Class-D UcD1K LM311 IR2110

Power amplifier Class-D UcD1k desain bapak Kartino Surodipo, yang menggunakan IC LM311 sebagai comparator dan IR2110 untuk mosfet drivernya.   Class-D UcD yang ini membutuhkan sedikit komponen dan mudah dicari komponennya. Nanti layoutnya juga akan saya share gratis yang sudah fix, dengan skema yang sudah terupdate diakhir postingan.  

Berikut pcb layoutnya, pcb layout ini saya desain dua layer, dengan dimensi 6.5cm x 20cm.

 

Langsung saja kita rakit pcbnya, persiapkan komponen sesuai file BoM / daftar komponennya, gunakan komponen yang berkualitas supaya hasilnya bisa maksimal, atau yang penting jangan ditawar nilainya. Cara membuka file BoM nya upload disitus LCSC.com maka daftar komponen akan terbuka, dan tertata rapi, kalau menggunakan Excel biasanya berantakan daftar komponennya. File Bom juga ada diakhir postingan.

 IC LM311 dan IR2110 bisa SMD untuk opsi aternatifnya ya, teman2 juga bisa juga menggunakan IC yang DIP. jadi bisa menggunakan salah satu saja, bisa SMD atau DIP. gunakan IC yang bagus karena IC LM311 ini juga berpengaruh terhadap frekwensi PWMnya, serta performa amplifiernya sendiri. 

Untuk Resistor Shunt 6k8 3W saya mengunakan 2 buah resistor 12K yang diparalel , pemasangan dengan cara ditumpuk seperti ini. R Shunt tersebut untuk tegangan supply 90VDC CT, kalau lebih kecil tegangannya bisa diturunkan nilai resistansinya. misal 60VDC CT bisa menggunakan 4K7 3W.

transistor totem saya menggunakan 2SC2655 dan A1020. sebenarnya ini bisa langsung tanpa totem.  kalau ingin tanpa totem , basis dan emitor bisa langsung dijumper saja, tidak perlu lagi pasang Transistor Q6,7,11,dan 12.

Pada IC LM311 karena saya menggunakan IC SMD, pda bagian atas pcb bisa dipasangi elco, ke pin 4 untuk min dan 8 untuk + , minimal voltase elco 16V. tidak dipasngi elco pun juga tidak apa2, ini saya tujukan juga untuk menampilkan kit nya terlihat tanpa IC karena marking ic tertutupi.

Untuk induktor saya menggunakan core Micrometal T130-2 sebanyak 2 rangkap , dililit sebanyak 30 kali lilit, mendapatkan induktansi sekita 30uH. Inductor juga bisa menggunakan MS130 3cm warna biru jumlah lilitan jika dobel core yaitu 17-20x lilit.

Mosfet bisa menggunakan irfp 250, irfp260, irfp4227, atau irfb4227 untuk package yang TO220 juga sudah saya sediakan lubangnya.

Resistor dead time ini setingannya di R17 dan R18 , karena skema aslinya itu 4K2 dan yang saya gunakan itu 4K7. jadi saya paralel saja dengan resistor 47K, agar nilainya mendekati 4K2. Untuk PCB Update terbaru bisa langsung ditumpuk diatasnya, R17 dan R18 ini semakin besar nilainya maka dead time akan semakin sempit, dan begitu sebaliknya. apa dampak kalo semakin sempit. dampaknya mosfet bisa cepat panas meski keadaan standby, bahkan bisa terjadi cross yang bisa mengakibatkan mosfet short. kalau terlalu longgar efeknya itu power akan loyo atau kurang bertenaga, bisa cacat sinus, atau bahkan bisa amplifier gagal start. 

Daya yang dikeluarkan amplifier ini sekitar 700W RMS secara kontinyu menggunakan dummy load 4 ohm, dengan supply 90VDC, daya yang sama dengan amplifier class-D Halfbridge lainnya , sinyal sinus juga mulus hingga mendekati clip, sangat berbeda jauh dengan awal trial tadi. yang sinusnya cacat ketika mendekati clip. 

Troubleshooting

Amplifier tidak jalan atau gagal start

Usahakan cek semua komponen sudah benar pemasangan sesuai label PCB, cek juga solderan apakah sudah benar2 nempel atau belum biasanya pada pad yang terkonek dengan ground plane (solderan agak susah matang karena tembaga tersebar usahakan solder panas di 370-400derajat Celcius) , dan cek juga solderan tidak jlebret ke pad yang lain. 

cek tegangan supply utama (tegangan supply minimal 70VDC-95VDC  CT apabila part sesuai PCB) dan bias 12V sudah benar kutubnya dan juga sudah benar2 masuk. 

cek sekring + (U9) dan - (U10), apabila sekring + putus (tegangan belum masuk) bisa ditandai Led On mati, kalau sekring - putus (tegangan belum masuk) bisa ditandai led OCP menyala terus, 

Led OCP menyala terus meskipun tegangan bias sudah masuk juga bisa ditandai R Sense R47 0.1 Ohm putus.

Kalau led OCP ini menyala amplifier juga tidak akan bisa start, karena IC IR2110 dalam keadaan shutdown (OCP mentrigger pin SD IR2110)

Cek tegangan supply LM311 (U1/U2) pin 8 ke GND sekitar +4-5VDC, dan pin 4 ke GND sekitar -4 sampai 5VDC. Supply tegangan (U1/U2) ini tidak ada atau kurang dari 4VDC ke GND, cek pada R68 dan R16 nilainya 6K8 3W sesuai atau tidak? kalo sudah sesuai cek zener nya D14 dan D13 apakah masih bagus atau putus bahkan short, Zener D14 dan D13 ini bisa menggunakan zener 5V sampai 5.6V.

