主標題: Tango LM3886 後級擴大機 - 測試與進度報告
副標題: 針對LM3886 SPiKe保護線路與最大輸出功率的討論 (相信這應該是中文網頁首次提出有圖有真相的現象討論)
(當然在設計上, 如何在極限測試時讓LM3886正常運作而不引發SPiKe, 相信我也已累積相當的經驗, 但設計的眉角就恕在下先不公開了) (SPiKe也不輕易引發, 如果只是正常負載與正常功率輸出, 還引發SPiKe, 那可以確定的是設計錯誤. 我只能說在LM3886輸出端串一個大大的水泥電阻不是一個高明的解法)
有一段時間沒有在Line的動態與部落格更新動態與發表文章了
這段期間沒有鬆懈, 雖然遇到了很多需要解決的問題, 但整體產品開發的進度應該有90%以上了. 敬請期待!!
上圖是為了前管後晶組合(真空管前級+晶體後級)所開發的後級電路板. 主要功率IC是LM3886. 這顆IC我玩了五六年, 之後市面上雖有其他更高功率的產品, 但我還是喜歡LM3886. 單邊(per channel)輸出功率68W, 用來當成中型系統, 絕對是游刃有餘. 音質表現更是讓人滿意.
這個案子委請還在線上正值職場巔峰的前同事Ken幫忙Layout, 基本上是first-cut working, 成品效果十分滿意, 合作過程溝通順暢, 在此對於老朋友的鼎力相助一併感謝!
還是老話一句, 再補的補品元件, 彌補不了線路或架構上的缺陷. 驗證產品的第一步在於確定線路的正確與測試結果合乎標準. 之後才是零件的選擇, 我自認不是狂熱的"發燒補品派", 但我對零件的規劃也算是高標準的, 最基本的要求是"名門正派"與"系出名門". 用料絕對算發燒級. 此篇文章是進度報告, 就先不詳談零件了.
有圖才有真相. 事涉設計的一些眉角, 所以恕無法詳談一些細節, 僅以真實數據與波形來簡單說明
1KHz Sine wave難度不高, 波形應該沒有爭議. :)
1KHz方波, 端端正正, 沒有over-shoot or under-shoot, 可見線路設計合理.
10KHz方波, Rising edge帶圓滑曲線是我事先規劃與期待的, 第一版調音效果算滿意, 人耳試聽與儀器驗證並行微調中 ....
在此提出一個問題讓有興趣的人思考, 也算是我這幾年來玩這顆IC的心得.
這是LM3886 datasheet的第一頁. 一如其他datashet的標準格式, 提到了Features & Description.
LM3886有個特殊的保護電路, 稱之為SPiKe, Self Peak Instantaneous Temperature ('Ke). 簡單來說, 就是在發生"過電壓", "過電流", 與"過高溫"時, LM3886的SPiKe保護線路會啟動, 以保護主元件.
麻煩的是, datasheet沒有提到SPiKe何時會啟動(電壓要多高, 電流要多大, 溫度要多高, 才會啟動)
根據我個人這幾年玩過好幾個版本LM3886產品的經驗, 我相信很多設計者都沒有考慮SPiKe保護電路的問題. (沒搞懂? 還是都沒測? 要讓LM3886發出聲音不難, 但波形正確嗎? 聲音正確嗎? 設計可以達到datasheet所提的標準嗎?)
簡單舉個例, 常有LM3886產品都直接沿用"單邊68W"這個廣告詞, 但這是有設計上的前提的. 最常發生的謬誤是用一顆小小的變壓器, 就號稱可以達到每邊68W的輸出. 基本上這是緣木求魚, 您可以類比一下, 今天BMW 535不算輕的車身, 裝的是3,500CC引擎, 才有0~100Km大約6秒的表現. 今天如果一個改裝者, 裝進BMW 535引擎室的是Smart的小引擎, 您相信這台535加速與極速還會一樣嗎?
最大的Trick與最簡單掩人耳目的作法是, 測試時"沒有接負載". 因為沒有負載, 所以變壓器沒有負擔, 不會產生"壓降". 舉例來說, 今天如果使用一顆瓦數非常小的24V-0-24V變壓器, 可產生+/-33V的雙電壓. 如果沒有接負載, 示波器上可以簡單看到20Vrms以上的放大波形. 會讓你誤以為可以產生20*20/8=50W的輸出功率.
