CONTROL AVANZADO
Introducción.
Se trata de un pequeño módulo que reúne las características necesarias para el control de los circuitos de un amplificador o preamplificador, y también para la protección de los altavoces/salidas. El módulo admite señales externas que desabiliten la salida de los altavoces/salidas.
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También se añade un fusible que protegerá al resto del aparato en caso de que algo esté mal.
SOFT START
Surge un problema cuando se enciende un amplificador. Se produce una gran demanda de corriente, ya que hay que cargar los condensadores, habitualmente la capacidad es grande y la resistencia del transformador (habitualmente toroidal) es muy baja. Se pueden producir demandas de más de 20A, lo que suponen 4400W de pico. Y más, incluso 10000W. Y cuanta más potencia tenga el transformador, mayor será esta demanda. Los mismos fabricantes advierten que es necesario usar un fusible de ruptura lenta para evitar que se funda ante esta gran demanda.
Es necesario usar un circuito de soft start, algo que limite la corriente en el encendido. Se puede hacer a base de una NTC de potencia, o un circuito de soft start propiamente dicho, que es lo que se usa aqui.
El soft start consiste en realizar la carga de los condensadores a través de una resistencia que limita la corriente, en serie con el primario. Cuando ya se ha producido la carga, se cortocircuita mediante un relé y el amplificador puede funcionar a plena potencia.
HABILITACIÓN DE LOS ALTAVOCES
Cuando se enciende o se apaga un amplificador también se generan ruidos causados por una polarización incorrecta de las etapas o por la carga y descarga de condensadores que determinan referencias de voltaje. La consecuencia es que se oyen "clicks" y "pops", o en casos peores, verdaderas oscilaciones de pico a pico a frecuencias audibles que pueden dañar los altavoces, o símplemente son desagradables de oir.
Éste circuito se encarga también de habilitar o deshabilitar un relé sólo cuando el amplificador esté funcionando correctamente. Para ello, hay que generar un retraso para evitar que se envíe señal cuando el soft start está actuando, ya qua el amplificador está limitado en potencia y puede recortar la onda, o se puede producir un click cuando se libera el relé. Para ello hay un retraso con una red RC de mayor duración que el del soft start.
Otro problema es cuando se apaga, ocurren los mismo fenómenos que en el encendido, por lo que en el momento que deje de circular corriente por el primario se debe interrumpir la señal a los atlavoces. Eso se hace con un sensor optoacoplado que capta la presencia de corriente en la red de 220V y envía una señal sin la cual no se habilita la salida.
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En lógica proposicional, la función es F=(corriente circulando)AND(Retraso superado), consigue que la señal se hablite unos 8-10 segundos despuésde encender pero que se apague a la par que el amplificador.
SEÑALES EXTERNAS
Se añade la posibilidad de que la salida de los altavoces sea desctivada por señales externas, un termostato, un sensor de corriente que limita la máxima carga de los altavoces, un sensor que capte si los fusibles funcionan correctamente...
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Esquema
Éste esquema se divide en los bloques básicos de funcionamiento. Consiste básicamente en implementar un comparador con un LM393 que compara una señal fija con una serie de redes RC, que cargan lentamente un condensador y sirven de temporizadores.
La alimentación interna está regulada mediante un zener y un trasistor darlington, por lo que permite un gran rango de valores de voltaje de entrada. Un condensador impide oscilaciones causadas por la alimentación. Ésta fuente está limitada en corriente para no sufrir los efectos de cargar el condensador de alimentación: circula una gran corriente y puede dañar el transistor, de ahí que sea necesaria la limitación.
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Los retrasos se implementa mediante una red RC estándar, que alimentan las entrada del comparador.
Funcionan de la siguiente manera: El comparador compara 1/2Vcc con el valor del condensador, en el momento que éste se va cargando y supera 1/2Vcc, varía su salida y realiza la función correspondiente.
El relé soporta conmutaciones de 10A y 220V con un factor de potencia razonable. Esto nos permite usarlo sin riesgos con amplificadores de hasta 1100W, aunque para potencias mayores de 400W es conveniente sustituir la resistencia de 5W por otra del mismo valor pero de 10 ó 15W. Suvalor puede variar entre 220 y 47 Ohm, dependiendo del consumo en reposo de la etapa y las necesidades de limitación.
La inhibición de la salida de los altavoces se hace mediante un sensor que capta la circulación de corriente por la red de 220VAC, y que se conecta a una red de descarga para el condensador. En el momento que no circula corriente, el transistor MOS está en conducción libre y descarga el condensador, y por lo tanto la salida está deshabilitada.
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El sensor se basa en un optoacoplador, un 4N25, correctamente ayudado por una rectificación y filtrado. Sin la rectificador, el LED interno del 4N25 es rompe por un exceso de voltaje en inversa, y sin el filtrado, el relé se enciende y se apaga con una frecuencia de 50Hz.
Los eventos externos también descargan el condensador a través de otro transistor MOS. Éste tipo de señales no deben ir referidas a tierra, deben ir optoacopladas o ser flotantes Se trata de producir un contocircuito entre esos terminales, si se prueba cotocircuitar sin más, con un destornillador esos terminales se verá que se inicia el ciclo de protección de los altavoces.
El relé del soft start va acoplado al comparador por medio de su salida en colector abierto. Por último, los relés que controlan la salida de los altavoces van acoplados mediante un transistor, con su diodo en antiparalelo para evitar los picos de voltaje que inducen. En esta circunstancia, la bobina de relé se comporta como una bujía, tienen una energía almacenada como campo magnético y se debe liberar de alguna forma (corriente) creando serios picos de voltaje cuando se deja en circuito abierto (V=R·I). En este caso no hay ruptura dieléctrica del aire y no hay chispa como en la bujía, pero para eso hay que añadir el diodo en antiparalelo, la corriente circulará por él.
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Características
La alimentación acepta voltajes entre 24 y 80V, cuanto menos voltaje , menos potencia consumirá, y menos se calentará el transistor de regulación del voltaje interno. Recuerde que puede ser necesario usar un radiador para el transistor.
Su consumo de corriente es de 5mA (más el consumo de los relés). y el tiempo de retardo es de aproximadamente 7-8 segundos, aunque se puede variar aumentando o disminuyendo el valor de C1 entre 47 o 220µF. En todo caso, es necesario recordar que debe ser mayor el de salida de los altavoces que el del soft start, para evitar reproducir el pico EMI causado por la activación del relé y la súbita adición de unos pocos voltios a la alimentación.
A la derecha se vé el esquema de conexiones. Existen dos de alimentación, tres de 220V AC para el sensado de corriente y el soft start, las conexiones que alimentan los relés de salida, y las entradas de eventos externos.
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Los relés se alimentan en serie, pero se pueden usar en paralelo dependiendo de las restricciones del diseño. Deben elegirse relés del mayor voltaje de control posible, para producir un consumo de corriente también lo menor posible. Esta configuración permitirá una gran flexibilidad, y si es necesario se pueden usar resistencias para adaptar el voltaje al valor necesario.
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También puede emplearse un sólo relé de dos circuitos, en ese caso debe cortocircuitarse uno de los pares de pines. El motivo de usar dos es que en todos mis diseños uso un relé de protección de la salida por cada etapa.
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PCBs
Éstas son las PCBs. Y estos los componentes. Debe observarse que se emplean componentes SMD y los intergados LM393 y 4N25 van montado en superficie y es necesario soldar los compontentes que hay debajo y al otro lado primero, si no, tocará dessoldar.
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