Non ho mai usato un amplificatore in classe D ...

[TardoFreak]

... e quindi chiedo a chi li ha utilizzati quali potrebbero essere i problemi.
Mi spiego meglio,
Devo fare un dispositivo audio, un riproduttore, al quale deve essere collegato un altoparlante (ma anche due), che deve erogare una discreta potenza (diciamo 5W alimentato a 12V) e vorrei evitare di usare dissipatori con relative staffe e menate del genere che mi andrebbero solo ad incasinare la vita.
Ho individuato questo amplificatore perché sembra fatto a posta per la mia applicazione.
Questi amplificatori sono critici?
In buona sostanza: c'è la possibilità concreta di farsi cavolate enormi?
Parlo di disposizione dei componenti, disegno del circuito stampato e compagnia cantante.
E' necessario avere esperienza per riuscire ad azzeccare il circuito stampato al primo colpo?

Forse qualche utente ha realizzato qualcosa utilizzando questo tipo di circuiti integrati, quindi potrebbe raccontarmi la sua esperienza.

Ringrazio anticipatamente.

[GaAsFET]

Da giovane mi sono divertito a realizzare amplificatori in classe "D" perché cercavo il massimo rendimento.
A quel tempo andava progettato quasi tutto, dal circuito di sampling & hold in ingresso, al generatore di onde quadre, al modulatore PWM, alla scelta dei MOSFET di uscita, all'integratore di uscita.
Oggi trovi tutto in chip
comunque la parte più delicata era (almeno per il sottoscritto) quella del dimensionamento del filtro passa-basso d'uscita per eliminare la frequenza di switching e ricostruire con buona fedeltà il segnale audio sugli altoparlanti.

Nel TPA3123D2 i mosfet di potenza sono integrati nel modulo, quindi sarei ragionevolmente tranquillo usando i componenti così come sono indicati nel foglio applicativo.
Ricorda che questi ampli non possono essere provati "a vuoto" o su carichi puramente resistivi. Quindi una volta assemblato il prototipo non ti resta che collegare gli altoparlanti e verificare con oscilloscopio la qualità del segnale ricostruito (assenza del residuo PWM o armoniche spurie).

Per quanto riguarda la realizzazione del PCB, nell'ultima pagina del datasheet trovi le linee guida per evitare gli errori più comuni ovvero: posizionamento dei condensatori di disaccoppiamento, delle masse analogiche e di alimentazione, del filtro PB di uscita e del thermal pad del TPA. Occhio che anche le caratteristiche dinamiche degli altoparlanti, ad essere rigorosi, non sarebbero trascurabili.

[DirtyDeeds]

Ricorda che questi ampli non possono essere provati "a vuoto" o su carichi puramente resistivi.

Perché, si deprimono con carico puramente resistivo?

[GaAsFET]

Non si deprimono ma l'altoparlante non è puramente resistivo, e nel dimensionamento del circuito di uscita si tiene di conto anche della sua componente induttiva. Venendo a mancare quella, si spostano le caratteristiche.

[BrunoValente]

...E' necessario avere esperienza per riuscire ad azzeccare il circuito stampato al primo colpo?

Forse qualche utente ha realizzato qualcosa utilizzando questo tipo di circuiti integrati, quindi potrebbe raccontarmi la sua esperienza.

Ciao TardoFreak,
Io ne ho fatto uno bello grosso, lo utilizza mio figlio che suona il basso.
posso dirti che, grosso modo i problemi sono due:
1) Per amplificatori in classe AB il circuito stampato va fatto bene altrimenti si incappa facilmente in autooscillazioni, per i classe D va fatto ancora meglio perché c'è in ballo anche l'alta frequenza di commutazione.
2) C'è il rischio che i disturbi ad alta frequenza creino problemi ad altri circuiti, per cui è bene schermare il tutto come si deve...non sempre è facile riuscirci.

