Wzmacniacz 2×100 W lub 1×310 W w klasie D na TDF8591TH

Układ TDF8591 jest to wysokiej klasy stereofoniczny wzmacniacz pracujący w klasie D. Dedykowany m.in. do nagłośnienia systemu car-audio, po zastosowaniu odpowiedniej przetwornicy napięcia. Moc wyjściowa, jaką można uzyskać z tej kostki to 2×100 W, przy impedancji głośnika 4 Ω. Warto zwrócić szczególną uwagę na wymiary samej kostki TDF8591. Patrząc na płytkę wzmacniacza do głowy przychodzi tylko jedno pytanie, mianowicie gdzie się podział główny element aktywny? Zapewniam, że jest! Układ jest wykonany w technologii SMD, a wymiary jego obudowy to zaledwie 16×11 mm! Właśnie klasa D pozwoliła na tak dużą miniaturyzację układu, przy jego sprawności równej aż 90%. Producent projektując układ wykonał go tak, że trzeba go montować po stronie lutowania, i właśnie z tego względu, na pierwszy rzut oka, nie widać go na modelowej płytce.

Zakres napięć zasilania układu to od ±14 V do ±29 V.

Rysunek  1.

Wzmacniacz może pracować z głośnikami o impedancji już od 2 Ω. Schemat ideowy końcówki mocy jest przedstawiony na rys. 1. Układ TDA3591 zawiera w swojej strukturze tranzystory mocy, modulatory PWM, układy wejściowe, układ pomiaru temperatury, prądu i napięcia. Opis wyprowadzeń jest przedstawiony na rys. 2.

Rysunek  2.

Zasada działania

Analogowy sygnał wejściowy jest zamieniany na modulowany sygnał impulsowy. Są nim sterowane wyjściowe tranzystory mocy, a ze względu na impulsowy charakter sygnału, tranzystory pracują tylko w stanie albo otwartym, albo zamkniętym. Moc jaka się na nich wydziela zależy wyłącznie od rezystancji kanału tranzystora oraz od czasów narastania i opadania zboczy. Ze względu na to, że tranzystory są zamykane i otwierane, na wyjściu układu pojawia się sygnał impulsowy o amplitudzie równej w przybliżeniu napięciu zasilania. W takim sygnale występuje bardzo dużo niepożądanych harmonicznych mogących zakłócać pracę innych urządzeń. Aby temu zapobiec, należy zastosować dolnoprzepustowe filtry LC. Filtry te mają jedną wadę, projektuje się je pod konkretną impedancję głośnika. W tab. 1 i 2 przedstawiono wartości dławików i kondensatorów C22 i C31 dla różnych impedancji w konfiguracji stereo oraz pracy mostkowej (mono).

Przy doborze tych elementów trzeba zwrócić szczególną uwagę na prąd płynący przez dławik, napięcia znamionowe kondensatorów oraz pamiętać, że kluczowanie tranzystorów odbywa się przy częstotliwości 310 kHz (zależnej od rezystora Rosc). Sygnał akustyczny jaki nas interesuje ma fmax 20 kHz, więc bardzo łatwo pozbyć się niepotrzebnych harmonicznych.

Wzmacniacz może pracować w trzech trybach:

• Standby – jest to stan czuwania, w którym układ pobiera bardzo mały prąd,
• Mute – układ jest aktywny i wyciszony,
• Operating – wzmacniacz jest aktywny.

Aby ustawić dany tryb, trzeba odpowiednio ustawić przełączniki S1 i S2 (tab. 3).

Wzmacniacz jest wyposażony w układy śledzące temperaturę struktury oraz prąd wyjściowy. W momencie, gdy temperatura struktury przekroczy 145˚C, wzmacniacz ogranicza moc wyjściową poprzez zmianę wypełnienia impulsów. Jeśli osiągnie 155˚C to wzmacniacz przechodzi w stan Mute, natomiast po osiągnięciu 160˚C wzmacniacz wyłącza się.

Blok zabezpieczenia prądowego ogranicza prąd wyjściowy do 12 A. Po przekroczeniu tej wartości wzmacniacz zmienia kluczowanie tranzystorów, zmniejszając w ten sposób moc wydzielaną w tranzystorach mocy.

Kontrola napięcia polega na tym, że gdy napięcie spadnie poniżej ±12,5 V to układ się wyciszy, a jeśli wzrośnie powyżej ±33 V – układ się wyłącza.

Montaż i uruchomienie

Schemat montażowy przedstawiony jest na rys. 3. Montaż elementów najlepiej zacząć od przylutowania końcówki mocy, następnie elementów SMD. Elementy przewlekane montujemy na końcu, od najmniejszych do największych. Lutując elementy przewlekane warto zwrócić uwagę na to, aby przyciąć ich wyprowadzenia do wysokości 1 mm ponad płytkę. Ewentualne zostawienie dłuższych końcówek może spowodować dotknięcie ich do zamontowanego po stronie lutowania radiatora i uszkodzić układ.

Rysunek  3.

Wzmacniacz po zmontowaniu nie wymaga żadnej regulacji i po podłączeniu zasilania jest gotowy do pracy. Przed włączeniem warto odpowiednio ustawić przełączniki S1 i S2 (dla normalnej pracy powinny być rozwarte). Układ wyposażamy w niewielki radiator, aby mógł odprowadzić 10% mocy, jaka jest wydzielana w postaci ciepła podczas pracy. Radiator umieszczamy po stronie lutowania tak, aby przylegał równolegle do układu scalonego oraz tak, żeby nie dotykał punktów lutowniczych. Omówieniu pozostaje sprawa dławików. Powinny być one nawinięte przewodem o średnicy minimum 1 mm i posiadać ok. 16 zwojów, jednak warto jeszcze skontrolować ich indukcyjność przy pomocy odpowiedniego miernika. Jeśli na wyjściu wzmacniacza pojawiłyby się zbyt duże szumy lub przydźwięk sieci, to kondensatory C23 i C25 należy zastąpić zworą lub zewrzeć ich wyprowadzenia.

Wzmacniacz może pracować w trybie monofonicznym lub stereofonicznym. Aby ustawić tryb mono należy usunąć elementy R11, R12, C26, C29 a końcówkę 8 zewrzeć z 4 oraz 9 z 5. Sygnał podłączamy do kanału prawego, natomiast głośnik dołączamy do obu cewek, omijając masę układu. Schemat podłączenia jest dostępny w nocie katalogowej producenta.

Piotr Witczak