但這是錯的, 因為"沒有接負載".
正常的情況是, 使用"不足瓦"(規格太小)的變壓器, 接上負載後, 因為電流供應不足, 而產生壓降. 這時, 您在LM3886的Vcc量到的就絕對不會是33V, 可能會降到20V. 如此您還會期待可以產生20Vrms以上(等同於50W)的輸出嗎?
有示波器的您, 功力應該不低, 您應該知道我說的是什麼. 接上負載, 看波形的Vpp或Vrms就知道.
只有三用電表的您, 把您的擴大機接上負載(高瓦數的8歐姆假負載), 量一下功率電晶體或IC的Vcc, 看與"空接"時的電壓值差別多大. 您就可以知道變壓器規格是否真材實料? 輸出功率是否真材實料?
不要再相信, 輕輕小小的一台LM3886擴大機可以產生幾十瓦的輸出功率了. (如果您是使用D類擴大機, 那當然是另當別論了)
以上影片就是SPiKe實際發生時的狀況, SPike被啟動時, 將輸出斷開. 以至於輸出斷斷續續.
如果我的文章, 只是想談談"足瓦"變壓器對輸出功率的重要性, 那就太"淺"了, 呵呵.
我自己搜尋過, 網路上討論LM3886 SPiKe的文章很少. 大部分的人應該都沒有把LM3886測到極限, 所以可能都沒有看過SPiKe觸發的狀態. Capture到SPiKe現象已是不簡單, 還要解決. 真的還有點難度. :)
如第一段所提, SPiKe是一種保護線路, 過電壓 / 過電流 / 過高溫 時會啟動. 啟動時就如以上影片, 輸出Open(輸出斷開, 即無輸出, 以保護LM3886本身)
這裡我就不說破了, 有興趣有技術背景的人應該看得懂.
(這張圖的精確度有點誤差, 譬如RL=8歐姆, Vcc=+/-35V時, 最大輸出功率於first page陳述的是50W. 但查以上圖形, 卻大約在60W) (最大讓人誤解的地方在於如果最大輸出功率是68W, 發生在RL=4歐姆時, 那負載線在68W以上應該標示為"虛線", 或"飽和"而曲線平緩, 不可能在比最高額定輸出還大的值, 還是成正比的輸出)
簡單來說, 如上圖右方, 在Vcc=+/-35V時(綠色線)， RL=8歐姆, 輸出功率是50W.
把綠色線往上延伸, 即藍色線的部分, 與RL=4歐姆的那條負載線是沒有辦法相交的. 如果是設計的理想狀態, (負載減半, 則電流double的狀態). 二條線相交的地方應該是100W (即輸出功率是100W)
但是LM3886在Vcc=+/-35V時, 對高阻抗負載(8歐姆)是OK的, 但如果面對阻抗減半(變為4歐姆), 其能力是無法將電流double, 讓輸出功率double的.
針對這種狀況, 有些保護線路是做"飽和", 也有些線路是做"切削", 而LM3886是做"輸出Open"
您如果有興趣, 可以冷靜思考一下我所要提的問題, 我所要說的不是"LM3886元件設計不良", 而是大部分的系統設計者, 為了對8歐姆喇叭有較高的功率輸出, 而拼命提高Vcc (Supply Voltage). 但可有考慮過, 當遇到低阻抗喇叭時是否會超出LM3886極限而啟動SPiKe保護線路而當機?
老話一句, 讓LM3886發出聲音不難, 重點是"系統規劃", "儀器實測驗證"與"極限測試" (音響則多了一道關卡, 基於以上三點的正確, 再人耳試聽微調)
音響是很奇妙的一個東西, 稍有經驗的人都知道"人耳不是儀器, 失真最低測試數據最漂亮的音響, 並不會最好聽" 我個人的哲學是"站在正確的理論與儀器測試基礎, 再以經驗根據元件與補償線路的特性, 微調出個人的聲音品位與走向"
完美測試數據的音響, 不會最好聽. 相對的, 完全沒有理論沒有測試數據, 光憑經驗與個人試聽來做音響, 也太過一廂情願. 我相信有絕對音感, 有聲學上的天才, 但畢竟是鳳毛麟角, 不可多得.
音響與人生一樣, 沒有那麼多"不出世的天才"與"美麗的錯誤", 可以隨興隨意設計就是"驚世之作"啦.
玩了二十年音響, 還是覺得"學海無涯"!!
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