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基于L15DSMD功放板的挖矿实验

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发表于 2017-3-7 22:38:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 MMX 于 2017-3-7 22:38 编辑

有了DIY情结,最大的嗜好就是自己动手改造。早些年就购入过MHz Class-D功放板,用于改装雷击损坏了的YAMAHA RX-870的主功率输出板。无奈该板子老是莫名奇妙的就损坏,返修了多次,间中也重购了两块新板,但没用多久就又坏了。看来电路的隐性缺陷还在,再者厂家这款板子也停产了,几番折腾得心也累了只好放弃。

经老友介绍,购入了基于IRS2092芯片的L15DX2双声道D类功放板,替换下了恼人心悸的MHz Class-D功放板,使用至今一切正常。看来大厂IC的可靠性是值得信赖的,况且性能指标都中规中矩。

去年又购入了同样基于IRS2092芯片的L15DSMD单声道D类功放板,组装了一台桌面电脑用的小功放,也便于不时带出门用。
这两款基于IRS2092芯片的D类功放板用的都蛮好,底噪很小,耳朵贴近高音喇叭距离10公分才听辨到细微的白噪声。

年后得闲,和老友闲聊,想着试挖掘一下基于IRS2092芯片D类功放板的潜力,看看应用这款IC的功放是否在整机组装好后还可以有哪些改善。他建议可试下置换性能好的MCLL电容作退藕,并同时减小死区插入时间和提高PWM频率,应该会有改善信噪比和失真。

查看IRS2092数据说明,首先着手提高IRS2092的PWM调制频率和减小换向死区插入时间,还有就是整机综合底噪可否再减小点。既定方案策划好即动手,动手的是L15DSMD单声道功放板,单声道板子比较方便改动,还有最难得的就是IRS2092这款电路比较耐折腾,这对DIY者是个福音(但实际过程中也曾大意插反正负电源,结果当然是损坏了板子)。试的过程只拍了些照片作为对比参考,并不代表结果。

一、减小换向死区插入时间
将板子负电源串入电流表(负电源包括MOS管驱动电源电流),以便监测主驱动MOS管静态电流。交流电源接入功率计,功率MOS管用温度计监视温度。输入1KHz频率,记录不失真最大输出功率时的交流功耗和MOS管温升值。

死区设置电阻换成电位器,随着死区插入时间逐步调小时,电流开始有5%的上升时的这个点,应该就是死区的临界点了。然后再退回一点,换上固定电阻。再测试满功率时的功耗和温升,没有明显的增加和增高。

二、提高PWM频率
板子原PWM频率设定在400KHz左右,接入频率计和示波器监视PWM频率和振荡波形。将固定电阻换成电位器逐步调节,每升高100KHz查看PWM波形是否有异变。测试结果表明PWM频率直到700KHz,PWM波形并无可分辨上冲、下塌、及振铃改观。好处是当PWM频率700KHz时,输出端的的残余PWM输出减小了很多,同时将输出滤波电容换成0.33uF,输出带宽又有所改善。

不同PWM频率时的1KHz信号100W/8欧输出波形:

PWM=400KHz OUT=1KHz-30V 时波形


PWM=530KHz OUT=1KHz-30V 时波形


PWM=600KHz OUT=1KHz-30V 时波形


PWM=700KHz OUT=1KHz-30V 时波形


PWM=720KHz OUT=1KHz-30V 时波形


PWM频率700KHz时的几个频点高频信号10W/8欧输出波形:

PWM=700KHz OUT=5KHz-10V 时波形


PWM=700KHz OUT=10KHz-10V 时波形


PWM=700KHz OUT=20KHz-10V 时波形


PWM=700KHz OUT=30KHz-10V 时波形


三、试手改善整机底噪
考虑到Class-D功放的PWM主频较高,用的电源是LLC谐振开关电源,杂乱谐波多少会影响到整机底噪。试将原板子上退藕电容换成相同容量TDK的MCLL贴片电容,以求得更好的杂散谐波退藕效果。

换电容后发现PWM频率可以上调到1MHz[最高调到1.2MHz],且PWM波形并无可分辨变化。测MOS管散热板温升只提高少许,大概几度左右。考虑到IRS2092的数据说明书中工作频率指标是800KHz,所以暂将PWM定于650KHz左右。

通过上述两项改动,再听整机可闻底噪,结果出乎意料,耳朵要贴紧高音喇叭才可很勉强的听辨到嘶嘶的白噪声了。这大概要得益于MCLL贴片电容的分布参数和频率特性比直插电解电容好了不少所致。鉴于没有测试具体的信噪比、失真等参数,改动后的结果也只限于听觉可辨范围的变化。

