Class D Tutorial Part 2:
UcD Amplifier untuk Pro Audio
Ver. 1 by [email protected], September 2017
1. Sejarah awal UcD Amplifier
Amplifier Class D UcD topologi dipopulerkan oleh Bruno Putzeys pada tahun 2003 sewaktu masih bekerja sebagai engineer di Philips berupa sebuah demonstration board all discrete UcD Amplifier 200W pada 4 ohm.
Pada saat itu Class D hanya dikenal sebagai amplifier dengan spesialisasi sebagai subwoofer saja karena dikenal kurang bagus untuk reproduksi frekuensi full range dan hanya bagus di frekuensi rendah dan hanya memiliki keuntungan di efisiensi yang tinggi. Prototype ini membuktikan bahwa Class D amplifier bisa menghasilkan output dengan kejernihan tinggi.
Bersama Jan-Peter van Amerongen di Hypex, Bruno Putzeys mengembangkan UcD amplifier menjadi pelopor dan referensi untuk UcD Class D Amplifier. Produknya masuk kalangan Hi Fi dan Audiophile dan dijual sebagai OEM kit maupun retail dan sudah digunakan di berbagai produk produk hi end dunia. Produk paling mutakhir adalah Hypex Ncore yang banyak mendapatkan review sebagai the most linear amplifier.
Gambar 1. Skema Philips UcD UM10155, 200W 4 ohm
Gambar 2. Evaluation Board Philips UcD UM10155, 200W 4 ohm
2. Topologi UcD versus Non UcD
Tulisan ini tidak akan membahas dasar cara kerja dari amplifier Class D karena sudah pernah dibahas di Class D Tutorial Part 1. Pembahasan kali ini akan ditekankan khusus tentang cara kerja topologi UcD Amplifier ini sendiri. Sebagai awal, kita bahas perbedaan antara UcD dan Non UcD atau topologi yang diaplikasikan seperti pada D900 dan sejenisnya.
Topologi Non UcD bisa dilihat seperti Gambar 3. Feedback diambil dari sebelum inductor. Dengan demikian Induktor dan LPF termasuk speaker secara keseluruhan berada di luar control loop feedback.
Gambar 3. Topologi Non UcD Amplifier
Kelebihan dari topologi ini adalah karena feedback loop diambil dari output switching sebelum inductor, dan bekerja pada tegangan switching yang tinggi maka topologi ini sangat stabil dan tahan terhadap gangguan dari luar.
Kelemahannya adalah karena induktor, kapasitor LPF dan speaker tidak berada di dalam loop feedback, maka amplifier harus dioptimalkan pada beban yang dikehendaki. Demikian juga induktor, kapasitor LPF juga harus disesuaikan mengikuti daya amplifier sekaligus beban agar hasilnya optimal.
Topologi UcD Class D amplifier secara sederhana adalah seperti pada Gambar 4. Bisa dilihat bahwa feedback diambil setelah inductor. Demikian juga untuk R dan C feedback terpisah untuk sonic feedback (Rf) dan switching (Clead dan Rlead). Dengan demikian Induktor dan LPF termasuk speaker secara keseluruhan masuk dalam control loop feedback.
Gambar 4. Topologi UcD Amplifier
Kelebihan dari topologi ini adalah karena feedback loop diambil dari output audio setelah LPF maka sensitifitas amplifier terhadap jenis beban sangat rendah jadi tidak tergantung jenis dan besar beban. Feedback juga lebih akurat sehingga secara keseluruhan kinerja feedback lebih baik.
Kelemahan dari topologi ini adalah feedback loop bekerja pada tegangan ripple yang rendah untuk membangkitkan switching pada comparator, sehingga terkadang ada interferensi antar channel. Bila ini terjadi maka akan keluar suara seperti nyamuk. Kelemahan ini bisa diatasi dengan mensinkronkan kecepatan switching pada kedua channel, namun cukup sulit. Alternatifnya adalah justru membuat selisih kecepatan switching kedua channel minimal 20kHz hingga kedua frekuensi switching tidak saling meresonansi.
3. Skema Dasar UcD Amplifier untuk Pro Audio
Karena permintaan amplifier untuk Pro Audio sangat tinggi maka direalisasikanlah topologi UcD ini dalam bentuk amplifier Pro Audio. Tantangan dari realisasi amplifier ini adalah mengembangkan design dari aslinya yang hanya 200W 4 ohm menjadi rated power lebih kurang 1000W 8 ohm / 2000W 4-ohm half bridge.
