Bộ khuếch đại lớp D là gì? Nguyên tắc làm việc, hiệu quả và cơ bản về thiết kế OEM

Đặt tay bạn lên phía sau loa có công suất 500 W sau một giờ phát lại. Thiết kế Loại A hoặc Loại AB thường quá nóng khi chạm vào; bộ khuếch đại lớp học D thường chỉ ấm. Sự khác biệt đó giải thích hầu hết những gì quan trọng.

Bộ khuếch đại Lớp D là bộ khuếch đại chuyển mạch. Các bóng bán dẫn đầu ra của nó được điều khiển bật hoặc tắt hoàn toàn ở tần số cao và thông tin âm thanh được truyền tải bởi độ rộng của các xung đó chứ không phải bởi điểm vận hành tuyến tính của thiết bị. Bộ lọc thông thấp LC ở đầu ra sẽ loại bỏ sóng mang chuyển mạch và để lại âm thanh được khuếch đại. Bởi vì các bóng bán dẫn hầu như không bao giờ nằm ​​trong vùng tuyến tính nên rất ít năng lượng chuyển thành nhiệt: hiệu suất điển hình đạt từ 80% đến 95%, so với khoảng 25-30% đối với Loại A và 50-70% đối với Loại AB.

Chính xác thì bộ khuếch đại lớp D là gì?

Chữ D không có nghĩa là "kỹ thuật số". Nó chỉ đơn giản là chữ cái tiếp theo trong chuỗi các lớp bộ khuếch đại và đường dẫn âm thanh bên trong sân khấu Lớp D là tương tự: quy trình điều chế độ rộng xung (PWM), không phải là luồng các số 1 và 0. Kỹ thuật số thực sự trong một loa công suất hiện đại thường là DSP cấp nguồn cho bộ khuếch đại chứ không phải bản thân bộ khuếch đại.

Một mô-đun bộ khuếch đại công suất Loại D điển hình có năm khối chức năng:

• Bộ điều biến độ rộng xung - so sánh âm thanh đến với sóng mang tam giác tần số cao và tạo ra sóng vuông có chu kỳ nhiệm vụ tuân theo mức tín hiệu tức thời.
• Trình điều khiển cổng và giai đoạn đầu ra MOSFET - chuyển mạch các đường ray cung cấp ở tần số vài trăm kHz, được bố trí dưới dạng một nửa cầu hoặc ở công suất cao hơn, dưới dạng cấu hình toàn cầu (BTL).
• Bộ lọc đầu ra LC - tính trung bình chuỗi xung trở lại dạng sóng âm thanh và tiếp tục chuyển dư lượng ra khỏi trình điều khiển.
• Mạng phản hồi - lấy mẫu đầu ra và sửa lỗi, đây là điểm khác biệt giữa thiết kế Loại D rõ ràng và thiết kế khắc nghiệt.
• Nguồn điện chuyển đổi chế độ - thường là giao diện người dùng PFC cộng với giai đoạn cộng hưởng LLC trong các mô-đun chuyên nghiệp, giữ đường ray ổn định trên phạm vi đầu vào AC rộng.

A - Nguồn cộng hưởng PFC và LLC; B - Bộ điều biến và trình điều khiển cổngPWM; C - tầng ra MOSFET; D - Bộ lọc đầu ra LC có phản hồi.

Cách hoạt động của bộ khuếch đại lớp D, từng bước

1. Điều hòa đầu vào. Đường truyền hoặc đầu vào cân bằng được đệm và trong các mô-đun được trang bị DSP, đi qua EQ, phân tần, giới hạn và độ trễ trước giai đoạn cấp nguồn.
2. Điều chế. Bộ so sánh trộn âm thanh với sóng mang tam giác. Những đoạn lớn tạo ra xung rộng; sự im lặng tạo ra chu kỳ hoạt động 50% mà bộ lọc lấy trung bình bằng 0.
3. Chuyển đổi. Trình điều khiển cổng bật và tắt cứng MOSFET, có chèn thời gian chết để cả hai thiết bị trong nửa cầu không bao giờ hoạt động cùng một lúc.
4. Tái thiết. Bộ lọc LC truyền âm thanh và chặn sóng mang, với mức cắt của nó được đặt ở trên 20 kHz nhưng thấp hơn nhiều so với tần số chuyển mạch.
5. Sửa lỗi. Phản hồi trả về một bản sao được chia tỷ lệ của đầu ra cho bộ điều biến, làm giảm độ méo và cải thiện hệ số giảm chấn ở các đầu cuối.

Hai chi tiết quyết định kết quả nghe có vẻ trong trẻo hay thô: tần số chuyển đổi và thiết kế vòng lặp. Việc tăng tần số chuyển mạch sẽ làm co bộ lọc và cải thiện hoạt động tần số cao nhưng làm tăng tổn hao chuyển mạch và EMI. Phản hồi tiền lọc đơn giản nhưng nhạy cảm với tải; Phản hồi sau bộ lọc sẽ sửa các lỗi của chính bộ lọc và là tiêu chuẩn trong các mô-đun phải duy trì ở mức tải 4 ohm hoặc 8 ohm.

Lớp D so với lớp A, AB và H: Điều gì thực sự thay đổi

Đẳng cấp không phải là thước đo chất lượng. Nó mô tả cách hoạt động của các thiết bị đầu ra và sự lựa chọn duy nhất đó sẽ thúc đẩy hiệu suất, nhiệt độ, kích thước tủ và chi phí cung cấp điện.

Khoảng cách hợp chất nhanh chóng. Với hiệu suất 90%, mô-đun 1000 W biến khoảng 110 W thành nhiệt; ở mức 55%, cùng một công suất có nghĩa là nhiệt lượng lớn hơn 800 W. Đó là sự khác biệt giữa tủ đúc không quạt và tủ rack có làm mát cưỡng bức.

