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Un nouvel ampli DIY - FastBack

Message » 13 Fév 2011 19:56

Bonjour à tous,

Je lance un nouveau projet d’ampli, moins ambitieux que mon précédent « gran torino », mais qui devra avoir des qualié audio de bonne facture.

Ce projet va me prendre du temps avant d’arriver a un circuit finalisé – Surtout que j’ai d’autres projets en parallèle. L’objet est ici de partager mais aussi de revoir le projet en fonction de toutes les bonnes idées.

A ceux qui ne supportent pas les CI et les AOPs passez votre chemin. 8-)

Ici l’objectif est de faire un ampli aux environs de 80W/8Ohms, mais qui peut aussi assurer sous 4Ohms et même bien plus bas.
Notre amis JIM (Salut à toi :D ), s’est lancé dans un projet très interessant à base de TDA avec une architecture très spécifique. Le résultat devrait être plus qu’interessant.
Pour ne pas faire de plagiat, et pour tester une idée qui me trote en tête (avant même de m’être lancé dans le projet TORINO) je veux me lancer dans un ampli utilisant le concept de « COMPOUND ».
Le concept est décrit dans une AN de chez TI (page 72) SBOA092A (voir ci dessous le lien) .
J’ai dans l’idée d’utiliser des LM3886 dans une topologie non classique (sans que ce soit révolutionnaire).
Pourquoi ???? Parceque ce sont des puces pass trop cher, et qui peuvent faire du bon boulot et ce ne sont pas des TDA 8-)
Ces puces de même que les TDA on des fonctions de protections (températures/courant/courts circuits) , une fonction mute, un rêglage automatique du courant de repos (le pied !).

Donc pour faire simple – les objectifs de cet ampli (à la mode Jim)
- Entrée asymétrique.
- Ampli fournissant 80Wrms (VRAI) sous 8 Ohms (et 160W/4Ohms) avec une DHT < 0.01% sur toute la bande audio
- Forte réjection de mode commun (on verra comment)
- Faible bruit donc rapport S/N important (on verra comment)
- Stabilité importante sur charges complexe - Classique
- Avoir aucun réglage - y compris pour l’offset.


L’alimentation :
En ce qui concerne l’alimentation, je vais faire simple rapide et économique. Je vais m’orienter sur les SPMS Régulées. Elles ont l’avantage d’être compactes et d’un rapport qualité prix assez incroyable.
JIM en a testé une et m’a convaincu de partir sur ces petites choses.
J’envisage donc l’utilisation de 2 SMPS 500 R … oui vous avez bien lu des alims de 500W l’unité.
Si je reste sur la notion d’ampli de 80W/8ohms, une alim de 180W devrait suffire, mais on le sait tous une enceinte de 8 ohm cela n’existe pas (ou presque). En fait l’ampli pourra sortir au maximum (dans la configuration a laquelle je pense aujourd ‘hui ) 200WRMS dans 3.5Ohms. et pour sortir ces 200W il faut débiter 11A. Sachant que je vais certainement alimenter les LM3886 avec du 40V … 11x40 = 440W.
Donc l’alim fera 2x 500W.
Les LM3886 ayant des protections internes en température … il ne faut pass que ce soit l’alimentation qui limite l’ampli 8-).

EDIT : l'alimentation de l'AOp se fera au travers d'une régulation spécifique (TL431 + MOS) a partir de l'alim principale. j'ai étudié les alims connexelectronic et il apparait que c'est un simple LM78xx qui sort la tension auxiliaire. Donc je m'en passerais et régulerais a partir de l'alim principale ... :mdr:

La forme de l’ampli :
D’un point de vue conception, l’ampli sera certainement intégrable dans un boitier 1U.

L’architecture globale de l’ampli (en date du 13 fev 2011) :
3 LM3886 par voie en mode parallèle.
1 AOP en entrée
1 AOP mode Servo.

