TDA8953 TDA8954 amplificador potência Classe D 420W

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TDA8954 TDA8955 amplificador de potência classe D estéreo ou mono em ponte  até 420W  ou 2x 210W estéreo. Inclui a PCB onde pode ser utilizado os chips TDA8953TH, TDA8954TH para até 2x 210 Watts por canal em ambos ou TDA8955TH para 2x 150 Watts RMS. Esses Cis são pino a pino compatível e que pode entregar potência de até 210W por canal no modo SE (single ended) ou até 420W Rms no modo ponte (BTL) para o TDA8953 e 54 e 150W e 300W para o TDA8955. Normalmente o TDa8954 é mais fácil de conseguir para comprar no mercado. Nossa placa é dinâmica, pode ser utilizado no modo estéreo (SE) e em ponte (BTL).

Sobre o amplificador Classe D

Nosso circuito de amp de potência utiliza os chips TDA8953th/54th/55th. Aqui será utilizado os cis da NXP Semiconductors com sufixo TH com montagem SMD e encapsulamento HSOP24. A placa pode ser utilizada no modo estéreo ou em ponte, bastando configurar um jumper na PCB e alterar a ligação na entrada e saída. A fonte de alimentação deve ser do tipo simétrica, podendo ser de um ampla faixa de tensão.

Características

  • Ampla faixa para fonte de alimentação
  • Pode configurar para estéreo (SE) ou em ponte (BTL).
  • Alta capacidade de potência
  • Baixo THD+N
  • Baixo Ruído
  • Alta eficiência
  • Thermal Fold Back (TFB) selecionável e limitação de corrente para evitar interrupções de áudio
  • Baixo consumo em modo stand-by
  • Frequência fixa
  • Função de diagnóstico para proteção e temperatura (TDA8953 não tem)
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Placa Montada Amplificador Classe D Tda8954Th Potencia Tda8954 Circuitos Tda8953 Tda8954 Amplificador Potência Classe D 420W

Tabela de uso dos diferentes chips

Dispositivo TDA8953 TDA8954 TDA8955
Alimentação (V) +-12 a +-42,5 +-12 a +-42,5 +-12 a +-42,5
Alimentação típica +-41 +-41 +-37
Potência saída SE (WRMS) 2x 210¹ 2x 210¹ 2x 150¹
Potência saída BTL (WRMS) 1x 420² 1x 420² 1x 300²
Iocp (A) 12.5 12.5 9.2
Alarme de diagnóstico Não Sim Sim
Alarme de temperatura Não Sim Sim

(1) – Carga de 4 Ohms
(2) – Carga de 8 Ohms

Tabela de descrição dos pinos do CI

Símbolo Pino Descrição
VSSA 1 Fonte de alimentação analógica negativa
SGND 2 Terra do sinal
VDDA 3 Fonte de alimentação analógica positiva
IN2M 4 Canal 2 entrada de áudio negativo
IN2P 5 Canal 2 entrada de áudio positivo
MODE 6 Entrada de seleção do modo: Stand-by, Mudo ou funcionando.
OSC 7 Ajuste de frequência de oscilação ou entrada tracking
IN1P 8 Canal 1 entrada de áudio positivo
IN1M 9 Canal 1 entrada de áudio negativo
DIAG1 10 Saída de diagnóstico 1 (open drain; TFB)
OSCREF 11 Referência para o pino de oscilação
DIAG2 12 Saída de diagnóstico 1 (open drain; função de proteção)
PROT 13 Capacitor de desacoplamento para proteção (OCP)
VDDP1 14 Fonte de alimentação tensão positiva canal 1
BOOT1 15 Capacitor bootstrap canal 1
OUT1 16 Saída PWM canal 1
VSSP1 17 Fonte de alimentação tensão negativa canal 1
STABI 18 Desacoplamento do estabilizador interno para fonte lógica
n.c. 19 Não conectado
VSSP2 20 Fonte de alimentação tensão negativa canal 2
OUT2 21 Saída PWM canal 2
BOOT2 22 Capacitor bootstrap canal 2
VDDP2 23 Fonte de alimentação tensão positiva canal 2
VSSA 24 Fonte de alimentação analógica negativa