Perkembangan selanjutnya dinaikkan lagi outputnya dengan design fullbridge, 1500W 8 ohm / 3000W 4 ohm untuk low/sub. Dengan output sebesar itu maka UcD Amplifier sudah bisa memenuhi kebutuhan live musik, baik fullrange, mid, high, low dan subwoofer.
Yang akan kita bahas adalah tutorial UcD Xlite v.3, versi UcD Pro Audio yang paling sederhana, yaitu tidak dilengkapi dengan Overcurrent dan DC failure protection. Untuk memenuhi kekurangan ini maka dalam pemasangan UcD Xlite wajib ditambah eksternal DC Failure protection dan supply harus ditambahkan fuse.
Seperti pada skema terlampir, dari skema dasar Philips UcD UM10155, disain dikembangkan agar amplifier bisa dipergunakan untuk kalangan Pro Audio. Diantaranya adalah selain agar dapat menghasilkan output yang cukup besar juga bagian input ditambahkan balanced input agar kompatibel dengan peralatan input output sinyal audio aksesories. Lalu daya mosfet diperbesar dan demikian juga gate driver. Dan ditambahkan snubber agar amplifier handal dan tahan terhadap kondisi lapangan yang penuh dinamika dan pembebanan tinggi yang kontinyu (heavy duty).
3.1 Input Stage
Bagian awal UcD Xlite Amplifier adalah Input Stage yang berfungsi sebagai input buffer. Untuk bagian input dipilihlah dual Op Amp differential agar bebas dari ground reference. Model ini dikenal dengan Op Amp instrumentasi. Input dan output adalah fully differential. Karena tidak menggunakan ground sebagai signal path maka lebih akurat dan bebas dari hum.
Gambar 5. Input Stage UcD XLite ver.3
Seperti pada Gambar 5, input stage ini menggunakan dual Op Amp U1, U2. Type yang cocok adalah semua type dual Op Amp seperti TL072, TL082, JRC4558, LM4562 dan lain lain. Op Amp ini medapatkan supply dari supply utama melalui shunt resistor 10K 5W, dan diregulasi dengan Zener 12 Volt 1W. Supply Op Amp harus dijaga kesimetrisannya agar outputnya imbang antara Out+ dan Out-.
Input masuk menggunakan standard tegangan 0.77V sampai dengan 1.5 Volt. Gain dari input stage ini diatur melalui R24, R25, R30 yang untuk mempermudahkan perhitungan dibuat sama nilainya yaitu 4K7, berbanding R28, R29 yaitu 15K/4.7K = 3.2x. Karena Class D mempunyai gain yang rendah maka sebelum masuk ke amplfikasi class D stage, tegangan butuh cukup tinggi sehingga mudah dilakukan pencacahan melalui komparator.
Impedansi input adalah 4K7 x 2 = 9.4K. Volume potensio dipasang di In+ ke In- tanpa ground tersambung. Oleh sebab itu bila ada satu input yang putus maka volume tidak berfungsi dengan baik. Nilai tahanan potensio adalah 10-20K.
Gambar di bawah memperlihatkan input dan output dari UcD Xlite input stage. Dengan input 1Vpp output differential maka outputnya adalah 10 Volt. Nilai ini sebenarnya dipersiapkan untuk tegangan main supply amplifier sampai dengan 125 Vdc. Bila tegangan supply hanya 90Vdc bisa dipasang R28/R29 cukup 10K atau 15K agar dapat sensitifitas input yang dikehendaki.
Gambar 6. Tegangan input dan output dari Input Stage UcD XLite ver.3
3.2 Comparator Stage
Output dari Input stage ini lalu diumpankan ke Comparator Stage. Dari mulai komparator sampai power stage, semua menggunakan “all discrete” alias bipolar atau FET saja, tidak ada integrated circuit. Tujuan pemilihan all discrete ini adalah agar leluasa melakukan setting dan optimalisasi. Dikarenakan skema UcD class D ini bekerja pada arus satuan milliampere maka perubahan nilai nilai resistor yang dikenakan pada setiap transistor dapat sangat mempengaruhi kinerja amplifier secara keseluruhan. Oleh sebab itu baik nilai maupun jenis resistor dan juga kapasitor kompensatornya sangat penting. Resistor yang terbaik dalam aplikasi ini adalah metal film dan kapasitor kompensator adalah keramik single layer.
