干货 多并高压UHC MOS准互补正温功放 (2N3859+UHC MOS）

univers

原于此贴。。。。。。http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... tra=page%3D1&page=1
什么叫UHC呢 (Ultra High Current)超大电流

UHC MOS正温场管有近似胆机的柔美，又有超强的控制力，一个MOS顶你3个BJT！！！可谓柔钢并肩。。实际何止顶你三个呢，大点的可以一个顶你6个。。缺点嘛也有，难就是难在不好控制，设计难度那个大。。。。
高压供电可以更好的压制喇叭的反电动势，增强喇叭的电流，扩展动态，以达到对喇叭的控制力，放出来的音质是温柔，抒情，活灵活现.....省略几百字，怕一下毒倒一大片，躺下起不来了。
独乐乐，不如众乐乐，出发点是业余DIY精神，(以防脑呆。。)这次的设计会注入一些新鲜的血液，我会把我的设计理念和过程一一与大家分享。。。。。让大家都懂，都会。。从中学到更多的知识。。。乐在其中。。老弟才蔬识浅，欢迎老烧、老雀们提供保宝的意见和丰富经验，老弟先在此膜拜了！！！

univers

音响是从小玩到大的爱好。。。。工作很忙，有时忙的晕了。这款多并高压版计划有空就慢慢搞，不能急哦，DIY开发过程中会经历几次打样和修改过程。。。。
下面就开始我们漫长的设计之旅。。。。。。。

这个版本呢可以安装多种UHC MOS管管，而不是单单一种，比如IRFP240、260、IXFB德国鬼子的管、碳化硅、等等！！！想玩那一种管的话，只要更换一个芯片即可，也就是CPU,而程序代码是针对不同型号的管子编写的。
正温管其实就是一匹野马，即然是多并且高压供电，一定要特殊手段 才能玩好正温MOS这匹野马。

为何要高压供电呢，我认为高压是在35V以上-100V伏之间。很多烧友喜欢高压供电，原因是高压供电乐性好，听感无压抑，我本人亲身体会过，同一功放在+-25伏供时电，听感很压抑，变扭，音乐中缺少东西，当把供电改到35V以上时，高音甜，中音准，低频劲，声场宽，透明，弹性和力道非低压能比，高低压对喇叭的控制力完全是两回事。很明显电压升高了功放对喇叭的控制力变好了，说到控制力，那就是电流。。电流 ，，你听的没错就是电流。

那为何要多并呢，你们有没有试过，用小管，比如中功率管，或厚膜之类的推肖微大吃点的喇叭，那出来的声音就是蟋蟀叫。。。更不要说喂饱，出厚声了。。。。条件1是：先说能不能喂饱，条件2：再说能不能出好声，如果喂不饱，那就不要再说好不好声。（那反过来说，电源供电一定要做扎实了，供电不扎实一切免谈。）

那未级多并MOS可以解决很多问题滴，我个人认为，有两大点，第一多并可以大大增加功率，降低每管的功耗，也降低了MOS雪蹦的风险，第二加大对喇叭的阻尼，可以牢牢的抓住喇叭（刹车，不拖泥带水），降低失真。唯一的就是业余配管难点，成本高了几倍。

MOS配不配的部题，有烧友说没配对声音不好。我的理解是这样的，MOS管是有开记电压的，一般的工业管开启电压在3.5V-4.5V左右，在这个电压时管子进入60-80毫安。如果一个管进入了开启状态，另一个管还没开启，那工作时，开启了的那个管可能累个半死，另一个管就是闲的半死，每管近量一至才对，这样更接近理想状态，每管平衡才能出好声。

univers

玩UHC MOS的注意事项。

老烧玩功率级爆管是很正常的事情，少的就几十对，搞开发的没爆个上百对，不蒜是搞开发的了。没爆过管等于没玩过功放，况且还是难伺候的正温MOS呢，经验是烧出来的，都是要教学费的，把经验分享给大家，让大家少走弯路！

MOS管是压控器件,不吃电流的，而BJT是吃电流的，她需要电流才能放大信号。那MOS管信号到来时，她的电流是剧增的，当电流剧增时晶圆会升温，电流剧增瞬间耗散功率超标的话，那就会引发失控爆管，爆管的同时很容易把驱动级连路带上。

