DIY : ampli à AOP massivement parallèles

[jsilvestre]

Il y a aussi une troisième voie qui serait intéressante à tester au niveau de l'écoute : mettre en œuvre une CR hybride : un pour l'ampli classe A prise avant le multiplicateur et une après à la sortie. En jouant sur le ratio...

Bonjour Jacques,

yapluka!

joël

[jacquese]

Bonsoir,

Alors la suite de ce projet...
L'ampli tourne depuis 2 mois sur mon système en compagnie du  préampli sur batteries décrit aussi dans cette rubrique. Il ne démérite aucunement par rapport à mes amplis en pure classe A. Il fait même mieux sur certains critères. Donc le projet continue.
Il va y avoir deux nouvelles versions :
- une version 80W
- une version 20W sur batteries

Je vais commencer par la version sur batteries. En 20W, chaque canal va consommer 300mA au repos. Avec un jeu de 4 batteries 12V/3.2A je pourrais avoir un fonctionnement sans limite de durée. Au programme pour cette version :
- On refait la partie ampli classe A pour une nouveau schéma plus rapide, avec la distorsion thermique gérée dans les étages d'entrée et un nouvel étage de sortie en pont qui a le bon goût d'une passage en  classe B très doux si on sort de la zone prévue pour le courant de sortie. Ce qui peut être utile car je me suis rendu compte que même à 20V/us, le produit gain-bande des AOP est  encore trop limite. Sur gros  transitoires l'ampli classe A doit fournir plus de courant, le temps que les AOP se bougent. Pas très grave car dans un signal musical l'énergie est à principale dans le bas du spectre mais je préfère quad même gérer ça mieux.
- Ajout d'une relais en sortie car il y a un  très léger ploc à l'allumage et à l'arrêt
- Ajout d'un système de gestion des batteries comme pour le préampli mais pour des courants plus importants : 2 batteries en utilisation pendant que les deux autres se rechargent et commutation automatique.

Je viens de passer aux batteries sur le streamer et le DAC. Il me reste plus que l'ampli et le switch et toute la chaîne sera hors secteur.  Déjà avec cette première version de l'ampli, le préampli et le streamer sur batterie, le système a fait un sacré bon en avant.

-

[jacquese]

Bonjour,

Pour la version 20W sur batteries, refonte de l'ampli classe A et design du PCB fini (même format que précédemment).
C'est de nouveau un ampli "en pont" pour pouvoir sortir 20W avec +/-12V d'alim mais cette fois à entrée FET. 
Par rapport à l'ancienne version, outre la refonte du schéma :

• Entrée à FET appairés
  
• Sortie sur bipolaires Toshiba
  
• Bias réduit à 80mA par branche (160mA en tout)
  
• Ajout d'un relais en sortie
  
• Plus de connecteurs pour la liaison avec les cartes multiplicatrice d'impédance
  

Epreuve de la carte en 3D :

   

Les PCB des carte multiplicatrices seront juste un peu modifiées mais pas le circuit.

Concernant la mise sous batteries...

Du côté de la consommation au repos ca nous fait environ 200mA pour une carte Amp + 100mA par carte multiplicatrice soit 400mA par canal et 0.8A pour l'ampli. + la conso sur modulation en classe AB, disons une moyenne de 0.2A par canal, soit un total de 1.2A en utilisation continue.
Pour un fonctionnement quasiment sans limite de temps il faut pouvoir charger autant le jeu de batteries au repos que ce que l'on consomme sur le jeu de batteries en cours d'utilisation. Donc il faut un courant de recharge de 1.2A. Et comme il ne faut pas dépasser 0.25C pour des batteries AGM ca fixe la capacité de chaque batterie à 1.2*4=4.8AH.
Je pars sur un modèle qui fait 4.5AH en 12V. Les quatre batteries occuperont un espace de 205x180x70mm,  ca va être chaud pour tout rentrer dans un boitier Galaxy 2U de 330x280.
L'alimentation secteur sera uniquement allouée à la recharge, à la commande de relais et à la logique de contrôle.

[jsilvestre]

Bonjour Jacques,

toujours aussi beau et innovant, comme d'habitude quoi!

joël

[jacquese]

Merci Joël !