Comparator Stage pada UcD Xlite Amplifier mirip sekali dengan Long Tailed Pair (LTP) pada Class AB input stage, tetapi output dari Comparator Stage ini bukan sinyal linear melainkan sudah sinyal switching. Desainnya menggunakan bipolar transistor yang difungsikan sebagai Operational Transconductance Amplifier (OTA), atau Omp Amp yang inputnya adalah tegangan namun outputnya adalah arus. Dari stage ini sampai mosget gate, amplifier bekerja pada mode arus. Keuntungan mode ini ada nilai arus minimum yang dibutuhkan sehingga walaupun ada interferensi dari luar selama tidak membangkitkan arus sebesar arus yang dibutuhkan untuk bekerja maka interferensi tidak mempengaruhi kinerja bagian ini. Sehingga sangat stabil.
Seperti terlihat pada Gambar 7, Komparator menggunakan sepasang LTP transistor 2N5401 yaitu Q17 dan Q18. LTP ini mendapat supply dari constant current source (CCS) Q19, Q20, sebesar 2.2mA. Sinyal audio dari Input Stage masuk melalui R2 dan R6. Rangkaian feedback audio bekerja simetris masuk basis Q17 dan Q18 melalui R17 dan R32.
Lalu feedback ripple untuk menghasilkan PWM melaui self-oscillation melalui R18, dan C4, serta R33 dan C21.
Sehingga C4 dan C21 dapat digunakan untuk mengatur kecepatan switching dari amplifier. Kapasitas yang kecil berarti kecepatan lebih tinggi dan sebaliknya, namun jika terlalu tinggi dapat menyebabkan amplifier gagal berosilasi, jadi harus dicari nilai yang optimal.
Q9 dan Q12, NPN 2N5551 berfungsi sebagai current mirror yang menjamin bahwa antar kaki-kaki LTP arusnya seimbang dan juga mengatur kecepatan OFF dari Q10 dan Q11. Sedangkan fungsi dari Q10 dan Q11 adalah untuk menghidupkan dan mematikan gate Mosfet dengan jalan menarik arus dari gate driver. Ketepatan ON dan OFF dari Q10 dan Q11 harus diatur dengan tepat agar kedua mosfet high-side dan low-side tidak ON secara bersamaan karena akan menyebabkan mosfet cross-conduction hingga menyebabkan mosfet terbakar, dan juga tidak terlalu lama jeda ON dan OFF antar mosfet atau istilahnya “dead time” agar tidak terjadi cacat clarity yang terlalu tinggi. Oleh sebab itu pengaturan jumlah tahanan seri antara R1 dan POT3 harus tepat.
Gambar 7. Comparator Stage
Tahanan seri antara R1 dan POT3 juga mempengaruhi kecepatan switching dari amplifier, dimana semakin besar semakin cepat kecepatan switching tetapi juga menyebabkan dead time yang lebih tinggi. Jadi, tahanan seri R1 dan POT3 harus diatur agar:
1. Dead time cukup hingga tidak menyebabkan cross-conduction mosfet.
2. Clarity terjaga.
3. Kecepatan switching terpenuhi agar clarity saat reproduksi suara high terpenuhi.
Jadi disini ada trade-off antara clarity, reliability, stability dan kecepatan switching yang optimal. Kecepatan switching yang tinggi walaupun bagus untuk suara high tetapi menyebabkan switching losses akibat berkurangnya duty cycle mosfet karena dead time hingga menjebabkan switching losses dan power output menjadi kehilangan tenaga yang ditandai output mudah clip sebelum waktunya. Pengaturan bagian ini bisa dipermudah dengan pemilihan mosfet yang baik yaitu mosfet cepat dan ringan.
Gambar 8. Sinyal pada Comparator Stage
Dari Gambar 8, diperlihatkan V[in-] yaitu campuran feedback dari output amplifier berupa ripple dengan tegangan dari IN- sehingga hasilnya berupa gelombang sinus ber-ripple. Sedang V[in+] adalah output sinus yang lebih linear. Kedua sinyal ini lalu dikomparasi oleh LTP, Q17 dan Q18. Sehingga kaki-kaki LTP menghasilkan arus. Arus inilah dipakai untuk mengaktifkan Q10 dan Q11 yang berfungsi mengaktifkan gate driver mosfet, dengan menarik arus sebesar 4mA secara bergantian anta high side dan low side yang ditunjukkan pada grafik I[R_pull_h1] dan I[R_pull_l1].
