Modérateurs: Staff DIY, Staff Installations, Staff Juridique • Utilisateurs parcourant ce forum: Fielog, LCD 31 et 23 invités

Ampli sub TPA3221 DIY

Message » 27 Oct 2021 13:19

Bonjour

J'avais envie de partager mes derniers travaux en matière d'électronique. Il s'agit d'un ampli sub en classe D créé à partir de la puce TPA3221 de Texas Instrument. Il y avait un moment que je regardais d'un œil circonspect ces petites puces minuscules, capable de fournir des puissances importantes avec une qualité audio qui s'améliore presque chaque jour. J'ai finalement décidé de tenter le coup avec cette puce, qui annonce jusqu'à 200W de puissance, pour des performances audio remarquables, ainsi que des fonctionnalités intéressantes.
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tpa3221.pdf?ts=1635321363258&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
Il existe de nombreux modules tout fait à partir de cette puce, mais on est jamais mieux servi que par soi même. Et le niveau de satisfaction est démultiplié lorsqu'il s'agit d'une réalisation entièrement DIY :grad:

Pour ceux qui auraient envie de se lancer dans l'aventure, je posterai d'ici quelques jours tous les schémas, gerbers, programmes arduino, et autres fichiers nécessaires à sa réalisation telle que je l'ai fait moi, ainsi que les fichiers Eagle si vous voulez apporter votre touche personnelle... je précise que cet ampli ne peut pas être utilisé pour des fins commerciales. Il n'est pas impossible qu'il soit commercialisé un jour par ma propre marque, déposée à l'INPI.
J'ai configuré cet ampli pour qu'il offre son optimum de performance audio,( mais il est très facile de faire autrement): mono PBTL, avec mise en parallèle des sorties avant le filtrage LC (pré LC filter), switching en mode AD.
Comme vous le verrez dans la data sheet, de nombreuses configurations différentes sont possibles, en changeant quelques valeurs de résistances. Tel que, le gain est de 34dB, avec une impédance d'entrée de 7.7 kR, couplé avec une capacité de 4.7 µf, ce qui donne une fréquence de coupure basse de l'ordre de 5Hz. A noter ici que dans la data sheet, ils conseillent d'utiliser un condo de 10µF pour ramener cette Fc à 2.2 Hz, mais j'ai eu une discussion avec un ingé de TI sur leur forum, qui finalement le déconseille, car d'expérience celà à un impact sur la fonction reset, avec un risque de mauvaise initialisation de la puce.

L'ensemble du schéma et du PCB est parfaitement conforme aux spécifications du constructeur. (rien de neuf ici, et sans mauvaises surprises!)

Le plus important (et ce qui m'a coûté le plus de temps à la mise au point) est finalement tout ce qui entoure cet ampli: allumage automatique géré par une carte arduino (j'y reviendrai, c'est un élément essentiel d'évolutivité de cet ampli), qui gère aussi le reset de l'ampli et les deux fonctions de défaut (contrôle de température, clipping, et défaut de tension d'alimentation, avec LED déportées).

Il embarque également un circuit complémentaire à base d'ampli op quadruple (ici un opa1604)pour le réglage du gain en entrée (+/- 20dB), de la fréquence de coupure haute (de 45 à 280 Hz environ), et un circuit déphaseur. On devrait dire plutôt re-phaseur, car il a pour but de corriger le déphasage introduit par le filtre passe bas.
Comme je le disais, l'ampli est doté d'un circuit permettant de détecter la présence d'un signal en entrée, permis par une amplification conséquente réalisé par un LM358, qui renvoi vers la carte arduino (une nano every) qui pilote un relais de contrôle de l'alimentation de puissance. Il est donc très facile de modifier la valeur du niveau de consigne d'allumage, et le délai d'extinction (ici respectivement 10mV en entrée pour l'allumage, et 5 minutes sans signal pour l'extinction). Il suffit de modifier deux valeurs dans le programme arduino.