Funcionamento do pino modo

  • Modo Standby – Neste modo o consumo será mínimo
  • Modo Mute – A etapa de potência será ligada e o ganho reduzido para 0
  • Modo de operação com TFB ativo – no modo funcionando o ganho do dispositivo é incrementado gradualmente até 30dB para evitar pop no alto falante. A sequência de inicialização completa durará cerca 500mS. Fold back térmico estará ativo
  • Modo de operação com TFB desligado – mesma coisa, porém com Fold back térmico desligado.

Funcionamento do circuito de modo
A impedância no pino modo é de 50K segundo o Datasheet, com a chave S1 conectado ao terra teremos 0V no pino mode e o chip estará em stand-by (0 – 0.8V), com chave S1 (ON-OFF) desligado do terra termos cerca de 2,5V no pino modo do TDa9854, entrando no modo mute (2,2 a 3V), com a chave S3 (mute) desligada do terra teremos cerca de 4,5V no pino mode entrando modo de funcionamento (4,2 a 5,5V), com a chave S3 (TFB) desligada do GND termos cerca de 6,5V no pino mode, o chip estará no modo em funcionamento com TFB ativo (6,6 a 8V). Com o zener Dz1, a máxima tensão será de 7,5V. C39 fará com que o processo acontece de modo suave, sem ruídos no alto falante.

Foi adicionado pequenas chaves a placa de circuito impresso, porém pode ser adicionado chaves a parte frontal do gabinete e conectado por fios a placa de circuito impresso. Também se preferir pode ignorar a chave de mute e adicionar somente chave de stand-by,  também é recomendado fazer um jumper no lugar da chave TFB, deixando ativado.

Mas se preferir não é obrigatório utilizar nenhuma das chaves.

Esquema Do Circuito De Modo Tda8954 Circuitos Tda8953 Tda8954 Amplificador Potência Classe D 420W
Esquema Do Circuito De Modo

O Fold back térmico (TFB) – quando ativo irá diminuir a potência do amplificador caso a temperatura suba até 150º, também conta com a seguinte proteção:

  • Proteção de janela WP
  • Proteção de sub tensão UVP
  • Proteção de sobre tensão OVP
  • Proteção de desbalanceamento UBP
  • Proteção de sobre corrente OCP
  • Proteção de sobre temperatura OTP
  • Proteção de clock CP

O CIS TDA8954 e TDA8955 conta com 2 pinos de diagnóstico, que mostrará a condição de alarme ou de sobre temperatura (139º). Na nossa placa foi utilizado leds de 3mm para indicar tal situação, porém caso prefira poderá utilizar os leds fixados na parte frontal do gabinete onde o amplificador for montado e conectado a placas por fios.

Acabei montando a bobina em posição errada, ficando em curto as saídas e o led de diagnóstico acendeu. Também acabei “testando” o led de alarme de excesso de temperatura, deixando o chip sem dissipador por um tempo.

Tabela de configuração de alto falante e impedância
Para uma resposta plana de frequência (filtro Butterworth de segunda ordem) é recomendado alterar os componentes do filtro L1/L2 e C29/C30 de acordo com a impedância do alto falante. A tabela abaixo mostra valores práticos para um frequência de ressonância de 50KHz. Em nossa placa montada utilizamos indutor de 15uH e capacitor de 680nF.

