Hypex UcD180HG HxR modul analýza a měření
V lednu 2021 jsem si pořídil ze zvědavosti na ověření zesilovač ve třídě D AIYIMA A07 (aplikace na TPA3255) a byl jsem rozčarovaný ze závislosti kmitočtové charakteristiky na impedanci zátěže, zejména na komplexní zátěži. S různými reprosoustavami byly v horním pásmu odchylky až 2 dB. Bohužel je to nevyhnutelný problém všech zesilovačů třídy D s výstupním LC filtrem mimo smyčku hlavní zpětné vazby a ani zapojení TPA3255 a podobných čipů s druhou smyčkou PFFB za filtrem nejsou dostatečným řešením. Takže jsem hledal na ověření jinou topologii zesilovače třídy D, který by byl ještě cenově únosný. Moduly NCore a Purifi se chovají téměř perfektně, ale jsou už dost drahé, cena NC400 je v době vzniku článku 349,- EUR s daní. Takže jsem pozornost soustředil na předchůdce NCore, modul UcD, konkrétně UcD180HG HxR. Odkaz na prodejce a datasheet [1] je níže:
Modul jsem objednal u Audiophonics Francie za 115,96 EUR, 4-pinový Hypex signálový kabel za 8,97 EUR a doprava stála 13,71 EUR. Celkem 138,64 EUR s daní.
Popis a analýza modulu UcD180HG HxR
Blokový diagram je na Obr.1 (podle [1])
Obr.1. Blokový diagram modulu UcD180HG
Můžeme se pokusit o simulaci v programu MicroCap, podle schématu v Obr.2, které vychází z informací v článku [2]
Obr.2. Simulace modulu UcD
Je to samokmitající obvod s řízením fázového posuvu pomocí rekonstrukčního filtru L1,C1 a obvodu korekce fáze R3,C2. Kmitočet oscilací je na průsečíku fázové charakteristiky zisku smyčky zpětné vazby s -180°. Viz Obr.3.
Obr.3. Analýza stability smyčky zpětné vazby
Zpětná vazba se odebírá až za LC filtrem. Výsledkem je nízká výstupní impedance a kmitočtová charakteristika téměř nezávislá na záteži.
Parametry deklarované výrobcem
Nyní bude úkolem ověřit parametry v konkrétní realizaci zesilovače
Provedení funkčního vzorku zesilovače
Zesilovač jsem zabudoval do jedné z mých prototypových skříněk (Obr.4)
Obr.4. Prototypová skříňka zesilovače
Skříňka má postranní chladiče a předvrtané otvory pro repro terminály, XLR konektory a 230V přívodku kombinovanou s vypínačem a pojistkou. Rozměry jsou 376 x 216 x 70 mm. Schéma propojení je na Obr.5. Transformátor Tr je 230V/2x32V/100VA a bohužel omezí maximální dosažitelný výkon. DRC je můstkový usměrňovač s vyvedeným středem a filračními kondenzátory 2 x 11500 uF. Obr.6 ukazuje skutečné provedení vzorku zesilovače. Obr.7 je detailní foto modulu UcD180HG HxR.
Obr.5. Schéma propojení
Obr.6. Hotový funkční vzorek zesilovače
Obr.7. UcD180HG HxR modul detail
Měření
Spínací frekvence změřena jako 422kHz, zbytky po filtraci na výstupu mají amplitudu 372mV, viz Obr.8
Obr.8. Zbytky spínací frekvence
Kmitočtová charakteristika (Obr.9)
Byla měřena od 20Hz do 40kHz do zátěže 4 a 8 ohm a téměř nezávisí na záteži.
Obr.9. Kmitočtová charakteristika do 4 a 8 ohm
THD and THD+N
Zkreslení v závislosti na výkonu měřeno pro 1kHz a zátěž 4 ohm je na Obr.10. Zkreslení v závislosti na kmitočtu pro 22W/4ohm je na Obr.11.
Obr.10.
Obr.11. THD v závislosti na kmitočtu při 22W/4ohm
CCIF intermodulační zkreslení19+20kHz
naměřeno 0.024% pri 20W/4ohm
Obr.12.
Teplotní chování
V dlouhodobém testu 45W/4ohm zůstal vnější chladič prakticky chladný na dotek a chladič na modulu byl mírně teplý na dotek.
Záver
Hypex UcD180HG HxR je starší řešení přímo předcházející NCore. Co se týče zkreslení, nemůže konkurovat modulům NCore a Purifi, ale má několik důležitých vlastností. Kmitočtová charakteristika, stejně jako u novějších modulů, prakticky nezávisí na zátěži a zkreslení je minimálně závislé na kmitočtu. Ve slepém testu nebyl nalezený rozdíl v záznamu přes modul UcD proti loop-backu, výkon ve špičkách odpovídal 120W/6.8ohm. Testovací nahrávka Beethovenův houslový koncert D-dur, 3. věta. Cena je poměrně příznivá, cca 1/3 ceny NC400.
Literatura
[1] Hypex UcD180HG_datasheet_R5
[2] Putzeys, B.: Simple self-oscillating class D amplifier with
full output filter control. AES 118th convention, 2005