Loại D đã từng bị loại bỏ do EMI, đáp ứng tần số phụ thuộc vào tải và độ méo cao hơn ở gần đầu dải. Những phàn nàn đó đến từ tần số chuyển mạch thấp và phản hồi trước khi lọc và phần lớn chúng đã được giải quyết. Điều quan trọng hơn nhãn lớp ngày nay là việc triển khai: cấu trúc liên kết vòng lặp, tần số chuyển mạch, chất lượng nguồn điện và thiết kế nhiệt.

Trường hợp loại D thuộc về loa công suất hoặc loa siêu trầm

Đối với loa hoạt động do OEM sản xuất, tủ thường đưa ra quyết định. Loa cột hoặc hộp hai chiều đúc khuôn không có chỗ cho nguồn điện tuyến tính và tản nhiệt lớn, do đó, một bảng chuyển mạch duy nhất cung cấp, chẳng hạn như 400 W cho trình điều khiển tần số thấp và 100 W cho trình điều khiển tần số cao, là câu trả lời thiết thực. Logic tương tự cũng áp dụng cho các kênh loa siêu trầm BTL, trong đó một mô-đun có thể đẩy công suất bốn con số vào tải 8 ohm mà không cần quạt.

Ba họ mô-đun bao trùm hầu hết nền tảng đó:

EON520: LP400W HP100W PFC LLC Mô-đun bộ khuếch đại công suất loại D cộng hưởng điện áp rộng ● Bộ nguồn chuyển mạch hiệu suất cao với PFC LLC Cộng hưởng: 800W ● Đầu vào điện áp rộng tự thích ứng: 100V-240V ● Bộ khuếch đại công suất tần số trung và thấp: CLASS D 40... Xem sản phẩm →

EON522SUB: Mô-đun bộ khuếch đại công suất loa siêu trầm chủ động cộng hưởng LP 500W/4ohm LLC ●LLC Bộ nguồn chuyển mạch hiệu suất cao và độ tin cậy cao cộng hưởng: 800W ●Bộ khuếch đại âm trầm: LỚP D 500W-4 Ohms ●Bộ tản nhiệt bằng nhôm hình chữ U, Công suất đầu ra ổn định, ... Xem sản phẩm →

EON521 1500:LP 1500W/8ohm Âm thanh chuyên nghiệp Mô-đun khuếch đại công suất loa siêu trầm BTL ●LLC Bộ nguồn chuyển mạch hiệu suất cao và độ tin cậy cao cộng hưởng: 1800W ●Bộ khuếch đại công suất BTL: LỚP D 1500W-8 Ohm ●Bộ tản nhiệt bằng nhôm hình chữ U, Công suất ổn định ... Xem sản phẩm →

Việc kết hợp mô-đun với đầu dò cũng quan trọng như việc kết hợp công suất. Mô-đun hai chiều ghép nối kênh thông thấp với kênh thông cao và mong đợi điểm giao nhau phù hợp với trình điều khiển HF của bạn; mô-đun loa siêu trầm yêu cầu đầu vào có giới hạn băng tần và trở kháng tải được thiết kế xung quanh. Trở kháng và điểm giao nhau không khớp là lý do phổ biến nhất khiến mô-đun Loại D đo tốt trên băng ghế và phát ra âm thanh sai bên trong thùng loa.

Những điều cần kiểm tra trước khi bạn chỉ định mô-đun lớp D

Hiệu quả ở tải bạn thực sự sử dụng

Bảng dữ liệu báo cáo hiệu quả cao nhất tại một điểm vận hành. Yêu cầu đường cong trên 10% đến 100% công suất định mức và ở mức 4 ohm, 8 ohm và tải bắc cầu, vì hiệu suất giảm khi trở kháng tải giảm.

THD N và tiếng ồn dư

0,05% THD N hoặc thấp hơn là mục tiêu bình thường đối với mô-đun hiện đại. Tiếng ồn dư còn quan trọng hơn độ méo trong phòng nghe yên tĩnh, vì vậy hãy kiểm tra mức tiếng ồn không có trọng số thay vì chỉ con số tiêu đề. Để so sánh rộng hơn các cấu trúc liên kết, hướng dẫn lớp khuếch đại bao gồm A, AB, D và H cạnh nhau.

Tần số chuyển mạch, EMI và thời gian chết

Tần số chuyển mạch cao hơn có nghĩa là bộ lọc nhỏ hơn và hiệu suất tần số cao tốt hơn nhưng kiểm soát thời gian chết chặt chẽ hơn và bố trí PCB cẩn thận hơn. Nếu mô-đun nằm gần bộ thu sóng radio hoặc bộ thu micrô không dây, hãy yêu cầu dữ liệu EMI được dẫn và bức xạ.

Cấu trúc liên kết và bảo vệ nguồn điện

Cộng hưởng PFC plus LLC là câu trả lời thông thường cho hoạt động điện áp rộng và đường ray ổn định. Xác nhận rằng đã bao gồm quá dòng, quá điện áp, bù DC và bảo vệ nhiệt, đồng thời kiểm tra xem điều gì xảy ra khi mất điện thay vì chỉ xảy ra ở nguồn điện lưới danh định.

Khi một bộ phận tiêu chuẩn không vừa với tủ, tải hoặc danh sách tính năng DSP, cách thực tế là điều chỉnh nền tảng hiện có: phát triển mô-đun bộ khuếch đại tùy chỉnh thường bắt đầu từ giai đoạn công suất đã được chứng minh và điều chỉnh các kênh đầu ra, chế độ EQ và giao diện thay vì thiết kế bộ khuếch đại mới từ đầu.

Câu hỏi thường gặp về Bộ khuếch đại Lớp D