Pemilihan tipe transistor Q10 dan Q11 sangat krusial karena transistor ini pada high side mengalami stress tegangan paling tinggi dari seluruh bagian amplifier yaitu tegangan penuh supply plus ke minus ditambah tegangan boostrap 12 Volt dan harus bekerja sangat cepat dan presisi sangat tinggi. Jadi transistor tersebut sangat mempengaruhi kinerja amplifier secara keseluruhan dan pilihannya sangat terbatas. Setelah melalui serangkaian percobaan dan test lapangan, dipilihlah transistor terbaik untuk aplikasi ini adalah: 2SC3503, 2SC3790 yang bisa diaplikasikan untuk tegangan supply sampai 125Vdc. Untuk tegangan supply 90Vdc atau lebih rendah bisa menggunakan 2SC3788 dengan harga lebih murah.
Untuk mengatur DC offset dari output amplifier maka ditambahkan fitur DC Offset control terdiri dari regulated tegangan simetris dan trimpot untuk mengatur DC Offset agar mendekati nol. Fitur ini harus dipasang karena bila tidak terpasang maka dapat berakibat input reference voltage floating yang bisa menyebabkan DC offset pada amplifier output tidak terkontrol yang dapat menyebabkan pumping pada tegangan supply yang menyebabkan tegangan supply tidak simetris hingga menyebabkan elco overvoltage bahkan elco bisa meledak.
3.3 Power Stage
Power stage terdiri dari Mosfet beserta gate driver. Gate driver diperlukan untuk menyalakan dan mematikan mosfet secepat mungkin dengan jalan mengisi dan mengosongkan muatan gate dari mosfet. Baik mosfet high- side dan low-side masing-masing dikontrol oleh gate driver terpisah.
Gambar 9, charging gate driver mosfet low side M3, M4, diatur dengan menyalakan Q4 dengan jalan menarik arus dari basis Q4. Sedang untuk discharge gate dengan self-discharge dengan Q3 seketika saat Q4 arus basisnya dihentikan dengan tenaga dari muatan gate itu sendiri. Agar mampu menyalakan dan mematikan mosfet yang cukup besar maka ditambahkan totem-pole Q7 dan Q8.
Hal yang sama berlaku untuk high side mosfet M1, M2. D26 adalah LED indicator yang akan menyala bila bootstrap terisi. Artinya amplifier sudah berhasil start.
Nilai tahanan R14, R12 harus diatur agar ON dan OFF dari Q2, Q4 akurat demikian juga mosfet. Nilai yang terlalu kecil menyebabkan mosfet terlambat bahkan tidak bisa ON. Nilai terlalu besar menyebabkan mosfet terlambat OFF.
Gambar 9. Power Stage
Supply V3 merupakan 12 Volt supply yang reference nol tegangan di -Vss merupakan supply untuk gate driver.
Untuk supply high side gate driver dibuat bootstrap melalui D12 dan R37, dimana akan mengisi C20 dari supply V3 saat PWM sudah terbangkitkan. Untuk mengisi C20 saat sebelum PWM start maka dipasang R31, sehingga amplifier bisa cepat start. D12 harus dipilih yang memiliki nilai transient reverse recovery (TRR) maksimal 30ns agar tidak panas. Karena tugas diode ini sangat berat maka harus dipilih diode dengan spesifikasi tinggi.
C39, C40, wajib dipasang untuk mencegah mosfet osilasi saat switching karena arus yang besar. C10, R19 dan C28, R58 adalah switching snubber untuk mosfet agar stabil. R11 dan R46 sangat penting untuk mencegah mosfet ON dengan sendirinya saat sebelum starting karena floating voltage dari gate mosfet yang menyebabkan gate charging dari induksi hingga dapat menyebabkan mosfet ON kedua sisi dan akhirnya terbakar. Jadi R11 dan R46 akan mengosongkan gate mosfet saat mosfet tidak bekerja.
Mosfet harus dipilih dari jenis yang ringan dan cepat. Ringan disini artinya kapasitif gate dipilih yang paling kecil agar tempo pengisian dan pengosongan muatan bisa berkecepatan tinggi. Lalu cepat disini adalah cepat ON dan OFF. Untuk memudahkan kita mabil referensi adalah mosfet IRFP250N yang merupakan pilihan paling minimum untuk kualitas. Sehingga mosfet lainnya dapat mudah dibandingkan parameternya dengan IRFP250N. Jika parameternya lebih bagus maka hasilnya juga tentu akan lebih bagus. Kriteria minimum yang perlu dilihat dari data sheet adalah:
1. Rated continuous current (ID) pada 70C atau 100C 2. Breakdown Voltage (BR)DSS
3. Resistansi saat Mosfet ON penuh (RDSon) 4. Total Gate charging (Qg)
5. Delay ON (Ton + TDon) 6. Delay OFF (Toff + TDoff)
Rated Continuous Current (ID) mengikuti itungan umum watt output. Sedang breakdown voltage (BDV) minimal adalah tegangan plus ke minus. Gambar 10, memperlihatkan parameter IRFP250N.