MOS管工作时，晶圆的温度是散热片温度的2.5倍左右，如果散热片工作到烫手，比如70度，那MOS管晶圆温度就是175度了，那么高的温度MOS管会失控崩溃，之后会引发雪蹦爆管。

这个问题可以在功放的+-两端各串一个12V 30W-50W的灯泡，你开大音量，放几首歌，当散热片的温度热到烫手时，两个灯泡开始慢慢变红，静太电流变大，之后在十来秒左右，管子的静态电流增到失控状态，之后发生的事情你懂了。。。而当你用风强制制冷时，怎么开音量，怎么操都不会有问题，所以温度是导至MOS失控的根源,这也是这MOS管天生物理问题，（对于温度，碳化硅MOS可以更耐高温。）


总结以上两点，1：MOS功放不允许用手乱碰乱测输入端，要碰在测要先断开电源。2：MOS不允许高温工作，高温会导至晶圆失控，引发爆管。（不过所有电子产品都怕温度的）

MOS爆管的问题也就是一点,晶圆功耗超标了。而超标分为两点，过热和过流。所以我们要在管子过热和过流之前，提前将她关闭，这样就可以达到保护的目地。

那这次的设计会在原来的基础下完善全功能保护电路，杜绝工作中MOS因过热发生雪蹦爆管的问题，再加上一些其它的亮点！

架构会加入MCU控制，MCU控制这些功能会变的So Easily。。。。。。功能变的强大，调机变的简单,傻瓜化。

univers

新增的功能如下：

1：内部架构依然是全直耦方式，没有落地反馈电容，但会在功放的输入端增加一个输入电容。这也是很多烧友要求的。为什么要加这个电容呢，因为信号源大多是有直流成份的，1毫伏，2、3毫伏也是直流，功放是不充许有直流成分进去的，存在风险。（这个也是没办法，我本人是很讨厌这个电容，这个电容位置可以预留烧货们安装进口丝膜、或快晴电容）

2：增加温度保护电路。这个温保电路定在50度-70度之间，当散热片温度过高时，关闭功放各级静态电流。这个功能由MCU编程来实现，当温度超标时，关闭一级差分和功率级的静态电流。

3：增加风冷驱动电路。这个功能由编程来实现，是高效率的PWM控制。 实现无级调速，就象现在电脑CUP风扇那样，在低温度时风扇驱动为三分之一风速驱动，当温度上升时，风扇也慢慢变快，当温度快到级限是，风速控制到全速的三分之二左右。可能很多人会问到风扇的噪音，静音的120*38风扇马家大把，别纠结。

4：增加喇叭保护，这个喇叭保护是由继电器加大电流双向可控硅混合组成的电路，继电器是采用恒压驱动，也是MCU输出的高稳定高效率的PWM提供。开机时CPU先打开双向可控硅，过10毫秒(十分之一秒)后再闭合继电器。关闭的话是先关掉继电器，之后CPU再关掉双向可控硅，这样功作继电器就不会打火了，两种器件都可以续流，这样工作10年也不会担心继电器坏掉。这样也省去很多麻烦，也不要多余的变压器绕组了，喇叭保护供电是直接驳接功放主电源。

5：增加过流保护功能，改进MOS容易爆管的问题。这个过流保护是检测功放+-电源的峰值电流，程序每秒可扫描80万次，你没听错是每秒扫描800 000次，当电流超过上限数值时（可编程），可在微秒级内关断功放各级电流。达到保护的目地。

    1s   秒=1000ms毫秒
    1ms毫秒=1000us微秒
    1us微秒=1000ns纳秒
    1ns纳秒=1000ps皮秒

电流的参数值由编程来实现，比如瞬间电流10A 20A 30A 40A 50A 80A。。。任君选择。打个比方，如果程序设定峰值电流为30A的话，10并MOS每管只流出3A而已,每管的压力是很小的，也就是在安全范围之内，当电流总和超标的话，CPU会瞬间关断各级电流,进入保护状态。在实际应用中如果总电流和 流出30A那功率不得了，20A都可以推倒任何单元，何况上到30-50A.