Quelques points additionnels :
Je vais partir sur une topologie parallèle pour les LM3886 - Je me limiterais à 80W/8Ohms … car avec la puce LM3886 on ne peut dépasser les 80W/8Ohms avec une topologie parallèle. Le seul moyen de pousser plus loin est d’adopter des topologies Bridge parallèle.
Pourquoi 80W ??? même si NS dit qu’on peut faire un PA100 ?
Parceque Si j’alimente en +/-40V (tension MAX), la tension max en sortie possible sera de l’ordre de +/-36-37V. et 36/37V en sinus sous 8 Ohms ca fait 80-85WRMS.
Bien entendu on pourra annoncer des chiffres comme 100W mais avec des niveaux de disto 8-(. Alors je me contente de préciser la puissance – là ou l’ampli fonctionne encore comme un ROI.

La doc de Texas instrument illustre les avantage de ce montage (le compound)– comparé au BPA200 par exemple ou il est question de mettre un Aop en entrée en tant que buffer.

Docs de Référence :
LM3886 : http://www.national.com/ds/LM/LM3886.pdf
Montages forte puissance a base de LM3886 : http://www.national.com/an/AN/AN-1192.pdf
Document Texas Instrument SBOA092A : http://focus.ti.com/lit/an/sboa092a/sboa092a.pdf

Note : Cette page sera mise a jour régulièrement.
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Message par Google » 13 Fév 2011 19:56

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Explications - topologie

Message » 13 Fév 2011 19:57

Pour expliquer ce qui m’a amené a cette topologie de LM3886 est assez simple.
Comme déjà évoqué ma capacité a faire des PCB, ne me permets pas d’utiliser les LM4780 (J’ai pas envie d’essayer et de tout foirer !). Donc je me rabats sur le LM3886.
Le LM3886 permets de sortir en théorie 50W/8Ohms et/ou 68W/4ohms.
Mais attention la configuration 50W/8Ohm ne permet pas de sortir 100W/4Ohms !!!!
Si je schématise, la limite c’est bien en Gros 68WRMS quelque soit la charge et quelque soit la tension d’alim.

Donc on voit que 1 seule puce ne permets pas de faire ce que j’apelle un VRAI ampli de 50W/8ohms _ car sous 4Ohms on sera limité a 68Wrms.

Bref _ si on veut aller plus loin en puissance de sortie avec le LM3886, il faut opérer des montages parallèles ou bridge.
Le mode parallèle va permettre de supporter des charges de plus faibles impédances, alors que le montage en bridge va permettre multiplier la puissance en sortie par 2 pour des charges d’impédance fortes (8 Ohms). Enfin le montage Bridge parallèle permet de jouer sur les 2 tableaux.
Je passe les détails du calcul, mais ayant besoin d’environ 80W/8Ohms et 160W/4Ohms, la configuration optimale se retrouve être un montage parallèle avec 3 LM3886.
En fait j’aurais bien voulu pouvoir mettre 100W/8 Ohms - 200W/4 Ohms, mais bon, là il fallait passer au bridge parallèle, et cela complexifiait trop la tache et surtout j’ai le torino qui sort 130W déjà.

Pourquoi suis-je limité à 80W/8 Ohms ? parce-que le LM3886 ne peut être alimenté avec une tension supérieure à 40V. Et que lorsqu’il est alimenté en +/-40V on retouve en sortie au maximum +/-37V. Donc un signal amplifié ne pourras dépasser +/-37V avec un montage parallèle. Et cette tension +/-37V donne les Fameux 80-85/8Ohms.

Maintenant on sait pourquoi je m’oriente vers la solution Parallèle.
Note : Sur le net vous allez trouver des PA150 (en clair 150W) … oui il délivrent 150W mais sous 3.x Ohms. Je ne vaiss pas dire que ce sont des menteurs … m’enfin j’ai laché le mot. Quand on parle de la puissance d’un ampli on la spécifie par rapport a la charge classiquement reconnue 8ohms 8-)

Cette longue tirade m’amène a la topologie en tant que telle.
Option N°1 : Supposer que l’on a un pramp sévèrement burné, et on mets simplement les 3 LM 3886 en parallèle.
Option N°2 : On mets un buffer en entrée d’ampli suivi par les 3 LM montés en parallèle.
Option N°3 : On intègre l’ampli OP et les LM dans une même CR - le fameux compund.