Gambar 10. Mosfet Selection Guide
Gambar 11. Output Power Stage
Dari Gambar 11, diperlihatkan output dari Power Stage yaitu sinyal PWM atau gelombang switching yang termodulasi. Lebar dan sempitnya slope mengikuti penarikan arus gate Q2 dan Q4 yang diperlihatkan pada arus I[R_pull_h1] dan I[R_pull_l1]. Gelombang switching ini lalu dimasukkan ke dalam low pass filter atau LPF.
3.4 Low Pass Filter (LPF)
Gambar 12, diperlihatkan bagian akhir dari UcD Xlite Amplifier yaitu Low Pass Filter atau LPF stage. Gelombang Switching termodulasi dari Power Stage dirubah menjadi gelombang suara. Di dalam induktor L1 terjadi store and release energi mengikuti besar energi yang masuk dan dikeluarkan kembali. Jadi tidak semata-mata filterisasi melainkan ada energy converter dari gelombang PWM menjadi gelombang suara. Perbedaannya dengan bandpass filter biasa adalah filter biasa mefilter gelombang dengan menahan atau mem-bypass gelombang tertentu agar hanya frekuensi tertentu yang diteruskan tanpa merubah bentuk gelombang.
Karena induktor sebenarnya adalah energy converter maka harus dipilih dari jenis yang losses-nya rendah dan sesuai untuk energy converter pada frekuensi actual amplifier bekerja. Pemilihan induktor bisa dilihat dari Part 1, Class D Tutorial sebelumnya. Besar induktansi mengikuti kecepatan switching dari PWM.
D36, C1, C22 berfungsi untuk meredam ripple output sisa dari PWM. Ripple harus didesain tidak boleh kebih dari 3Vpp karena bila lebih dapat menyebabkan kerusakan speaker dan tweeter, terutama tweeter Piezo. Untuk UcD amplifier, kapasitor LPF lebih besar dari Non UcD Amplifier agar didapat ripple yang dikehendaki karena ripple ini justru dipakai untuk feedback untuk membangkitkan self-oscillation PWM.
Gambar 12. Low Pass Filter (LPF) Stage
C23 dan R35 adalah Zobel Network standar yang biasa ditemukan di ampli lain yang berfungsi untuk meredam tegangan induktif dari speaker. D13, D14, D15, D17, berfungsi untuk anti paralel, membuang daya yang berlawanan dengan daya supply, juga untuk membuang tegangan tegangan osilasi dari induktor dalam keadaan speaker tidak ada beban. R36 adalah dummy load agar tegangan output tetap stabil meski tidak ada speaker. Namun demikian R36 tidak boleh dibebani tanpa speaker terlalu lama karena akan panas dan kemungkinan juga bisa putus. Jadi bila tidak ada speaker sebaiknya volume ditutup.
Gambar 13. Low Pass Filter (LPF) Stage gelombang
Gambar 13, memperlihatkan gelombang PWM masuk dan keluar dari LFP berupa sinyal sinus yang mengandung ripple. Harap diingat, ripple ini tidak akan terdengar oleh telinga karena jauh diatas frekuensi suara. Jadi sebetulnya menapis ripple ini tujuannya bukan untuk memperbaiki clarity tetapi agar tidak merusak speaker dan mengotori jaringan dengan gelombang elektromagnetik liar (EMI).
4. Penambahan Fitur Proteksi dan Signalling
Untuk meningkatkan kehandalan dan keamanan operasi amplifier, terutama karena akan dipakai untuk Pro Audio, maka perlu dipasang berbagai fitur keamanan antara lain overcurrent, DC failure dan Signalling. Type ini dikenal dengan UcD XLina.
4.1 Overcurrent Protection
Fitur proteksi Overcurrent digunakan untuk menghidari kerusakan akibat hubung singkat dari kabel output amplifier. Saat terjadi hubung singkat pada output, maka amplifier akan mati secara otomatis.