[jacquese]

Epreuve de la V2 de la carte multiplicatrice :

   

   

[jacquese]

Bon bah ca rentrera pas dans le boitier prévu à l'origine.
Finalement un boitier Hifi2000 galaxy 3U 330x280 sera utilisé avec les batteries vers le haut.
Pour l'implémentation je pars là-dessus :

   

Pour le transfo ce sera un 14V/100VA de chez Toroidy, pour 2A DC.

[jacquese]

Bonsoir,
J'attaque la partie alimentation.
Alors il faut alimenter
 - 2 canaux d'ampli classe A
 - 2 canaux multipliclateur d'impédance en classe AB
Le tout à partir de 4 batteries 12V/4.5AH.

Je suis parti sur ce principe :
 - Pas de prise de masse au milieu de deux batteries en série, ca oblige à doubler le système de commutation automatique pour les batteries. La masse sera une tension générée par la circuit. Comme ça on prend deux deux batteries de 12V en série comme un tout (une batterie de 24V)
 - les amplis classe A sont alimentés en +/-12V avec le GND comme référence pour la source uniquement. La charge (les HP) n'est pas connectée à la masse, c'est une architecture pontée.
 - les multiplicateurs classe AB sont alimentés en 24V mais centré autour de la masse (qui n'est pas utilisée par eux). ce qui revient à du +12 / -12 mais sans masse (architecture pontée aussi)
 - Les amplis classe en fonctionnement nominal  consomme un courant constant, il n'y a pas de pollution intercanal. Il partage les mêmes rails d'alim
 - Les multiplicateurs classe AB consomme un courant variable : un rail de prévu pour chacun.
 
Le schéma simulé est le suivant :

   

Il y a pour commencé un déparasitage par filtre CLC des batteries. Ensuite 3 régulations distinctes : un pour les amplis classe A, et une pour chaque canal classe AB.
Comme il n'y a quasi pas de marge de tension entre les batteries et les circuits audio, les régulations sont du type ultra low dropout à MOSFET canal-P. Le choix des MOS n'est pas encore définitif mais il faut choisir une référence avec une résistance ultra faible (<100milliohm).

La suite demain avec les mesures

[jacquese]

Une petite mesure de l'alimentation.

Courbe du haut : demande de courant sur le rail d'un canal en classe AB
Courbe du milieu : tension sur le rail pour les ampli classe A
Courbe du bas : tension sur le rail du canal en classe AB

   

Commentaires :
 - Régulation en courant : 1%, pas génial mais suffisant pour le canal en classe AB
 - Séparation des canaux : très élevé, 1A de consommation impact le rail concerné sur les mV mais la variation sur l'autre rail est dans les uV
 - comportement en fréquence : avec une consommation de 1A sinus à 1KHz c'est la régulation qui prédomine sans accident HF sur les transitoires. Sur 1A/10KHz, Ce sont les capacités de sorties qui sont à l’œuvre et qui améliore la régulation en charge. Comportement global non-inductif de l'alim ce qui est plutôt pas mal. 

Côté AOP pour la régulation, plus ils sont rapides mieux ça fonctionne,

Concernant la stabilité : le choix des AOP est sans impact sur le stabilité (le pôle dominant doit certainement être celui des capacités parasites des MOSFET de sortie). La c'est simulé avec des AOP ultra-rapide à contre-rection en tension (LM6265). Je vais faire un essai avec des CFA. Les grosses capa en sortie n'influent pas sur la stabilité, c'est la valeur minimale qui compte mais surtout il faut une ESR minimale pour stabilisé (quelques milliohms, d'où les résistances de très petites valeurs séparant la sortie des la régulation et les capas de sortie).

[jacquese]

On attaque la partie gestion des batteries.

Le fonctionnement du système de gestion des batteries est le suivant :
 - deux jeux de deux batteries 12V AGM mises en série, chaque jeu donne 24V
 - on recharge un jeu de batteries pendant que l'autre alimente les circuits audio
 - Toutes les 35 minutes ont interchange les deux jeux de batteries, ce qui permet un fonctionnement de l'ampli sans limite de temps
 - le jeu qui alimente les circuits audio est isolé galvaniquement du secteur
 - un circuit de contrôle du jeu en cours d'utilisation surveille la tension et alerte si c'est trop faible


Le schéma Kicad de la carte embarquant l'alimentation secteur, la logique de contrôle du M/A, la tempo des relais de sortie de l'ampli et toute la gestion des batteries :