Afstudeerwerken 2008-2009
Ontwerp van een Klasse-D audio vermogenversterker.
Probleemstelling:
Vermogenversterkers voor audiotoepassingen zijn traditioneel gebaseerd op een
eindtrap die werkt
in een soort klasse A/B regime. Het rendement van een dergelijke eindtrap is
inherent beperkt
en er wordt vrij veel gedissipeerd in de transistoren van de eindtrap. Dit
geeft allerlei koelingsproblemen,
wat ertoe leidt dat dergelijke versterkers toch nog altijd vrij volumineus
zijn.
Bij een zogenaamde klasse D versterker kan het rendement veel hoger zijn. De reden hiervoor is dat de vermogentransistoren nu als schakelaar gebruikt worden. Op deze manier staat er nooit veel spanning over de vermogentransistor wanneer er stroom door loopt zodat de dissipatie beperkt blijft. Op deze manier kan men een veel hoger rendement bereiken. Hierdoor krijgt men een compacter en goedkoper systeem.
Doordat de vermogentransistor nu aan- en uitgeschakeld wordt, krijgt men een soort blokgolf aan de uitgang. Door de sturing op een gepaste manier te moduleren kan men er echter voor zorgen dat de gemiddelde waarde van het uitgangssignaal gelijk is aan de gewenste uitgangsspanning. Achter deze klasse D eindtrap plaatst men dan een verliesloos LC-filter dat de schakelruis moet wegfilteren.
Doelstelling:
Op dit moment beginnnen klasse D versterkers voor audio door te breken.
Bij nagenoeg alle bestaande oplossingen is de de sturing gebaseerd op een
analoge regelkring rond de
vermogen-eindtrap. Tot nog toe zit het LC-filter niet in de regelkring omdat
dit stabiliteitsproblemen geeft.
Nochtans zou het voordelig zijn om dit LC-filter wel in de regelkring op te
nemen. Op die manier
kunnen niet-idealiteiten in de spoelen en de luidsprekers mee onderdrukt worden
door de kringwinst van de regelkring.
Recent onderzoek in de CAS-onderzoeksgroep heeft geleid tot een nieuwe sturing
die wel toelaat om het LC-filter
in de regelkring op te nemen. Hiervan werd reeds een prototype gerealiseerd op
bord-niveau. Het is nu de bedoeling
om een volledig geïntegreerd circuit (chip) te ontwerpen dat deze sturing
realiseert. Hierbij komen nagenoeg
alle aspecten van modern elektronisch ontwerp aan bod: zowel een systeemniveau
studie van de regeling als het
ontwerp van alle bouwblokken (opamps e.d.) en finaal een layout van de
volledige schakeling.
Studenten: Robrecht Bisschop en Laurent Cattoir
Promotoren: Prof. Pieter Rombouts, Prof. Ludo Weyten
Scriptiebegeleiders: Prof. Pieter Rombouts, ir. Pierre Woestyn