Configuração Impedância L1/L2 (uH) C29/C30 (nF)
SE 3 – 6 15 680
4 – 6 22 470
6 – 8 33 330
BTL 6 – 12 15 680
8 – 12 22 470
12 – 16 33 330

Bobina
A bobina deve ter ser valor selecionado de acordo a tabela acima. Aqui utilizei indutores comercial de 15uH utilizando núcleo T80-2, tem núcleo de 22mm de diâmetro e cerca de 52 voltas de fio 18 AWG.  Enfim pode se utilizar indutor pronto ou enrolar o seu próprio utilizando núcleos equivalente ou melhores, para fazer o enrolamento é interessante ter um medidor de indutores.

Dissipador de calor
Foi utilizado um dissipador de calor de 35mm (L) x 100mm (C) x 30mm (A), o dissipador deve ter uma parte lisa onde serão feito 2 furos para ser parafusado a placa. Deverá adicionar um isolante entre o dissipador e a pad metálico do CI está conectado ao VSS. Também o dissipador de calor será ligado ao terra via R3 de 10 Ohms ou C9 de 100nF (use o resistor ou o capacitor), para uma melhor performance de EMC.

Placa Montada Amplificador Classe D Tda8954Th
Placa Montada, Detalhe Do Chip Com Pad Isolante

Fonte de alimentação
Pode utilizar fonte de alimentação simétrica com ampla faixa de tensão, aqui nos testes utilizei uma fonte chaveada simétrica de +-35V com o CI TDA8954 na PCB. O circuito em volta de Q1 será a fonte de 5V para alimentar os circuito de diagnóstico de alarme e temperatura.

Ligação Estéreo (SE) e ponte (BTL) do amplificador de potência
Para ligar estéreo é só conectar os jumpers SJ1 e SJ2 de 1 para 2. A conexão de entrada será em ambos conectores, respeitando a polaridade, mesma coisa para saída de áudio.
Para ligar em ponte (BTL) é só conectar os jumpers SJ1 e SJ2 de 2 para 3. A conexão de entrada de áudio será no pino IN1 (J1), respeitando  polaridade. A saída de áudio será ligada nos pinos (+) dos conectores OUT1(J5) e OUT2(J4).
Para uma versão 2.1 com 3 canais, basta montar 2 placas desta e utilizar uma como estéreo e outra como canal de graves em ponte para o subwoofer.

Ligação Em Ponte (Btl) Do Amplificador De Potência
Ligação Em Ponte (Btl) Do Amplificador De Potência

Esquema do amplificador de potência

Esquema Amplificador Classe D Tda8954
Esquema Amplificador Classe D Tda8954

Sugestão de placa de circuito impresso

Pcb Amplificador Classe D Tda8954 Potencia
Placa De Circuito Impresso Topo
Pcb Amplificador Classe D Tda8954 Potencia Bottom
Placa Parte Inferior
Placa Vista Componentes Top Amplificador Classe D Tda8954 Potencia
Placa Vista Componentes Topo
Placa Vista Componentes Bottom Amplificador Classe D Tda8954 Potencia
Placa Vista Componentes Parte Inferior