Concernant l'alimentation, j'utilise un module connex electronic (SMPS300RS). Elle est parfaitement adapté pour alimenter cet ampli, puisqu'elle dispose d'une sortie de 28V 10A pour la puissance, et deux sorties symétriques pour les alimentations des circuits complémentaires (environ +/- 11V). C'est très bien, mais la qualité n'est pas suffisante pour alimenter des circuits audio faibles signaux. J'ai donc rajouté sur la carte de l'ampli des régulations faibles bruits, low drop (LT1964 et LT1761). J'ai également ajouté une régulation "rustique" mais efficace pour la sortie de puissance. Il en découle une perte de quelques volts. En définitive, j'ai +/- 9v précisément pour les alimentations auxiliaires, et 25V max en pleine puissance pour la partie amplificateur. ce qui donne une puissance max avant écrêtage de 150 W sur 4 ohms. C'est bien plus qu'il ne m'en faut. Je pense qu'on peut se passer de la régulation de puissance, ce qui permet éventuellement de conserver la tension max de la carte, mais par contre il est absolument nécessaire de filtrer et réguler l'alimentation auxiliaire (bien trop bruyante sinon!).
J'utilise également l'alim régulée 5V de la carte arduino pour alimenter les circuits numériques (notamment le LM358).


Voilà pour une introduction, je détaillerai plus si vous vous intéressez à cette réalisation, ou si vous voulez réaliser cet ampli.

Je l'ai monté dans un caisson homecinema que je n'utilisais plus, depuis que son module d'ampli avait lâché. Ca marche vraiment top! et bien mieux que son prédécesseur. Je suis donc ravi :love:

Image

Voici une photo de la carte ampli. A part la cellule de filtrage de sortie el les gros condo de découplage, toute la partie ampli de puissance est masquée sous le radiateur qui coiffe la puce TPA3221 !

Image

Et l'ensemble, monté sur une plaque d'alu de 4mm, qui ferme à l'arrière le caisson du sub. On retrouvera sur la face externe l'intérupteur principal, les trois potentiomètres pour régler le gain en entrée, la fréquence de coupure et le déphasage. Bien sûr la prise entrée audio.
La version ici représentée diffère de la dernière (non encore testée), qui remplace le potentiomètre de réglage du gain par un potentiomètre numérique. J'y reviendrai
Dernière édition par fiscal le 28 Oct 2021 17:43, édité 2 fois.
fiscal
 
Messages: 2724
Inscription Forum: 31 Aoû 2006 15:29
Localisation: VILLEURBANNE
  • online

Annonce

Message par Google » 27 Oct 2021 13:19

 
 
Publicite

 
Encart supprimé pour les membres HCFR

Message » 27 Oct 2021 14:03

Impressionnant !
:bravo:

La configuration dans mon profil


Je recherche désespérément un LM3886TF - ceux qui ont un boitier isolé. Il y a rupture de stock partout. Si vous avez ça dans vos tiroirs je suis preneur :)
androuski
Membre HCFR
Membre HCFR
 
Messages: 22572
Inscription Forum: 14 Mar 2007 14:43
Localisation: C'est un trou, mais rempli de pinard, donc ça me va.
  • online

Message » 27 Oct 2021 22:16

Voici le schéma de l'ensemble.

https://onedrive.live.com/?cid=BDD72B1F5644A985&id=BDD72B1F5644A985%2142233&parId=root&o=OneUp
Avec une petite erreur sur la valeur de R21, qui doit être dimensionnée pour un courant de l'ordre de 10mA dans la zener de régulation.

Et le PCB avec l'implantation des composants

Image

La priorité a été donné aux composants CMS. C'est pratiquement obligatoire pour les associer avec la puce TPA, et de toute façon profitable pour limiter les boucles de courants, en privilégiant les circuits courts. Cela implique aussi un routage plus complexe, si on veut limiter les via.
Le plus complexe a mon sens est la gestion des masses sur un PCB. Comme le dirait Bob Cordel "when ground is not ground".
Donc ici il y a quasi 4 plans de masse distincts, quand bien même ils sont référencés au même potentiel. J'aimerai avoir votre avis sur la question, et éventuellement des conseils.
Donc un plan de masse pour le numérique, un autre pour la partie puissance, un troisième pour la partie faible signaux (en pratique le même, mais avec une coupure entre les deux afin d'éviter les retours de courants identiques), puis un dernier, quasi virtuel, pour la partie entrée signal, avec un seul point de liaison sur une pin de masse du TPA3321 (inspiré du routage du module d'évaluation de TI).
Dernière édition par fiscal le 28 Oct 2021 14:35, édité 1 fois.
fiscal
 
Messages: 2724
Inscription Forum: 31 Aoû 2006 15:29
Localisation: VILLEURBANNE
  • online