试改MCLL贴片电容后的 L15DSMD PCB 背面图


试改MCLL贴片电容后的 L15DSMD PCB 正面图


试改后的 L15DSMD 整机图


接下来得闲再试下双声道板子,双声道板子相比单声道复杂点,板子原始PWM频率记得也只调到600KHz用着。如果用同样的办法改摩一下,应该也可以有所改善。通过这次试验,可见IRS2092这块电路可发掘的潜力还是蛮大的。

建议版主将L15DSMD单声道板稍微改动一下,出一款可用两颗独立TO-220封装输出MOS管和1812封装MCLL贴片电容的L15DSMD单声道板子,这样估计可玩性会高不少。玩得尽兴闲字码了不少,旨在同好交流,不到之处权当风吹过。


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 楼主| 发表于 2017-3-8 13:07:23 | 显示全部楼层
aghzh 发表于 2017-3-8 08:45
楼主用的什么开关电源?


是这款电源,LLC谐振半桥拓扑 48V*2+12V*2 600W






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发表于 2017-3-12 15:10:24 | 显示全部楼层
刚刚抽空做了一个测试。

L15DSMDV3的





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发表于 2017-3-10 16:18:46 | 显示全部楼层
我工作的时候经常设计开关电源。
所以我对PWM 比较了解。

我个人并不是很喜欢频率比较高的 PWM。主要的原因是效率的问题。
方波在上升,下降的过程中往往并不是直线的,有一定的损耗,频率越高,那么上升,下降的过程就越多。

这还牵挂到MOSFET本身的TFF TRFF。这个内容我曾经也批过关于 MHZ 的D 类功放。
我当时向设计者指出,D 类功放做到 MHZ 频率不难,但是频率高了,坏处大于好处。

最简单的就是发热会增大很多,由于上升下降的过程更多。损耗就大了。
所以 M HZ的D 类功放完全是没有意义的。其实事实也证明了这一点。
很多使用过 M HZ的D 类放大器的人都说,发热很严重,甚至会损坏。
这也是为什么 IRAUDAMP7S 设计在 400K的频率的原因。

频率太低也不行,太高也没好处。


当然对于DIY 来说。这些都是可以很简单去调节来学习的过程。也不会有特别大的坏处。

那就。随便弄吧。
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发表于 2017-3-8 08:45:19 | 显示全部楼层
楼主用的什么开关电源?
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发表于 2017-3-8 15:43:40 | 显示全部楼层
做的非常漂亮
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发表于 2017-3-10 16:23:28 | 显示全部楼层
其实还可以试下。把D669 改为大功率一点的管。比如 IRF640
然后把稳压管电压主调高一些。然后短接  1 K  1W 的电阻。

这样在大功率的时候,IC的供电会更充足。

另外上个图。


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 楼主| 发表于 2017-3-10 23:23:57 | 显示全部楼层
本帖最后由 MMX 于 2017-3-10 23:31 编辑

您这个建议不错,既提高驱动部分的性能,还可将1K功率电阻这个热源移入散热板了。我先按下图作改动试试:




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发表于 2017-3-12 10:04:00 | 显示全部楼层
看到单通道板子更新双面板了,同盼出一款可用独立场管和贴片电容的板子,凑个玩期待试试。

用陶瓷贴片电容还有个好处,比原来固态电解工作时的温度降低很多。陶瓷贴片电容现在价格便宜了,村田、TDK、风华的陶瓷贴片电容性能质量都很好。以前也看到老外用于d类,无奈当时规格品种还很少市场价格又贵得离谱。
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发表于 2017-3-12 13:15:59 | 显示全部楼层
drawnet 发表于 2017-3-12 10:04
看到单通道板子更新双面板了,同盼出一款可用独立场管和贴片电容的板子,凑个玩期待试试。

用陶瓷贴片电 ...

我有许多的 进口的帖片陶瓷电容。

这个会降低温度? 我倒是没有试过。
有空我会试下。
顺便测试一下 AP SYS  不同的 PWM 频率下的失真情况。
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发表于 2017-3-12 13:22:20 | 显示全部楼层
drawnet 发表于 2017-3-12 10:04
看到单通道板子更新双面板了,同盼出一款可用独立场管和贴片电容的板子,凑个玩期待试试。

用陶瓷贴片电 ...

场管其实我还是推荐用IR 指定的。

其实我更喜欢更小一些的功率的场管。  比如IRFI 4024。功率更小,但是性能失真也更小。

最好的其实是IRF6645 DirectFET MOSFET。可以做到0.002% 失真。

网上很多人喜欢大功率。大电流的工业 HEXFET。其实 这正好是错误的。任何晶体管。功率与性能都是相反比的。

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