6：增加一个独立的开机大水塘延时功能端口，由编程来实现，这个功能不会用传统的继电器，会用高压光耦隔离，再驱动大电流的可控硅，比如40A的 60A的。优点多多，体积小，成本低，无触点，大电流，而且还可以去掉0.7V市面上的电直流电压哦。延时时间由编程实现，时间定在3-8秒之间。这个延时的板子会做成一个独立的小板，之后驳接MCU这个端口就可以工作了，非常简单实用。

7：温补电路，正温功放的温补是最重要的啦，传统的温补太过于被动，呆木。。。那么这次的架构放弃了温补管，只用一个TL431，再串一个电阻完成，由MCU对温度进行实时监控，每隔0.5度由程序计算出一个值，来实现对UHC管静态电流的精密控制。而这个值会精确到0.001V(即1毫伏)，那么换不同类型的MOS管就非常容易了，比如大管换成了德国MOS管。。。260或240，碳化硅MOS等等，只要修改程序代码就可以了。不同的管子放出来的音质肯定有不同的风格，口味任君选择。
（后面我会详细分解温补的运作过程）

8：增加功放休眠功能，30分钟左右无信号进入功放，关闭功放MOS管的静态电流，当进入睡眠状态后，功放的指示灯以呼吸灯状态提醒，这个功能是达到节能环保的目的。

9：增加电压自动调整功能，这个功能比较特别，有这个功能后，只要焊接安装无误，上了高压可以傻瓜式调机。比如全部按要求焊好，装好散热片，所有螺丝打紧了，先用直流+-25伏（30W-50W的小牛），在功放+-两端各串一个20-30W/12伏的小灯泡或20R的电阻，把MOS的静态电流每管调到60ma。之后再上大牛，供电为+-25V-100V之间,那么MCU会根椐供电电压，自动去调整静态电流为60ma，也就是说不要手动再去调整了。完全由MCU程序来全自动控制。

当初我真不知道还有那么多老花眼还在焊,这次的小管不考你们焊工了，小管引脚会画成三角形，或错开一点，这样方便焊接，PCB布线也会按高压的安规要求来布线，铜厚的话最低是2安士，可能会用到工业级的4-6安士,这样PCB就省去加锡了,PCB用料一定是杠杠的。

EDA软件跟上次一样，用Candance allegro16.6来画。这款是目前全球最强大的EAD软件，（我只学了她一小部份...）每一根走线都会精心修正，细心调整。先是科学合理，之后再是柔美。

MCU板会做成成品，接口嘛就是两个排线+几个端口而已，DIY者不用理会。功率版的话，管子可供DIY者选择不同型号的UHC MOS,比如240、250、260、德国鬼子的MOS管，碳化硅MOS。因为不同的功率管输出的电流不一样，必然会有不同的声音，用上不同的管管只要更程序改代码就可以了，方便各种玩家！

珠穆朗玛

Un兄又准备大工程了，祝贺、祝贺，并祝：新年快乐，我前段时间也制作了场效应管和三极管可以互换的准互补12管pcb，以前手头积攒的很多电焊机东芝管，和音响三肯管，试用了都很好，全部装满三肯12对管，三极管射极电阻0.22欧姆两端电压基本差距在0.002V左右，声音对比安装一对9622管，不是不好，而是在音乐的空白处出现了细微的背景噪音，调试了很多电阻，把基极电阻从2.2欧姆一直加到470欧姆，都有这种噪音，数字表显示中点在0.005MV，一对9622中点电压0.000MV，无任何噪音，宁静到可以听到歌者嗓子眼喉舌微摆的声音，可能有些许夸张，但绝对真实。场效应管2sk3878安装8对，S极电阻0.59欧姆两端电压从0.005-0.015都有，差距很大，用三对时，声音最好听，无任何噪音，而且音乐细节突出，低音也很好，安装150N20一对，声音也非常好，两对就会出现电阻两端电压差距大，栅极电阻从47欧姆-3.3K都试过了，不理想，业余配对场效应管真的有困难......    为此去库房翻出了多年前未维修的雅士利专业功放，仔细查看了别人多管安装的诀窍，也没看出有什么花来，雅士利在解决多管并联上采用的防震电容设计是在G、S级并联小电容，我用相同的方法，3878无问题，150N20最多三对，G极电阻用到2.7K了..........