Message » 27 Oct 2021 22:42

A propos de la carte arduino every nano embarquée:
Elle n'est utilisée qu'à moins de 10% de ses capacités, tant au niveau de sa mémoire que des pins I/O. Il est donc tout à fait possible d'imaginer des évolutions intéressantes de cette carte ampli.
En particulier, le remplacement des potentiomètres analogiques déportés en façade, par des numériques, dont seuls les micro switch seraient déportés. En effet, le fait de déporter le réseau de contre réaction d'un ampli op est propice à la captation des perturbations externes.
Bien que le proto en test chez moi est très silencieux, la version en ligne propose un up grade avec un potentiomètre numérique pour le réglage du gain en entrée (le plus sensible des trois). le bouton rotatif est remplacé par deux micro switch (vol up et vol down).
Pour les autres, et en particulier pour le circuit de déphasage, il serait nécessaire d'ajouter un affichage de contrôle. Autant le gain est réglable à l'oreille, autant celui du déphasage ne l'est pas (en tout cas pour mes oreilles).
Tout celà est possible avec cette carte. On peut même imaginer un pilotage par télécommande...
Bref, on peut laisser gambader son imagination pour faire évoluer cette carte!
fiscal
 
Messages: 2724
Inscription Forum: 31 Aoû 2006 15:29
Localisation: VILLEURBANNE
  • online

Message » 27 Oct 2021 23:18

C'est bien ficelé. Si je comprends bien il y a un filtre passe bas qui permet de faire varier la coupure du sub de 45 à 280hz. Quel type de filtre as-tu implanté ? Et comment gères tu la coupure des satellites associés ?

En tout cas c'est très pro : on se croirait sur DIYaudio :lol: :bravo:

La configuration dans mon profil


Je recherche désespérément un LM3886TF - ceux qui ont un boitier isolé. Il y a rupture de stock partout. Si vous avez ça dans vos tiroirs je suis preneur :)
androuski
Membre HCFR
Membre HCFR
 
Messages: 22572
Inscription Forum: 14 Mar 2007 14:43
Localisation: C'est un trou, mais rempli de pinard, donc ça me va.
  • online

Message » 28 Oct 2021 7:19

Est ce normal que l'on voit des panneaux interdis en lieu et place des images?
Idefixes
 
Messages: 4967
Inscription Forum: 10 Juil 2003 10:19
Localisation: MULHOUSE (68)
  • offline

Message » 28 Oct 2021 9:07

Elles s'affichent normalement chez moi

La configuration dans mon profil


Je recherche désespérément un LM3886TF - ceux qui ont un boitier isolé. Il y a rupture de stock partout. Si vous avez ça dans vos tiroirs je suis preneur :)
androuski
Membre HCFR
Membre HCFR
 
Messages: 22572
Inscription Forum: 14 Mar 2007 14:43
Localisation: C'est un trou, mais rempli de pinard, donc ça me va.
  • online

Message » 28 Oct 2021 9:23

J'ai également le panneau interdit.
C'est le partage de l'image par google drive ou onedrive ... il faut un compte pour les voir (d'après ce que j'en déduis)

La configuration dans mon profil


La bougie de ton intelligence n'éclairera ta vie que le jour où tu arrêteras toi-même de souffler dessus !
Avatar de l’utilisateur
Dagda
Staff DIY
Staff DIY
 
Messages: 11422
Inscription Forum: 22 Déc 2005 14:53
Localisation: Fontenay sous Bois
  • online

Message » 28 Oct 2021 11:45

Bonjour

Désolé pour les images qui ne s'affichent pas, je suis au bureau et effectivement, certaines s'affichent, d'autres non...
Pouvez vous me conseiller un site hébergeur visible pour tous?
fiscal
 
Messages: 2724
Inscription Forum: 31 Aoû 2006 15:29
Localisation: VILLEURBANNE
  • online

Message » 28 Oct 2021 12:32

Tu as les hébergeurs gratuits mais la pérennité du stockage est limité ...

