Внешняя схема обнаружения перегрузки добавляет полезную функцию в некоторые микросхемы усилителей класса D.
Обнаружение перегрузки это удобная функция усилителей класса AB. Она формирует сигнал на выводе перегрузки, который управляет автоматической регулировкой громкости, уменьшающей нелинейные и гармонические искажения, когда усилитель перегружен.
Усилители класса АВ, такие как TDA7293, TDA7396, STA7360, и STA540 компании STMicroelectronics, TA8275 и TB29xx компании Toshiba имеют встроенные схемы обнаружения перегрузки. Более современные автомобильные усилители класса D, такие как четырехканальный усилители TDA7454 компании STMicroelectronics и TAS5414/5424 компании Texas Instruments, имеют встроенную схему обнаружения перегрузки, но эти микросхемы имеют один вывод сигнала перегрузки, на который сигналы перегрузки с каждого из четырех каналов объединяются по функции логического ИЛИ. Другие усилители класса D лишены этой функции вовсе, но вы можете ее реализовать с помощью внешних компонентов.
Усилитель класса D с аналоговым входом состоит из логики ШИМ (широтно-импульсного модулятора), схем управления затвором и выходного каскада. Логика ШИМ преобразует входной аналоговый сигнал в ШИМ сигнал. Выходной каскад и драйверы затвора преобразуют маломощный ШИМ сигнал в высоковольтную, сильноточную ШИМ последовательность. Мостовой усилитель (BTL) обычно имеет две цепи управления затвором и два выходных каскада, которые управляются общим ШИМ сигналом. Сигнал напрямую поступает на одну схему управления затвором и в противофазе на другую. Теоретически, мостовой усилитель может обеспечить в четыре раза большую мощность на одинаковой нагрузке по сравнению с обычным усилителем.
На (рис.1) приведена реализация внешней схемы обнаружения перегрузки для микросхемы мостового усилителя класса D. Размах напряжения на каждом выходе симметричен и находится в диапазоне от падения напряжения на открытом MOSFET транзисторе Q6 до общего напряжения коллектора,VCC, минус падение напряжения на открытом MOSFET транзисторе Q3. Когда выходное напряжение достигнет заданного порога, транзистор Q1 выключится. Номиналы компонентов R1, R2, и R3 а так же падение напряжения на диодах D1 … D4 определяет этот порог, который равен 0.5 В относительно земляного потенциала, PGND, при приведенных номиналах компонентов. Импульсы напряжения положительной полярности появляются на коллекторе транзистора Q1 всякий раз, когда величина выходного напряжения ниже установленного порога по отношению к земле. Эти импульсы предупреждают микроконтроллер о наличии перегрузки (рис.2). Конденсатор C1 подавляет импульсную и высокочастотную составляющую аудио сигала.
В простейшем случае выполняется фильтрация и интегрирование этих импульсов для дальнейшего автоматического снижения и восстановления уровня громкости с помощью управляемой микроконтроллером установки громкости с целью нейтрализации искажений при перегрузке. Использованный пиковый детектор, состоящий из Q2, R5, и C2, обеспечивает сохранение коротких импульсов индикации перегрузки в течение более длительного времени. Вы можете добавить в схему светодиод для визуального контроля наличия перегрузки.
