tips från soundbrigade på hififorum.nu om detta elektronikforums existens.



Detta projekt började för flera år sen, när jag fortfarande gick på högskolan. Då skulle det blivit en hörlursförstärkare till en klasskompis som mixade musik. Men pga. tidsbrist så hamnade alltihop i en flyttlåda, och först efter en storstädning i våras så hittades och dammades det av igen. Det visade sig att layouten och komponentval var långt ifrån optimalt, men till slut lyckades jag få ganska bra resultat, se mätningar nedan:




När mätningarna gjordes så såg schemat ut likt nedan:


Nu har jag ändrat planerna för detta projekt, och det ska bli en liten kontors-/köks-stereo på 2x1W i 4-40 Ohm, innan ström eller spänning tar slut. Kommer i samma vända försöka förbättra prestandan ytterligare genom två-pols kompensering och CFP ingångssteg.

Som strömförsörjning kommer jag ha en wide range input flyback, som jag börjat pilla med på kvällar och helger, se bild nedan på den mock-up jag arbetar med nu. Kommer göra mock-up på alla delar, så jag förhoppningsvis slipper göra flera kretskortsvändor senare. Dessvärre har jag ganska begränsat med fritid, så räkna inte med snabba framsteg, men förhoppningsvis intressanta istället.



MVH Martin

[PHermansson]

Ser fint ut! Blir det inte mycket störningar med en flyback?

Edit: Välkommen till forumet!

[Mcz]

PHermansson:

Tackar! Och ska nog få bukt med störningarna, ska lägga in en skärm i trafon, ta fram ett bra nätfilter med hjälp av en LISN och spektrumanalysator, samt för att minimera ripplet C-L-C filtrera utgångarna.

MVH Martin

[Radioman]

En liten fin förstärkare
Vad är det för grejor du mäter distorsionen med? Är det någon sorts spektrumanalysator på bilden?

[Mcz]

Radioman:

Tack! Och distorsionen är mätt med en Audio Precision SYS2712. Och på bilden längst ner är det ett Lecroy oscilloskop.

Testkörde flybacken lite snabbt idag, har problem med självsvängning trots jag minskat bandbredden ganska avsevärt. Så får nog göra en grundligare analys av reglerloopen. Nu tog jag bara komponent värden från ett gammalt projekt. Ska försöka hinna med att göra en analys och få den stabil imorgon.

MVH Martin

[Radioman]

Lecroy det är ju som Rolls & Royce, eller ?

Jag får hålla tillgodo med mitt mitt gamla 10mHz Tektronix TS912 minnes-skop från förra århundradet
Ahh, det är bättre än korv med bröd i alla fall. (Det var det en säljare sa till mig en gång när jag jämförde billiga oscilloskop med Le Croy)

Nä nu blir det fredagsmys och avkoppling från elektroniken en stund.

[xxargs]

PHermansson:

Tackar! Och ska nog få bukt med störningarna, ska lägga in en skärm i trafon, ta fram ett bra nätfilter med hjälp av en LISN och spektrumanalysator, samt för att minimera ripplet C-L-C filtrera utgångarna.

MVH Martin

Uj, uj - switchade aggregat och välljudaande grejor bör helst inte vara i samma rum, och framförallt inte ihopkopplat...

Även för 'simpla' grejor som telefonväxlar så behövde man mycket välfiltrerade telekom-klassade switchade nätaggregat i den övre prishalvan för att det inte skulle gnissla och ha sig 60-70 dB ned från normal samtalsnivå pga. blandningsprodukter etc. från switcharna, låg störningarna högre fick man telefonist-kärringarna på sig med klagomål på oljud...

Man kan inte slarva med telefoni - det är nära nog HiFi-kvalitet som gäller där också när det gäller dynamik - skall det vara hörbart brus så får det absolut inte vara färgat, gnisslande eller pulserande som knatter från 10/100 ms interuppt-rutinerna från oftast ingående MCU:er i dessa växlar...
etc. etc.

Du får vara väldigt nöjd om du lyckas behålla dina 70 dB (0.03 %) mellan signal och brus+dist med switchad matning.