La configuration dans mon profil


La bougie de ton intelligence n'éclairera ta vie que le jour où tu arrêteras toi-même de souffler dessus !
Avatar de l’utilisateur
Dagda
Staff DIY
Staff DIY
 
Messages: 11422
Inscription Forum: 22 Déc 2005 14:53
Localisation: Fontenay sous Bois
  • online

Message » 28 Oct 2021 14:15

androuski a écrit:C'est bien ficelé. Si je comprends bien il y a un filtre passe bas qui permet de faire varier la coupure du sub de 45 à 280hz. Quel type de filtre as-tu implanté ? Et comment gères tu la coupure des satellites associés ?

En tout cas c'est très pro : on se croirait sur DIYaudio :lol: :bravo:


Merci

C'est une cellule Sallen Key, filtre de type Butterworth, donc pente -12dB par octave, facteur de qualité 0.707.
Je ne gère pas de coupure des satellites. Dans mon utilisation personnelle, le sub est censé reproduire les fréquences non reproduites par ces satellites.
Disons que je gère "à l'oreille"
fiscal
 
Messages: 2724
Inscription Forum: 31 Aoû 2006 15:29
Localisation: VILLEURBANNE
  • online

Message » 28 Oct 2021 14:16

Dagda a écrit:Tu as les hébergeurs gratuits mais la pérennité du stockage est limité ...


J'utilise google photo, c'est pourtant gratuit...
Bon, je vais tenter d'en trouver un autre.

Edit: je suis passé par casimage, c'est mieux maintenant?
fiscal
 
Messages: 2724
Inscription Forum: 31 Aoû 2006 15:29
Localisation: VILLEURBANNE
  • online

Message » 28 Oct 2021 15:07

Les photos sont bien visibles avec Casimage.

Pas mal ce TPA3221. Suffisamment puissant sous 4 Ohms (100W en mode bridgé), distorsion maitrisée jusqu'à la limite de l'écrêtage et sans devenir mauvais à basse amplitude. Une distorsion qui augmente sensiblement au-dessus de 1kHz (pas grave pour un sub), une réjection d'alim de 60dB seulement donc attention à la qualité de l'alimentation, fortement sollicitée dans cette appli, sous peine de "pompage" dans le grave.
:bravo:
Sub218
 
Messages: 81
Inscription Forum: 06 Avr 2021 16:27
  • offline

Message » 28 Oct 2021 18:21

Les plans de masse séparés c’est bien mais pas toujours évident à gérer.

Par exemple il y a des signaux qui vont du TPA vers l’Arduino. Ces signaux ont forcément un courant de retour via le 0V.
Et sur ton PCB le chemin est vraiment très long. Idéalement le courant de retour devrait emprunter le même chemin que le courant allé.

La pratique est alors de faire passer tous les signaux entre deux sections par un endroit unique. A cet endroit l’on connecte également les 2 plans de masse.

Un solution plus efficace (c’est discutable) est de bien penser l’implantation des sections au vu du 0V et par rapport à l’alimentation.
Le courant prend le chemin le plus court , là où résistance du plan/pistes est la plus faible.
C’est relativement facile de visualiser les chemins des différents courants et de s’assurer qu’ils se perturbent le moins possible.

Tu aurais pu profiter de beaucoup de surface restante en Top pour élargir les pistes de PVDD et placer également un plan de masse  pour le TPA; comme réalisé pour les régulateurs.

L’avantage est double : meilleure dissipation de T° et impédances bien plus faible.
Ici les capas C3 à C6 (hyper importantes et sollicitées) vont au GND par une petite piste + 1 vias.

L’emplacement et routage de C2 n’est pas vraiment optimal, il devrait se trouver entre l’alim et le TPA et non après le TPA.

PS : on ne voit pas le schéma.
thierryvalk
 
Messages: 5598
Inscription Forum: 08 Mai 2012 9:39
Localisation: Belgique
  • offline

Message » 28 Oct 2021 21:01

Merci Thierryvalk.

J'aime bien ce genre d'intervention. je t'envoie un MP pour ne pas polluer le fil.
J'ai mis un lien pour télécharger le schéma. Si tu n'y a pas accès, c'est pas normal (comme pour les photos).

Je le remets ici, dis moi si c'est ok:
https://onedrive.live.com/?cid=BDD72B1F5644A985&id=BDD72B1F5644A985%2142233&parId=root&o=OneUp
fiscal
 
Messages: 2724
Inscription Forum: 31 Aoû 2006 15:29
Localisation: VILLEURBANNE
  • online


Retourner vers Amplis et Préamplis

 
  • Articles en relation
    Dernier message