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.