Mio figlio sta avendo problemi con il preamplificatore/equalizzatore che utilizza come interfaccia tra il basso e il finale e i problemi derivano proprio dall'alta frequenza che attraverso la connessione con il cavo di ingresso si intrufola nei circuiti del pre. Il risultato è un ronzio di sottofondo a 50Hz che lascerebbe sospettare tutt'altro ma che invece dipende proprio da disturbi ad alta frequenza.
Stiamo comunque parlando di 1.5kW, nel tuo caso tutto si ridimensiona.

Punto critico è la frequenza di risonanza del passa-basso in uscita: se nel segnale dovesse esserci una componente armonica proprio a quella frequenza e se le casse non fossero collegate, sarebbe un guaio perché a quella frequenza il filtro sarebbe, in quelle condizioni, un cortocircuito netto in uscita. Nel mio ho dovuto prevedere, verso l'alimentazione, dei diodi di ricircolo accesi dalle sovratensioni che in caso di risonanza si generano sul condensatore, nel tuo vedo che nessuna precauzione è stata presa: ti consiglio almeno un passa-basso passivo su ogni ingresso per tagliare sopra alla massima frequenza che vuoi far passare. Tieni conto che, con quei valori di L e C la risonanza è intorno a 40kHz, anche nel mio il valore è più o meno quello.

Ricorda che questi ampli non possono essere provati "a vuoto" o su carichi puramente resistivi. Quindi una volta assemblato il prototipo non ti resta che collegare gli altoparlanti e verificare con oscilloscopio la qualità del segnale ricostruito (assenza del residuo PWM o armoniche spurie).

In realtà i test vanno invece fatti con carico resistivo: io mi procurai delle grosse resistenze per arrivare a 8ohm 1.5kW con le quali misi a punto i circuiti. E' vero il contrario: carichi non resistivi o presenza di filtri nelle casse possono creare problemi andando a modificare con la presenza delle loro componenti reattive la risposta del filtro dell'amplificatore.

[GaAsFET]

Non a caso ho citato la prova "a vuoto" e non ho parlato di filtri presenti sulle casse.
Intendo proprio la caratteristica fisica induttivo-resistiva di ogni dato diffusore. Io feci le tarature proprio usando l'altoparlante finale, anche se con potenze (correnti) in gioco nettamente inferiori.

[BrunoValente]

Sì, capisco cosa vuoi dire ma mi suona strano: così a naso direi che la componente reattiva (induttiva) dell'altoparlante, in un circuito equivalente dove parte resistiva e parte induttiva sono viste in parallelo, dovrebbe essere piuttosto alta rispetto a quella del filtro e dovrebbe quindi essere ininfluente. D'altra parte, se invece non lo fosse, vorrebbe dire che per ogni tipo di altoparlante che si volesse utilizzare, si dovrebbe dimensionare un filtro ad hoc...

[GaAsFET]

Su questo devo darti ragione, il mio discorso è più orientato al campo dell'Hi-Fi dove tutto (dalla qualità dei cavi e dei connettori al dimensionamento dei filtri) ha un certo peso.

Inoltre la mia (magra) esperienza non è certamente confrontabile con la tua... Mi ha fatto davvero piacere questo scambio di opinioni su un tema poco trattato.

[BrunoValente]

Su questo devo darti ragione, il mio discorso è più orientato al campo dell'Hi-Fi dove tutto (dalla qualità dei cavi e dei connettori al dimensionamento dei filtri) ha un certo peso.

Be', quella dei cavi e dei connettori però, lasciamelo dire, è solo una leggenda metropolitana: non contribuiscono affatto alla qualità...a meno che non siano tanto malandati da fare falsi contatti.

[TardoFreak]

... se nel segnale dovesse esserci una componente armonica proprio a quella frequenza e se le casse non fossero collegate, sarebbe un guaio perché a quella frequenza il filtro sarebbe, in quelle condizioni, un cortocircuito netto in uscita ...

Il segnale mandato all' amplificatore passa prima da un filtro di quarto ordine con frequenza di taglio a 16 kHz.
Quindi il problema non dovrebbe presentarsi.
Inoltre il circuito stampato è un 4 strati.
Prevederò piani di massa separati e collegati fra di loro in un solo punto che sarà anche il punto dove passeranno i segnali d' ingresso ed i due comandi digitali per il guadagno.