Gambar 14. Fitur Overcurrent Protection
Seperti terlihat pada Gambar 14, untuk mematikan amplifier menjadi mode stand-by ialah dengan jalan memberi tegangan reverse bias pada Q20 dengan mengaktifkan Q34. Q34 akan aktif bila Q22 aktif dan menarik arus dari Q34. Q22 ini diaktifkan oleh IC 555, yang menerima trigger dan mengatur lamanya Overcurrent bekerja.
Resistor sensor arus, R59, R60, akan merasakan arus yang mengalir ke mosfet M1, M2, dan R61, R62 merasakan atus M3, M4. Saat terjadi hubung singkat output arus mosfet cukup tinggi sehingga timbul tegangan diantara resistor dan mengaktifkan Q23 dan Q24 sehingga men-trigger IC 555 untuk aktif dan outputnya bertegangan. Tegangan output ICC 555 lalu mengaktifkan Q22.
Anti-pop, dipasang untuk mencegah suara “dug” saat ampli dinyalakan dengan cara mengaktifkan IC 555 sesaat.
4.2 DC Failure Protection
DC Failure Protection wajib dipasang untuk melindungi speaker agar saat output amplifier keluar tegangan DC baik saat kesalahan operasi maupun ada mosfet yang tembus, sambungan ke speaker bisa diputus secara otomatis.
Gambar 15. DC Failure Protection
Seperti Gambar 15, Relay U4 menyambungkan speaker. Relay ini akan aktif bila C59 terisi sehingga Q31, Q32 aktif demikian juga Q30. Q33 adalah trigger untuk mengosongkan C59 dan akhirnya mematikan relay.
Tegangan DC dipantau oleh Q26 dan Q27. Saat kondisi normal tegangan AC di-by-pass oleh C55, C56. Saat terjadi output DC maka melalui diode bridge D27, D28, D29, D30, maka Q27 dan Q27 akan aktif dan mengalirkan tegangan untuk kemudian mengaktifkan Q33. Q33 akan mengosongkan C59 sehingga Q31 dan Q32, juga Q30 akan non aktif sehingga relay akan OFF dan memutus sambungan amplifier ke speaker.
4.3 Front Panel Signalling
Fitur front panel signaling dipergunakan untuk mengetahui status dari amplifier. Skemanya seperti pada Gambar 16, dimana signaling terdiri dari power ON, signal output dan Clip. Ketiga signal umumnya wajib ditambahkan di setiap amplifier.
Bagian penting dari fitur ini adalah clip indicator. Clip indicator penting karena bila kita tidak tahu bahwa amplifier dalam keadaan clip bila berlangsung kontinyu maka dapat menyebabkan amplifier rusak. LED D31 akan aktif bila tegangan output adalah:
Clip ON = VVDD – V(D34+D37+D38+D38)
Atau tegangan output kurang lebih 15V dibawah tegangan supply. Indikator ini artinya LED boleh saja menyala atau clip tetap harus sangat jarang. Bila clip terus menerus terjadi maka mosfet akan mengalami kondisi linear yang cukup lama hingga mengakibatkan mosfet terbakar. Bila pun tidak terbakar maka akan timbul suara “brek brekkk”.
Gambar 16. Front Panel Signalling
Indikator LED D32, adalah power ON yang menandakan +VSS bertegangan. D33 akan menyala bila output amplifier sudah keluar tegangan output dan men-trigger Q28 dan Q29.
