O IRAUDAMP5 é um reference design da International Rectifier (www.irf.com) que demonstra como usar o IRS20923G um controlador e gate driver para amplificadores de áudio Classe D na elaboração de um projeto completo de meia ponte com 120 W de potência de saída. (2007)

O reference design permite implementar um amplificador completo, inclusive com a otimização da placa de circuito impresso, usando MOSFETs DirectfET do tipo IRF6643.

No circuito, os MOSFETs de potência não necessitam de dissipadores de calor pois operam com apenas 1/8 da potência nominal para a qual são especificados.

Dentre as aplicações sugeridas pela International Rectifier que dispõe de documentação completa no seu site temos:

* Receptores AV

* Sistemas de Home Theater

* Estéreos Mini Componentes

* Caixas Amplificadas

* Sub Woofers

* Amplificadores para instrumentos musicais

* Amplificadores para uso automotivo.

 

As principais características do amplificador que pode ser desenvolvido são:

* Potência 2 x 120 W

* Distorção harmônica total (THD + N): 1%, 1 kHz

* Ruído residual: 170 uV, IHF-A

* Distorção: 0,003% (THD+N) a 60 W em 4 Ω

* Eficiência: 96%, 120 W em 4 Ω

* Modulador PWM: alto-oscilante, topologia de meia ponte com opção de sincronização por clock.

 

Outras especificações:

* Tensão de alimentação: +/- 35 V

* Impedância de carga: 8-4 Ω

* Freqüência de auto-oscilação: 400 kHz

* Ganho fixado em 26 dB

* Faixa de tensões de alimentação: +/- 25 V a +/- 35 V

* Corrente de standby:+/- 100 mA

* Consumo sem sinal: 7 W

* Faixa dinâmica: 101 dB

* Separação entre canais: 90 dB (100 Hz)

* Resposta de freqüência: 20 Hz a 20 kHz

 

Na figura 1 temos as conexões típicas da placa de desenvolvimento fornecida pela International Rectifier para a implementação de um amplificador estéreo com dois canais de 120 W.

Observe a utilização de duas fontes simétricas, sendo uma para a etapa de potência e a outra para o circuito modulador. Também são usados dois resistores de potência para servir como carga fantasma para os testes de funcionamento. Esses resistores não podem ser indutivos.

 


 

 

Na figura 2 mostramos um gráfico com o desempenho dos dois canais, mostrando a distorção harmônica em função da potência.

 


 

 

A resposta de freqüência é mostrada no gráfico da figura 3.A curva mais alta (em azul) representa o desempenho com uma carga de 8 Ω. A outra curva e o desempenho para uma carga de 4 Ω.

 


 

 

Na figura 4 temos o diagrama simplificado de um dos canais do amplificador.

 


 

 

 

Por esse circuito podemos dar uma idéia geral de seu princípio de funcionamento. Nele, o amplificador de erro do IRS2092S forma um integrador de segunda ordem de entrada juntamente com C1, C21, C23 e R21. Esse integrador também recebe um sinal de realimentação retangular (vindo dos MOSFETs).

A forma de onda quadrática do chaveamento serve como um sinal portador a partir do qual o sinal de áudio é recuperado no alto-falante que serve como carga.

O sinal modulado é criado pelas flutuações do sinal analógico de entrada de áudio em R13, o qual modifica o valor médio do sinal retangular através de um circuito de ganho formado por R13, R31 e r33 de tal forma que o ciclo ativo varia de acordo com a intensidade instantânea do sinal de entrada.

R33 e C17 têm por finalidade imunizar a forma de onda retangular evitando a presença de picos estreitos de ruídos que possam ser criados pelas características indutivas da carga.

O integrador de entrada do IRS2092S processa o sinal de modo a criar um sinal retangular na saída COMP. O sinal triangular é então convertido para PWM que são alterados em intensidade internamente.

Esses sinais convertem-se em LO e HI conforme a saída de modo a excitar os transistores MOS de potência usados na saída. Dessa forma o IRS2092 pode excitar simultaneamente dois transistores de potência na configuração mostrada no diagrama.

No projeto é incluído um pequeno intervalo de tempo (tempo porto) entre a comutação para evitar que os dois transistores conduzam ao mesmo tempo. Um filtro LC de saída permite recuperar o sinal de áudio que vai ser aplicado ao alto-falante.

A freqüência de chaveamento é de 400 kHz. O circuito pode operar em freqüências mais baixas, mas componentes adicionais no filtro de saída serão necessários.

O circuito integrado é fornecido em invólucro SO16 e para o projeto completo são necessários poucos componentes externos.

 

Datasheet do IRAUDAMP5