 Cek tegangan di Anode (-) Zener D3 33V, cek tegangan ke gnd sekitar 58-60VDC jika menggunakan supply 90VDC, dan sekitart 48-50VDC ke gnd jika tegangan supply utamanya 80VDC CT. kalau 70VDC 38-40VDC. Kalau tidak keluar tegangan atau meleset jauh dari yang sudah disebutkan, cek R14 12K 1W dan D3 33V dan C4 220N, sudah benarkah komponennya.

Cek tegangan bisa 12V, cek langsung tegangan di Pin IC IR2110 pin 3 dan 9 untuk +, pin 2 dan 13 untuk -.

Led bootsrap wajib menyala, kalau mati pastinya dahulu lednya masih normal, kemudian cek R44,  cek zener D11 12V dan cek diode 4007 D6, cek transistor totem Q11,Q12, Q6,Q7 sudah benar atau belum?

Lanjut cek sinyal audio dan PWMnya, kalau teman2 ada Osciloscope ini akan memudahkan untuk menerawang dimana letak troblenya dengan melihat sinyal audio/PWMnya sudah sampai mana kalau tidak ada bisa menggunakan voltmeter AC nantinya tapi kalau menggunakan voltmeter AC tidak bisa akurat. hanya sudah sampai mana gitu aja. tapi lumayan bisa membantu lah.

Inject audio input dengan sinyal sinus dengan frequensi 20-1kHz dengan amplitudo 1-2Vpp, kalau saya biasanya menggunakan 100Hz 1.5Vpp.  teman2 kalau tidak ada audio generator bisa menggunakan hp dengan aplikasi audio generator, atau kalau menggunakan PC/Laptop bisa kunjungi link ini : https://www.szynalski.com/tone-generator/, kalau menggunakan hp, volume bisa dipolkan saja.

 cek sinyal input di pin 2 dan 3. harus ada sinyal audio yang masuk , kalu tidak cek lagi komponen sesuai atau tidak bisa melihat skema yang ada dibawah.

kemudian cek pin 7 LM311, di pin ini sinyal sudah berbentuk PWM, kalau teman2 tidak ada oscilloscope bisa di cek menggunakan voltmeter AC, pin 7 maka terbaca skitar 5VAC ke GND, kalau ingin memastikan sudah berberntuk pwm, coba matikan input makan terbaca 0V. kalau pin 7 tidak keluar PWM coba ganti IC yang baru kemungkinan ICnya soak.

lanjut langsung ke input HIN dan LIN, Oh ya kalau mosfetnya sudah terpasang jangan dipasang dahulu tegangan biasnya, supaya tidak terjadi apa2 apabila PWMnya cross yang bisa menyebabkan Mosfet jebol.

Di input HIN dan LIN ini juga terbaca PWM dimana HIN dan LIN saling bergantian phasenya, kalau menggunakan oscilloscope probe gndnya colokkan ke tegangan - bias atau - supply utama. kalau menggunakan AVOmeter AC bisa ke gnd dan terbca 5V maks, minimalnya tergantung besaran input.

kalau sudah terbaca di pin LIN dan HIN , jika IC dan mosfet sudah terpasang dan tegangan bias dimasukkan harusnya amplifier sudah bekerja, kalau belum bekerja permasalahan biasanya ada di komponen ini:

IC IR2110 , R44, D26 Diode bootstrap, R21,R22,R45,R23,D7,D12, Mosfet, kemudian RDT terlalu lebar R18, R17, kalau terlalu sempit terjadi cross, yang menyebabkan mosfet panas bahkan bisa short.

kemudian cek juga komponen bagian feedback, R8 R29 C13, komponen bisa tidak sesuai nilainya atau solderan kurang bagus. karena komponen tersebut inti dari inti amplifier ini 

yang disebut UcD hehehehe.

atau cek D8 atau D9 short ( tapi jarang sih rusak kalau awal rakit, tapi bisa juga kalau salah pemasangan hehehe)

Kemudian cek komponen LPFnya , sudah benar atau belum untuk pemilihan nilai induktornya nanti, tapi usahakan kisaran 15-50uH dulu, jangan sampai lebih atau kurang. pemilihan core juga sangat pengtin, core bisa menggunakan MS130 warna biru atau core T130 Micrometal yang warna merah marun (bisa cek video). kalau MS130 2 rangkap lilit sebanyak 13-18 lilit, diameter tembaga 1-1.5mm. kalau 2mm bikin tangan merempul hehehe.

cek kapasitor C19 , kapasitor ini bisa menggunakan 470nF - 2.2uf tapi disesuaikan dengan speed ya dan juga induktornya ya. kalau main aman 1uF aja gapapa yang penting jangan yang Audiophiler warna kuning atau cap sejenis yah karena bukan tempatnya disitu :D

 Oke skian dahulu untuk trobelshot gagal startnya, nanti dilanjut lagi kalau ada pertanyaan atau ada masalah lain bisa di komen dikolom komentar.

Masalah Relay speaker On / off dan berulang keadaan standby, bisa dicek  R50 4K7, R95 15K, R87 3K3, R85 47K, R64 47K, R65 680 kalau ad salah pasang.

nanti saya lanjut lagi, :)

Beli PCB disini: 

Download:

Gerber Files UcD 1K  Ver 3b

Schematic UcD1K sesuai PCB

Part List

EasyEDA Link: https://oshwlab.com/kotagcircuit/ucd-1k-simpel_copy_copy_copy_copy

Silahkan didownload. jika ada pertanyaan , tanyakan di kolom komentar.