Daftar Sumber:
https://www.hypex.nl/
https://assets.nexperia.com/documents/user-manual/UM10155.pdf
https://masteringelectronicsdesign.com/how-to-derive-the-instrumentation-amplifier-transfer-function/
https://www.hypex.nl/img/upload/doc/an_wp/WP_AES118BP_Simple_self- oscillating_class%20D_amplifier.pdf
Thanks for Contributor: Dian Arif Lufianto, for PCB Layout
LAMPIRAN-1
Skema UcD XLite Amplifier v.3
V1 80
80 V2 L1
22µ D1
1N4148 D2 1N4148 Input1
SINE(0 1 10K)
R2
4K7
R3 270
R6 4K7
100n C2
R7 47
R8
47 D3
1N4148
R10 680
IRFP250N M1
R11 4K7 Q1
2N5401C Q2 2N5401C R12 470
D4
BAT54
D5 1N4148
R13 680
Q3 2N5401C Q4 2N5401C R14 470
D6 BAT54 V3
12
Q5 2SA1020 Q6 2SC2655
Q7 2SA1020 Q8 2SC2655
R15
22
IRFP250N M2 R16
22
Q17 2N5401C
Q18 2N5401C Q19
2N5401C
Q20 2N5401C
R17 22K
R18 220 C4 220p
C5 470p C6 470p
100µ C9
D7
1N5819 D8
1N5819
R19 10 C10 220p
R20 680 R21 680 R22
10K
R23 10K D9
ZD12V 100µ C11 C12
100n
D10 ZD12V 100µ C13 C14 100n R24
4K7
R25 4K7 C15
22µ
R26 100K
C16
22p C18
22µ
R28 22K
R29
22K R30 4K7
C19 100n C20 100µ
D11
BZX84C12L R31
47K
D12
31GF6
V4 12
22K R32 220 R33
C21 220p
R34 4 D13
MUR460 D14
MUR460
D15
MUR460 D17
MUR460 C22 470n
C23 220n
R35 10 R36
1K5 R37
4.7
D18
MUR460 18p
C24 R41
220
R42 220
C25
220µ C26 100n
IRFP250N M3
R46 4K7 R48
22
IRFP250N M4 R49
22
D22 1N5819
D23
1N5819 R59
10 C28 220p 100n
C30 100µ
C31
D26
QTLP690C R63 4K7 R52
100K
R53 100K
C43 100n C44 100µ R1
220
R4 100 R5
100
Q9 2N5551C Q10 2SC3503CQ11
2SC3503C
Q12 2N5551C C7 18p
C8 18p D16
1N4148
D21
1N4148 R9
33K
100n C32
100µ C33
100n C34
100µ C35 C17
220p POT1
R=10k T=1
C3
22µ
C27 22µ NE5532
U1
NE5532 U2
R38 100K R39 100K
POT2 R=10k T=0.5 C37
100n
C38 100n
C1 470n C36 470n C39
470n
C40 470n 18p
C41
R43
4K7
R44 10K C45
220p
C46 220p
D19 ZD3.9V
D20
ZD3.9V
POT3 R=100 T=1 R27
47K
R40 47K
Output
++Suply
--Supply Pre-Filter
.tran 0 10s 0
UcD-XLite -- All Discrete Class D Amplifier v.3 Final
Kartino Surodipo, Dec 2016
BIAS SUPPLY 12VDC FLOATING
MICROMETAL 2xT157 40 TURNS
ARNOLD 2x MS157060 16 TURNS
5W 400V
5W IRFB4227
IRFB4227 2W
IRFB4227 IRFB4227
400V SIM ONLY!
BOOTSTRAP ON 5W
5W
1W
-1/2W -1/2W
-1/2W -1/2W
160V 160V 160V 160V
160V 160V 160V 160V VOLUME
NP
NP
NP
NP
DC OFFSET 25V
25V XLR-2
XLR-3 XLR-1
CONNECT PIN 3 TO PIN 1 (J1) FOR UNBALANCED INPUT
400V 400V
SPEAKER HIGH SIDE GATE DRIVER
LOW SIDE GATE DRIVER COMPARATOR
STAGE
LPF STAGE BALANCED INPUT
STAGE XLR INPUT
SWITCHING POWER STAGE
400V 400V
FUSE 15A
FUSE 15A REMOVE J1
FOR UNBALANCED
-J2 J1
50V
DEAD TIME PWM SPEED
--- C:\Users\212520892\Documents\From D\Hypex\UcD-XLite-V.3-Final.asc ---
LAMPIRAN-2
Skema UcD XLite Amplifier v.4 full version
D1 1N4148
D2 1N4148 Input1
SINE(0 1 1K) Rser=5K
R2 2K2
R3 270
R6 2K2
100n C2
R7 47
R8 47
D3 1N4148
R10 680
IRFP4242 M1 R11
4K7 Q1 2N5401C Q2 2N5401C R12 470
D4
1N4148
D5 1N4148