---

Det man lärde sig var att OP-ampar mm. med PMRR på kanske 70 - 80 dB så gäller det inte i högfrekvensdomänen där motkopplingarna inte hinner med - utan HF-störningarna - även väldigt svaga sådana - från strömförsörjningen multipliceras gärna ned då OP-ampar mm. fungerar som olinjära element och man får lätt gnissel och störningar inom hörbart område - speciellt när det var fler (osynkade) aggregat som drev systemet...

Det är bara jämföra hur ljudkorten fungera i en dator - samma problem och prestandan är långt ifrån vad de enskilda A/D/DA omvandlarna egentligen kan erbjuda om de placeras i rätt miljö.

[PeterH]

Lecroy det är ju som Rolls & Royce, eller ?

Jo, det kan man tro... jag har jobbat med en del LeCroy och i princip slängt dom i väggen efter att ha lagt ner mer tid på att förstå deras kassa menyer istället för att felsöka problemet man har framför sig Prestandamässigt ligger dom nog bra till, men jag personligen tycker att användarvänlighet kommer före (därmed inte sagt att jag inte bryr mig i mätresultatets riktighet).

Både Tektronix och HP gör bra skåp som är betydligt roligare att jobba med, men det bör vara skåp från detta århundrade

Edit: jag har inte jobbat med just det här skåpet från LeCroy och det kan mycket väl vara så att även LeCroy skärpt till sig med sin användarvänlighet. Skärmen ser ju trevlig ut i alla fall

/PeterH

[Mcz]

xxargs:

Jag jobbar på ett företag där vi arbetar med både switchande förstärkare och strömförsörjningar, oftast (alltid?) i samma system, så har ganska god kunskap i hur man får ut bra prestanda ur båda. Så räknar med att kunna behålla en stor del av prestandan, men hur det blir med den saken får tiden utvisa.

PeterH:

Inte riktigt upplevt samma sak som dig vad det gäller användarvänligheten, men deras nya oscilloskop har lite problem att trigga på snabba signaler med störningar på. Det var deras äldre oscilloskop bättre på. I övrigt måste jag säga att jag är nöjd med deras produkter, men har å andra sidan inte provat så många olika märken. Hade en del Tektronix på högskolan, men föredrar LeCroy framför dom. Fast tror mest det är en vanesak, är man van vid en tillverkeras system så är det alltid svårt i början att handskas med en annan tillverkares system. Jämför det med mobiltelefoner, har man lärt sig skriva sms på en tillverkares telefoner så tar det någon vecka innan man får flyt på det på en annan tillverkares telefoner.

MVH Martin

[Mcz]

Fick ordning på flybacken, hade vänt prickarna fel på utgångslindorna, en klassiker.. Bifogar liten bild och mätresultat nedan:







Ska testa att koppla in den till klass A förstärkaren, och se hur mycket dess prestanda försämras. Men får se ifall jag hinner med det i helgen, annars blir det till veckan.

MVH Martin

[Mcz]

xxargs:

Du hade rätt, jag blev förvånad över hur mycket sämre prestandan blev när jag kopplade förstärkaren till flybacken. Switchande förstärkare verkar inte lida lika mycket av det här problemet som linjära gör. Lägger upp en bild för att visa försämringen. Fast tror det går att trimma prestandan en del, bara att sätta en beads och keram som filter sänkte bruset med 5-10dB.



MVH Martin

[pagge]

Välkommen till forumet .

Kul projekt. Du skulle inte kunna lägga in schemat på flugryggen?

[Illuwatar]

High-end audio och switchad reglering hör helt enkelt inte ihop - man får aldrig bort switchstörningarna helt. Jag märkte samma fenomen (fast då på videosignalen) på mitt Minimig-kort där jag använde switchare för primärspänningarna. Så nästa version kommer ha linjära regulatorer i stället.

Annars verkar delarna var för sig vara intressanta. 2 x 1W är dock inte några monstereffekter direkt så ett par enkla linjärregulatorer borde fixa matningsspänningen.