Lista de componentes para montar o amplificador com TDA8954TH

Componente Valor Descrição Quantidade
Capacitores
C1, C38 100pF/50V Capacitor SMD 0805 NP0 5% 2
C2, C15 47uF/50V Capacitor eletrolítico L2 mm, D5.6 mm 2
C3, C4 470uF/50V Capacitor eletrolítico L5mm, D13mm 2
C5 22µF/160V Capacitor eletrolítico L3.5mm, D8mm 1
C6, C7, C35, C36 470n/63 ou 100V Capacitor filme L5mm, D5.5mm 4
C8, C9 100nF 50V Capacitor SMD 0805 10% 7
C10, C37 330p/50V Capacitor SMD 0805 NP0 5% 2
C12, C13 220nF/50V Capacitor SMD 0805 X7R 10% 2
C14 220pF/50V Capacitor SMD 0805 NP0 10% 1
C16 470nF/50V Capacitor SMD 0805 X7R10% 1
C17, C18, C19, C20,C21, C22, C31, C32 100nF/100V Capacitor SMD 1206 X7R 10% 8
C23, C24 15nF/50V Capacitor SMD 0805 X5R 10% 2
C25, C26, C27, C28 220p/100V Capacitor SMD 0805 NP0 10% 4
C29, C30 680n/63 ou 100V Capacitor filme L5mm, D5.5mm 2
C33, C34 1n/100V Capacitor SMD 0805 X7R 10% 2
C39 100uF/16V Capacitor eletrolítico L2.5 mm, D5.6 mm 1
Conectores
J1 IN1 Borne Conector KRE 2 Vias 5.08mm 1
J2 IN2 Borne Conector KRE 2 Vias 5.08mm 1
J3 DC Borne Conector KRE 2 Vias 5.08mm 1
J4 OUT2 Borne Conector KRE 2 Vias 5.08mm 1
J5 OUT1 Borne Conector KRE 2 Vias 5.08mm 1
Bobinas
FB1, FB2 Murata BL01RN1A1D2 ou equivalente Ferrite Bead Axial 7A 2
L1, L2 15uH Bobina núcleo toroidal 2
Semicondutores
IC1 TDA8953TH ou TDA8954TH ou TDA8955TH Circuito integrado amplificador de áudio Classe D – NXP Semiconductors 1
LED1 TEMP Led 3mm Amarelo (Aviso sobre temperatura OTP) 1
LED2 ALARM Led 3mm Vermelho (Aviso de erro) 1
D3, D4, D5, D6 US1MG ou equivalente Diodo Fast Recovery 1kV 1A SMA 4
DZ1 5V6 – Zener 5.6V 500mW Diodo Zener SMD LL-34 1
DZ2 7V5 – Zener 7.5V 500mW Diodo Zener SMD LL-34 1
Q1 MBT5551 (G1) ou equivalente Transistor NPN 160V SMD SOT23 1
Q2, Q3 S9015 (M6) ou equivalente Transistor NPN -50V SMD SOT23 2
Resistores
R1, R4, R20, R22 220 (221) Resistor SMD 0805 5% 4
R2 0 (0) Resistor SMD 0805 1
R3 10 (100 ou 10R0) Resistor SMD 0805 5% (opcional) 1
R6, R7, R19, R21, R31, R32 5.6K (562 ou 5601) Resistor SMD 0805 1% 6
R9, R10, R13, R14 10 (100 ou 10R0) 0.25W Resistor SMD 1206 1% 4
R11 30K (303 ou 3002) Resistor SMD 0805 1% 1
R12, R25, R26, R28, R29 10k (103) Resistor SMD 0805 5% 5
R15, R16 22 Ohms 1W (220) Resistor SMD 2512 5% 2
R27, R30 1k (102) Resistor SMD 0805 5% 2
R33 3.3k (332) Resistor SMD 0805 5% 1
R34 12k (123) Resistor SMD 0805 5% 1
Diversos
S1 ON/OFF (Liga Desliga) Chave SPDT SS-12D02-VG4 -Korean Hroparts Elec 1
S2 MUTE (Mudo) Chave SPDT SS-12D02-VG4 – Korean Hroparts Elec 1
S3 TFB ( Thermal FoldBack ) Chave SPDT SS-12D02-VG4 – Korean Hroparts Elec 1
Solda, Fios, Pci, Caixa, fonte, dissipador de calor
 Download dos arquivos para montar o amp de potência Classe D

Download        Mirror

Incluis arquivos em PDF, PNG e Gerber das placas.

Download do datasheet em PDF dos componentes utilizados

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Sobre Toni Rodrigues

Autor do blog Te1.com.br. Técnico em Eletrônica Industrial pela Escola Técnica de Brasília registrado no CREA, Tecnólogo em Sistemas para Internet pela Unianhanguera. Interessado em eletrônica, montagens, pesquisas, informática e tecnologia em geral.

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