Automobile 12V à +-20V convertisseur pour amplificateur audio.

La limitation de la tension d'alimentation de voiture (12V) forces pour convertir les tensions à la hausse afin d'amplificateurs audio de puissance.

En fait, le maximum de puissance audio x haut-parleur (avec une impédance de 4 Ohms) à l'aide 12V est (Valim + - Valim-) ^ 2 / (impédance de 8 *) 12 ^ 2 / 32 = 4.5Watts par canal, qui est risible ...

Pour alimenter correctement un amplificateur le mieux est d'utiliser une alimentation symétrique avec un différentiel à haute tension. par exemple de 20 à -20 = 40Volts

en fait,

40 ^ 2 / 32 = 50 Watts par canal ce qui est respectable.

Cette offre est destinée à deux canaux avec 50W max chacun (bien sûr cela dépend de l'amplificateur utilisé). Bien qu'il puisse être facilement agrandies ou les tensions changé d'obtenir des valeurs différentes.

Aperçu - Comment ça fonctionne

C'est un classique push-pull de conception, en prenant soin d'obtenir le meilleur de symétrie (pour éviter de marcher de flux). Gardez à l'esprit que ce circuit sera adsorbé Ampère nombreuses (environ 10A) afin de prendre soin de renforcer le pouvoir des pistes avec beaucoup de soudure et d'utiliser les fils lourds de la batterie ou la tension va baisser trop à l'entrée.

Le transformateur doit être conçue pour réduire l'effet de peau, il peut être fait en utilisant plusieurs fils isolés fils aimant unique soudées ensemble, mais la conduite séparément. Le règlement se fait à la fois par le rapport tour de transformateur et de varier le rapport cyclique. Dans mon cas, j'ai utilisé 5 +5, 10 10 virages obtenir un cran au ratio de 2 (12 -> 24) et la régulation négative de la tension à 20 par cycle de travail dynamique, ajustez effectué par le contrôleur PWM TL494.

Le ratio de step-up doit être un peu plus élevés pour compenser les pertes diode, une résistance de bobinage et ainsi de suite et une chute de tension d'entrée à cause de la résistance du fil de la batterie au convertisseur.

Transformateur de conception

Le transformateur doit être de taille correcte afin de réaliser la puissance nécessaire, sur le net il ya beaucoup de cartes montrant la puissance en fonction de la fréquence et la taille de base pour une topologie donnée. Ma taille du transformateur est de 33,5 mm de longueur, 30,0 hauteur et la largeur de 13mm avec une section transversale de 1,25 cm ^ 2, bon pour les pouvoirs autour de 150W à 50kHz.

Les enroulements, en particulier le primaire doit être jaugé lourde, mais au lieu d'utiliser un seul fil, il est préférable d'utiliser

plusieurs fils en parallèle à chaque isolée de l'autre, sauf aux extrémités. Cette augmentation permettra de réduire la résistance due à l'effet de peau. Les enroulements primaire et secondaire sont centertapped, cela signifie que vous avez à 5 tours du vent, centertap et 5 enroulements de nouveau. Va de même pour le secondaire, fête ses 10 ans, et 10 centertap tourne à nouveau.

La chose importante est que le transformateur doit pas avoir des lacunes de l'air ou l'inductance de fuite jettera les pointes sur les commutateurs entre eux donnant la surchauffe et une tension plus élevée que prévu par la prédiction rapport de transformation, donc si votre tension de sortie (à cycle entièrement devoir) est plus élevé que Vin * N2/N1 - diode Vdrop, votre transformateur a l'écart (bien sûr me permettre que vous dites que vous êtes aveugle, si vous le manquer), et ceci est accompagné d'une réduction de l'efficacité drastiques. Utilisez des noyaux E non gapped ou tores (ferrite).

Sortie diodes, des condensateurs et inductance de filtrage

Pour la rectification j'ai préféré utiliser des diodes Schottky, car ils ont une faible chute de tension, et sont incroyablement rapides.

J'ai utilisé le 1N5822 bon marché, la meilleure alternative pour les convertisseurs basse tension (3A pour la capacité actuelle).

Les condensateurs de sortie sont 25V 4700uF, pas très grande, car à haute fréquence de l'ondulation de la tension est plus due à bouchon ESR internes heureusement lytics usage général ont esr assez faible pour une ondulation de petite taille (quelques dizaines de millivolts). Également à rapport cyclique élevé, ils sont nourris presque avec DC pur, donnant ondulation petite. L'inductance de filtrage sur le secondaire Furter centertap augmente l'ondulation et contribue à la régulation sur les transitoires asymétriques

Interrupteur d'alimentation et de conduite

J'ai utilisé D2PAK 70V 80A 0,004 ultrafets ohms (Fairchind semi-conducteurs), très coûteux et difficile à trouver. En principe, tout FET fonctionnera, mais la partie inférieure de la résistance à l', plus les pertes de conduction à l'état, la partie inférieure de la chaleur produite sur les FET, la plus grande efficacité et plus le besoin de radiateurs. Avec cette FETs je suis en mesure d'exécuter les FET avec de petits radiateurs sans ventilateur et à la puissance nominale totale (100W) avec un rendement de 82% et le chauffage perceptible et avec chauffage petite 120W (quelques degrés) (le noyau commence à saturer et le l'efficacité est un peu plus bas, environ 75%)