珠穆朗玛

忘记说了，我的电源电压±70V，场效应管三对时，静态电流合计约600MA，热度不是很高，约40度，手可以触摸，三极管9622一对或者三肯和东芝5200管时，静态电流都调到500MA，烫手，可以触摸一秒，散热片暂时用C型铝槽，规格100*40*5长度38cm

blsxmz

好货，等出板！

谦哥

留意收藏

ACDC2017

univers 发表于 2019-2-12 13:34
新增的功能如下：

1：内部架构依然是全直耦方式，没有落地反馈电容，但会在功放的输入端增加一个输入电 ...

比如大管换成了德国MOS管。。。260或240，碳化硅MOS等等，只要修改程序代码就可以了。不同的管子放出来的音质肯定有不同的风格，口味任君选择。

这句话这样说不妥，应改为：

“不同的管子放出来的音质肯定有一定的差异，您是要品质好一些还是差一些，任君选择。”

音质的不同实际上就是电路的性能差异，不应该用这种溢美之词，而要按照技术上的说法。

想学维修

变成万金油模块了

无语密码

有趣的思路，传感器的线也不少了。等待结果

dpml

先顶起来

zhp1029

顶！不错的！

HY221

先关注

haluo

板凳，爆米花，坐看咋回事。

univers

电路架构
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一级差分。看付图 (零件暂先看标注哈)

一级差分还是用孪生管，在实际应用中，JFET的声音细节明显高于BJT输入管。这是因为高阻抗的JFET管子对信号细节的摄取天生优于BJT，一至性也优于BJT。2N3958的噪声是非常低的，（Low Noise:  9 nV/√Hz）非BJT能比。总之孪生管的性能先天优于BJT。

2N3958的饱和电流在4毫安左右，这次每臂的静态电流设计到1.2ma。本想改到1.5ma的，我想来想去，1.5ma+1.5ma单臂到顶就是3ma了，而3958饱和电流也就4ma左右，再说电流大了噪音也会为大，所以还是选回1.2ma.但这次会把上面的5ppm千分一电阻换成1.5K，（之前1K）因为上高压，所以取大一点点。

上面两个NPN三极管Q6,Q7，加稳压管是给3958恒定的工作电压，这个JFET管子最佳的工作电压控制在15V-20V之间。

下面的差分尾电路，这个差分尾是由NPN管+TL431组成的恒流源，也是重中之重的环节。因为这个差分尾影响到音质的细腻度，动态，线性，声场是否有贵气等等。。。。。见画框2的电阻R27，8K电阻是为了降低NPN管的压力，这样设计上高压，Q15管子功耗会更小，线性会更好。

据然这么重要，那NPN的差分尾管 可能会用到奶妈名管ZTX，或东芝暖声名管，或MPSA42，原因很单简，就是她要有良好的线性,因为她是输入级的第一级成员。

如果用小管，上100伏，2.4毫安电流，那功耗是：0.0024*100V=0.24W（240毫瓦）   要长期工作，散热是一个问题，所以设计板子时，会在此管下面拉一块合适大小的铜皮，让热量带走。

那TL431呢，就会用到工业级的芯片，国产的非工业级能比。差分尾的电阻R33+R27+上面的R1+R2，会用到千分一，5PPM低温漂电阻。这是中点归到零毫伏的保障。

提供给TL431的恒流源要怎么解决呢，那这次会用上二级恒流源，也就是先低阻稳压，再+恒流管提供恒定的电流。这样的结构恒流稳定度，是二个量级以上。供电在25伏到100伏，恒流丝毫不变。

差分尾的供电由CPU来控制，框1的那两个连接端口就是，她干的活就是一开，一关。

zhp1029

univers 发表于 2019-2-12 21:37
电路架构
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一级差分。看付图 (零件暂先看标注哈)

不错。学习了

mufasa

支持一下。。。

之前买的板子还没焊，因为没有机壳来安装了。

MCU控制确实是好主意，但要注意MCU带来的附加干扰问题。