Pour chaque option, il y a de multiples variantes en ce qui concerne la gestion de l’offset, le mode inverseur ou non inverseur des AOP et ou LM, le choix des AOPs.

Pour bien montrer les différences je vais poster assez rapidement la comparaison (à la simulation) de ces différentes options – et j’intègrerais la solution basée sur 1 seul LM3886.
Pour mes simulation, j’utilise en AOP un NE5532 (Je l’aime bien car il est pas cher et bosse bien – mon ampli casque en est l’exemple typique). Et j’ai trouvé les modèles spices du LM3886.

La comparaison consistera en :

Montage Simple (1LM)
A 50W :
1kHz : -65dB
10kHz : -46dB
20kHz : -40dB


Montage sans buffer (50w) : (3 LM en parallèle)
A 50W : +26dB
1kHz : -78dB
10kHz : -61dB
20kHz : -55dB


Montage compound_Original_Yuli
A 50W/8Ohms : +26dB
1kHz : -115dB
10kHz : -95.5dB
20kHz : -89.5dB

Puissance max sous 8 Ohms / 82W
1kHz : -113dB
10kHz : -93.5dB
20kHz : -87.5dB

Puissance max sous 4 Ohms / 150W
1kHz : -102dB
10kHz : -83dB
20kHz : -77dB

Comme on dit ... ya pas photo.
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Message » 13 Fév 2011 19:57

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Message » 13 Fév 2011 19:57

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Message » 13 Fév 2011 19:57

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Message » 13 Fév 2011 20:12

C'est prometteur, bon courage. je vais suivre cela ... :D
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Message » 13 Fév 2011 20:30

T'as prévu de lancer une fab avec des PCB en petite série ou tu la joues perso ? :mdr:
Moi j'aime bien ton cahier des charges...
Y a pas un peu trop de fumeurs de moquette par ici ?
androuski
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Message » 13 Fév 2011 20:57

En tout cas je mettrais les Schémas/PCB et mesures (si j'arrive a mesurer quoique ce soit !) en ligne.
Maintenant je ferais le PCB de mon coté - de là a faire une série de PCB, je ne suis pas assez équipé.
Le PCB pourra bien entendu être utilisé chez des PBC maker 8-).

Mais pour l'instant on est loin, voir même très loin du PCB de production 8-)

en attendant voici le Premier schéma de la bestiole :
Image

au final pas si compliqué que cela !!! :mdr: :mdr: :mdr: :mdr: :wink:
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Message » 13 Fév 2011 23:11

salut,

Quelques remarques :
Boîtier 1U - ça risque d'être limite sans ventilation.
La configuration inverseuse est préférable sur le 2° étage (lm3886).
Il faut un dc servo par lm3886 (voir note d'application national) et les résistances de contre réaction doivent être à 0,1% de préférence.

Pour le reste, c'est nickel, surtout si tu mènes ce projet comme celui de l'ampli casque.

A+
JIM
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Message » 14 Fév 2011 3:11

Tu as le LM4780 qui est 2 x LM3886 pour info :mdr: , mais p'tet le savais tu deja...
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Message » 14 Fév 2011 9:29

J'y connais pas grand chose mais la puissance de sortie d'un LM3886 sous 35V et 8Ohms est de 65W maximum. Comment arrives tu a 80W ?
akira9a
 
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Message » 14 Fév 2011 10:49

Bonjour à tous,

Oui JIM, 1 U ce sera peut être juste, et justement je me disais que comme l'alim a une auxiliaire qui peut sortir 12V par exemple, ce serait nickel pour piloter des ventilos. J'ai déjà réfléchit a l'asservissement. :mdr: :mdr: :mdr: :wink:
si c'est du passif, effectivement, un boitier 2U fera l'affaire.