Essayez d'utiliser le mosfet plus faible résistance, vous pouvez mettre votre main sur le sale :-) ou l'efficacité sera inférieure à celle nominale et vous aurez besoin, même un petit ventilateur. Le conducteur FET j'ai utilisé est le TPS2811P, de Texas Instruments, pour 2A nominale de pointe et 200ns. Est important que la commande de grille est optimisée pour une inductance minimale ou les pertes de commutation seront plus élevés et vous risquez de couplage du bruit provenant d'autres sources. Personnellement, je pense que les fils à paires torsadées (porte et le sol / la source) sont les meilleurs pour garder l'inductance de petite taille. Place de la résistance de commande de grille près du MOSFET, pas près de l'IC.

Contrôleur

J'ai utilisé le fidèle TL494 contrôleur PWM avec fréquence à définir autour de 40-60 Khz réglable avec un potentiomètre. J'ai également mis en œuvre le démarrage en douceur (pour réduire les transitoires de mise sous tension). Le potentiomètre de réglage (feedback) doit être réglée pour obtenir la tension désirée. Les signaux de sortie est conçu avec deux résistances pull-up sur le collecteur du transistor de sortie PWM puces en les tirant au sol de chaque cycle en alternance. Ce signal est envoyé au pilote de MOSFET inversant double (TPS2811P) l'obtention de la courbe correcte.

Puissance et le filtrage

Comment je le disais avant les pistes d'alimentation doit être jaugé lourds ou vous scarifier le règlement (car il dépend de l'étape du transformateur jusqu'à ratio et la tension d'entrée) et d'efficacité aussi. Ne pas oublier de placer un 10A (ou 15A) fusible sur l'entrée parce que les batteries de voiture peut fournir des courants très élevés en cas de shorts et cela vous fera économiser le visage d'une explosion de MOSFET en cas d'failture ou courte, souvenez-vous de placer un Fusible également sur le côté de la batterie pour augmenter la sécurité (accidentelle shorts-> incendie, explosion de la batterie, pompiers, policiers et avocats autour). Filtrage des entrées est important, utilisez au moins 20000uF 16V dans des condensateurs, une inductance de filtrage serait utile aussi (heavygauged) mais j'ai décidé de le quitter ..

Considérations finales

Cette offre m'a donné une efficacité allant jusqu'à 85% (parfois même 90% à certaines charges) avec une entrée de 12V, car j'ai observé tous ces trucs à garder fonctionnel et efficace. Un champ o-serait utile, à regarder les ondulations et les signaux de porte (en regardant de dépassement), mais si vous suivez ces règles vous permettra d'éviter ces problèmes.

La régulation croisée est bonne, mais gardez à l'esprit que seule la sortie positive est entièrement réglementé, et le négatif ne suit que c'est. Déposer une petite charge entre le rail négatif et la terre (une LED 3mm avec une résistance 4.7KOHM) pour éviter le rail négatif se baisse puis-20V. Si la charge est asymétrique, vous pouvez avoir deux cas:

-Plus de charge sur le rail positif-> pas de problèmes, le rail négatif peut descendre plus bas que-20V, mais ce n'est pas un réel problème pour un amplificateur audio.

-Plus de charge sur le rail négatif-> chute de tension sur le rail négatif (au sol), surtout si la charge n'est que sur le rail négatif.

Heureusement amplificateurs audio sont tout à fait symétrique comme une charge, et l'inductance de sortie du filtre / condensateurs aide à maintenir la bonne régulation pendant les transitoires asymétriques (Basses)

POUR LES ESSAIS abord utiliser une alimentation 12V PETITS puissance et utiliser des résistances que la surveillance de la charge commutateurs consommation de chaleur et de courant (et sortie) et essayer de déterminer l'efficacité, si elle est supérieure, puis 70-75% vous êtes fixés, il est suffisant. Ajustez la fréquence pour obtenir les meilleurs compromis entre puissance et les pertes de commutation, effet de peau et les pertes par hystérésis

Bill of Materials

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Design: 12V à 20V 100W DC-DC conv

Doc. pas: 1.

Révision: 3

Auteur: Jonathan Filippi

Création: 29/04/05

Mise à jour: 18/05/05

Pièces

2 R1, R2 = 10

4 R3, R4, R6, R7 = 1k

Une R5 = 22k

Une R8 = 4.7k

1 = R9 100k

2 C1, C2 = 10000UF

2 C3, C6 = 47U

1 C4 = 10u

3 C5, C7, C14 = 100N

2 C8, C9 = 4700u

1 C12 = 1N

1 C13 = 2.2u

1 = U1 TL494

1 U2 = TPS2811P

2 Q1, Q2 = FDB045AN

4 D1 à D4 = 1N5822

1 D5 = 1N4148

1 FU1 = 10A

1 L1 = 10u

1 L2 = FERRITE

1 RV1 = 2.2k

1 = 24k RV2

1 T1 = TRAN-3P3S

Comment faire Automobile 12V à +-20V convertisseur pour amplificateur audio.

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