R13 680
Q3 2N5401C Q4 2N5401C R14 470
D6 1N4148
V3 12 Rser=1
Q5 2SA1020 Q6 2SC2655
Q7 2SA1020 Q8 2SC2655
R15 15 Q17
2N5401C Q18 2N5401C Q19 2N5401C
Q20 2N5401C
R17 22K
R18 220 C4 220p
C5 470p C6 470p
100µ C9
D7 1N5819
R20 1K R21 1k R24
4K7
R25 4K7 C15
10µ 100KR26
C16
22p C18
10µ
R28 22K
R29 22K R30 4K7
C19 100n C20 100µ
D11 ZD12V D12
31GF6 22K
R32 220 R33
C21 220p
R37 4.7
D18 MUR460 18p
C25 C24 220µ C26 100n
IRFP4242 M3 R46 4K7 R48 15
D22 1N5819 D26
QTLP690C R63 4K7
C43 100n C44 100µ R1
220 R4 100 R5
100
Q9 2N5551C Q10 2SC3503CQ11
2SC3503C
Q12 2N5551C
100n C32 100µ
C33 C17
220p POT1 R=10k T=1
C3 10µ
C27 10µ NE5532
U1
NE5532 U2
R38 100K R39 100K
18p C41
R43 4K7
D19
1N4148 D20
1N4148
Q22 MJE340C R27 47K R31 33K
R36 33K
POT2 R=10k T=0.5 C10 100n
C11 100n R41 4K7
R42 33K R51 10K D9
ZD12V 100µ C12 C13 100n
R52 220
R53 10K D13
ZD12V 100µ C29 100n C37 R54 220
V1 100 Rser=0.5
100 V2 Rser=0.5 L1
22µ R34 10 C1 220p
D15
MUR460 D16
MUR460
D17
MUR460 D21
MUR460 C22 470n C23 220n
R56 10 R57
3K3
R58 10 C36 220p
C39 470n C40 470n C47
1µ 0.1 R60
R62 0.1
R64 68K R65 1K2 R66 680
R67 1K2
Q23 2N5551C R68 680 D24 1N4148 R69 47K
R70 68K Q24 2N5401C
Q25 2N5401C 100n
C48 100µ
C49
0.1 R59
R61 0.1
100n C50 100µ
C51
GND
TRIG
OUT
RST CV THRS DIS Vcc
U3
NE555 D25
QTLP690C R71 3K3
100µ C52 R72 10K
C53 10n
R73 2K2
R74 4K7
D27 1N4148
D28 1N4148 R75 15K
R76 68K
Q26 2N5551C
Q27 2N5401C D29
1N4148 D30 1N4148 C55
100µ C56 100µ
D31 QTLP690C
D32 QTLP690C
QTLP690CD33 R78 20K D34
ZD12V
Q28 2N5551C
R79
10K Q29 2N5551C
D35 1N4148 R80 15K
D36
ZD5V 47µ C57
D37 1N4148
R81
15K R82
4K7
R83 4K7
D38 1N4148 D39 1N4148
R85 68K
LS1 4
..\sym\EXTRA\Relays\relay.lib U4
R88 6K8
R35 4K7
Q30 BD139C Q31 2N5551C R77 330K R86 22
D40 1N4148 R87 4K7 D41
QTLP690C D42
QTLP690C R89 4K7 R90 4K7 R91 4K7
Q32 2N5551C
R92 330K 100µ C59 Q33 2N5551C
D43 1N4148 R84 4K7
R93
4K7 R94 4K7 C58
220p
C60 220p
R95 47K
R96 47K
Q34 2N5401C R19 4K7
R97 22K
C7 22p
C8 22p
Q13 2N5551C R9 4K7
100µ C14
R16 4K7 C28
100n POT3
R=100 T=1
R22 3K3 D8
ZD3.9V
D10
ZD3.9V Output
++Suply
--Supply Pre-Filter
SHUT-DOWN 12V_FLOATING .tran 0 1s 250us
UcD-XLITE v.4 -- UcD Discrete Class D Amplifier
Kartino Surodipo, Sept 2017
BIAS SUPPLY 12VDC FLOATING BOOTSTRAP ON 1W
-1/2W
-1/2W 160V 160V
160V 160V VOLUME
NP
NP
NP
NP XLR-2
XLR-3 XLR-1
CONNECT PIN 3 TO PIN 1 (J1) FOR UNBALANCED INPUT
HIGH SIDE GATE DRIVER
LOW SIDE GATE DRIVER
COMPARATOR STAGE XLR INPUT
SWITCHING POWER STAGE REMOVE J1
FOR UNBALANCED -J2 J1
DC OFFSET
2W 5W 25V
5W 25V
BALANCED INPUT STAGE
MICROMETAL 2xT157 40 TURNS
ARNOLD 2x MS157060 16 TURNS
5W 400V
5W 400V 400V 400V
LPF STAGE
FUSE 20A
FUSE 20A 400V
5W 160V
160V
OCP ON
CLIP
POWER ON
SIGNAL
FRONT PANEL SIGNALLING 2W
16V
DC FAULT DETECTION
LOUD SPEAKER
PROTECT OFF ACTIVE
PROTECT ON
ANTI-POP DEAD TIME
PWM-CONTROL
5W