[xxargs]

Att få bort 10 dB med lite ferriter är ganska enkelt - men att få bort 30 dB för att komma i samma klass som vid linjärmatning (gula kurvan ??) - det är något helt annat. Sådant där la man märken vid tex. EMC-tester, 10 dB kunde man ofta fixa med en eller flera ferriter på rätt ställe, medans 30 dB förmycket betydde i prinsip mer eller mindre omkonstruktion av produkten med tätare skärmning, högre ordningens filter på utgångaran samt att insidan inte jobbar onödigt hårt med vassa transienter vilket kanske innebär extra passiva grejor för att få ned slewraten, snubber-kretsar etc.... fins sådant inte med från början så är det omcadning i princip...

---

Med tanke på vad mina hornhögtalare brölar ut, så skulle man nöja sig med 1 Watt högklassig slutststeg 99.9% av speltiden (är sällan över 50 mW peak som är gränsen för grannfriden - går jag högre upp så börja grannarna banka i golv/tak även dagtid...)

Men det är klart, man vill ju kunna dra på rejält någon gång typ 110 dB nivå, så headrum för 10 Watt hade inte suttit vägen för dom sällsynta tillfällena...

(nu sitter det iofs en förstärkare som kan peaka 400 Watt - spelar man så högt så får man pip i öronen redan efter redan några sekunder - har provat det _en_ gång, och då inte med vilje...)


---

Man kan städa bort ganska mycket om man med ferriter städar bort dom högsta frekvenserna och därefter lowdrop linjärregulatorer som kapar bort 1-2 Volt (måste vara i sin aktiva reglerområde) - då kan man få en rejäl uppstädning i 40 - 60 dB klass och ändå inte så mycket värmeproduktion.

Oavsett så får man ägna en massa tid åt att städa strömmen från en switchad regulator med mer eller mindre kreaktiva lösningar - Det är heller inte bara rasslet på ledningarna som är bekymmer, utan också fälten från själva ferrittransformatorn i aggregatet som kan läcka över på dom mest oönskade ställena... mao bygg skärmat och så lågpassfiltrerat som det går på _alla_ in och utgångar - stäng in störningarna med metallnätgaller och se till att den omsluter och kontaktar väl till motsvarande jordplan med kort avstånd mellan kontaktpunkterna på switcharkortet - för det finns väl en sådan jordplan utan slitsar i !? (genomgående hål är ok om benen klipps kort men inte slitsar pga. att tvingas lägga ledare där - för en sådan sak delar upp jordplanet till 2 antenn-platthavor istället...)

---

Med små effekter så är det knappast lösamt med switchare utan är bättre att titta på en traditionell lösning med ringkärna och linjära aggregat.

[Mcz]

pagge:

Tack! Kolla på http://www.powerint.com/appcircuits.htm och något exempel med Topswitch GX för schema på flybacken. Är i princip så mitt schema ser ut.

Illuwatar:

Ja, ett par linjärregulatorer hade ju funkat, och kanske blir jag tvungen att ta till det, men det är roligare och en större utmaning med switchat. Så ska försöka optimera prestandan på flybacken så långt det går istället, så kanske man kan sälja den dyrt till något hifi-företag sen..

xxargs:

Hehe, ja fy f-n för EMC, har varit i det träsket många gånger, jobbat med produkter som hade krav på 12dBuV och då satt det 19st switchande kretsar i den på totalt >3kWpeak! Och den gula kurvan är när den matas från ett labbagg, dock ett switchat sådant.

Men tror det finns en del i prestanda att hämta, för till att börja med så är layouten på det kort jag använder inte direkt optimal. Det är ett gammalt labbkort som vi tog fram för att man snabbt skulle kunna bygga en mock-up. Jag har visserligen flux-band runt transformatorn och patchat in snubbrar över dioderna, fast med tanke på hur långa ledarna (läs antennerna) är som jag kopplar in transformatorn med, så är det nog mera estetiska åtgärder.

Så ska jobba vidare med flybacken, kanske kommer kräva några kretskortsrundor dock. Men man kan ju alltid lägga in footprints för linjärregulatorer, om ifall att, footprints är ju gratis..

MVH Martin