Pour la configuration inverseuse je sais que tu penses au bruit et à la disto. Je vais regarder ce que cela implique.
En ce qui concerne les résistances de CR _ oui il faudra bien que ce soit du 0.1% (commande spéciale).

Hello acédinanar, oui tu as tout a fait raison, le LM4780 c'est 2 LM3386, mais le souci, c'est qu'aujourd'hui mon procédé de gravure de PCB ne m’autorise pas a utiliser ce type de composants, car les pattes sont très proches, et nombreuses. C'est pour cette raison que je m'oriente sur le LM3886. (ben oui je fais de beaux circuits mais je suis loin d'égaler les garvures pro. Enfin un élément qui n'en n'est pas vraiment un, comme actuellement j'envisage de mettre 3 LM3886 en sortie, ca ferais un truc un peu bâtard que d'utiliser Soit 2 LM4780 par voie ou 3LM4780 au total.

Hello Akira, oui si on prend uniquement 1 seul LM3886, on est limité en puissance RMS a 68W. Mais là j'en mets 3 en parallèle, donc chaque LM3886 supporte seulement le 1/3 de la charge. Donc quand je dis 80W/8Ohm, Chaque LM se charge seulement d'une 30taine de WRMS qui vont aller dans la charge.
L'avantage comme tu peux l'imaginer c'est qu'en en mettant 3, l'ampli pourra driver aussi des enceintes de 4 Ohms, car même 160W/4 Ohms dans la charge ca fait toujours moins de 68W par puce 8-).
Voilà ... pourquoi l'ampli sera un VRAI 80W/8ohms et 160W/4Ohms et même un peu plus pour des impédances plus faibles.
Ha oui j'oubliais ... Le LM3886 Se comporte mieux quand il est alimenté avec une tension plus élevée et que la charge vue en sortie est haute (il faut regarder dans le datasheet du LM4780 la disto en fonction de l'impédance et la tension d'alimentation 8) )

et voilà....
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Message » 14 Fév 2011 15:47

Je me pose une question concernant les alims à découpage SMPS500R ou autres : ç doir rayonner pas mal ces bestioles.Pensez-vous qu'il faut les blinder ou peut-on les monter dans le coffret avec les cartes ampli sans précautions particulières?Quelqu'un a-t'il fait des mesures à ce sujet?
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Message » 14 Fév 2011 16:08

Dans le doute les alims "connex" je leur mettrai une cage de "farfadet" fait avec des grilles de chez casto.

Image

Les Meanwell que j'ai sont complètement barricadé :

Image
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Enceintes: JAMO THX ONE (en prêt en attendant le 5.1 Full DIY)
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Message » 14 Fév 2011 16:17

Bonjour Grand Floyd,

Je suis loin d'être un expert, mais de ce que j'ai compris effectivement une alim à découpage va rayonner.
Par contre suivant la technologie utilisée c'est plus ou moins grave. et surtout il faut regarder dans quelle bande de fréquence ce rayonnement a lieu.
Celle que que je vise a une fréquence de travail qui est assez éloignée du spectre du spectre audio (100Khz-250Khz en fonction de la charge). Ensuite plus la charge est faible plus cette fréquence est élevée... Dit autrement si l'alim est sur dimensionnée, cela est encore moins dangereux en terme de pollution (d'un point de vue théorique). Et comme je pense que mes alims seront quelque peu sur-dimensionnées 8-) ... j'espère ne pas avoir trop de problème.

Maintenant rien n’empêche de faire un blindage.
Quand j'en serais au tests, on verra vite si cela rayonne et dans quelle mesure. Comme j'ai un oscillo, je pourrais aisément voir si cela pollue et dans quelle mesure.

a titre indcatif, voici ce qui est mentionné par le fournisseur de l'alim a découpage.
http://www.connexelectronic.com/documents/SMPS500R.pdf

Cordialement Gilles.
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