Un ampli en Classe D

Sur la base d'une carte 3E AUDIO 260-2-29A PFFB


1 juillet 2024

Cette carte fait appel à un chip d'amplification TPA3255 qui lui permet de développer une puissance comfortable de 2 x 260 Watts 4 Ohms, cette puissance variant en fonction de l'impédance de charge et de la tension d'alimentation.
Il intègre un design à feedback avancé (Post Filter Feedback) et un système de correction d'erreur propriétaire haute vitesse (PurePath™ Ultra-HD) dixit le concepteur. Cette technologie permet d'atteindre un très faible niveau de distorsion sur toute la bande passante audio.
En combinant le Post Filter FeedBack (PFFB), un étage d'entrée amélioré et des composants de grande qualité, le module 3E Audio PFFB parvient à atteindre un incroyablement faible niveau de bruit et de distorsion pour une restitution claire et transparente. Ce qui se vérifie à l'écoute.

Voici ce dont il s'agit :

       

Voici ce qu'en dit Amir sur le site :

Le tableau ci-dessous résume la puissance disponible en fonction de la puissance, de la tension d'alimentation et de l'impédance de charge.

Puissance disponible en fonction de la tension d'alimentation et de l'impédance de charge

Il faut d'ailleurs noter que lors de l'analyse de cette carte (par ASR) une tension de 36V soit celle qui permette d'obtenir les meilleures performances

Mon choix c'est donc porté vers une alimentation à découpage CONNEX de de 36V/300W ce qui, si on se réfère au tableau précédent, devrait permettre une amplification de 150W/4Ω ou 100W/8Ω lesquels sont plus que largement suffisant pour des haut-parleurs à haut rendement.
Mais, cette puissance ne sera obtenue que lorsque l'entrée se fait en mode symétrique sur connecteur XLR. La connection en mode "normal" sur connecteur RCA divisera la puissance disponible par 2. La puissance disponible sera donc alors de 75W/4Ω ou 50W/8Ω.

SMPS 300W 36V

Il est possible d'ajuster légèrement la tension de sortie ce cette alimentation de 33V à 39V.

Ce module est équipé de sorties symétriques annexes de tensions voisines de la tension de sortie /2, soit 2 x 18V avec un courant de 500 mA bien pratique pour alimenter un filtre ou un module de protection/temporisation.

La mise en coffret

Je souhaitais installer la carte et son alim dans un petit coffret élégant à l'instar de ces petits amplis en Classe D qu'on voit fleurir un peu partout. Mais en faisant un petit dessin de simulation, je me suis vite rendu compte que j'allais être rapidement à l'étroit dans les petits coffrets que javais en ligne de mire, car il fallait bien ajouter la "quincaillerie", c'est-à-dire, le switch de mise sous tension en façade et les connecteurs d'entrée-sortie sur la face arrière, en prévoyant suffisament de place pour le câblage.
De plus, lors de mes premiers essais, je mettais aperçu qu'un léger "cloc" se faisait entendre à la mise sous-tension (mais curieusement, aucun bruit à l'extinction) donc un système de temporisation, et tant qu'à faire, prévoir un circuit de détection d'une éventuelle tension continue en sortie.

Bref, le prise en compte de toutes ces contraintes et la disponibilité des coffrets m'ont amené a choisir un coffret du type de ceux utilisé pour les amplificateurs K209GF : HIFI 2000 Boitier Galaxy GX288 80x230x280mm
Une bonne taille, bien conçu, bon marché et disponible.

La carte amplificatrice est livrée avec un socle épais en aluminium qui doit être fixée sur l'un des cotés du coffret. Ce socle assure la dissipation calorique des circuits. Il faut noter que cette carte ne chauffe pratiquement pas même après un usage à haut niveau durant plusieurs heures.

radiateur carte 3E Audio

Cet ampli ne pose pas problème à la mise route ou a l'extinction ni de présence de tension continue en sortie.
Cependant, le mise route simultanée de matériels utilisant une multiprise commune peut faire entendre un léger "cloc", je vais donc installer un temporisateur sur les sorties haut-parleurs. (Quelques manips montrent que selon le sens de branchements des prises secteurs ces clocs sont plus ou moins atténués...)

Si on veut installer un circuit de protection, il ne faut pas qu'il relie les masses des amplificateurs. Dans ce cas une petite diode Led rouge intitulée "fault" s'allume sur la carte. C'est, par définition, comme c'est le cas ici, des amplificateurs fonctionnant en mode bridgé, d'ou l'appellation "BTL" : Bridge-tied-load. La connexion de la charge (le haut-parleur) s'effectant entre les deux sorties "+", les masses ne sont alors pas utilisées.

Bridger (ou ponter) un ampli permet de doubler la puissance d'un ampli en faisant appel aux deux canaux pour n'en faire plus qu'un seul. Un ampli stéréo de 2 x 100 W pourra délivrer 1 x 200 W en mode bridgé, l'ampli est alors mono (un seul canal). Bridger un ampli revient à mettre les deux canaux de l'ampli en série et relier le haut-parleur directement d'"un bord à l'autre", sans passer par la masse commune aux deux canaux.

Fonctionnement en mode bridgé

Lors d'un surf sur le site ASR (Audio Science Review) à propos de cet amplificateur, je suis tombé sur un commentaire qui précise quelques points à propos de son fonctionnement :

Commentaire sur ASR à propos du fonctionnement

1 juillet 2025

Cet ampli fonctionne très bien en mode asymétrique (RCA), mais son fonctionnement optimal est assuré lorsque l'entrée est faite en symétrique (XLR). Le gain est alors augmenté de 6 dB.

TPA3255 en mode asymétrique    TPA3255 en mode symétrique   

Le connecteur en entrée est un connecteur femelle (!)

connexions_XLR

Les connecteurs fournis avec la carte sont équipés de câble rouge, noir et jaune, qu'il faut raccorder correctement aux embases adhoc.

connecteur_XLR

Si toutefois on veut raccorder un ampli équipé de connecteurs d'entrée XLR avec un connecteur RCA, il faut prévoir un adaptateur de ce type :

XLR_male_vers_RCA_femelle

A noter que ces adaptateurs assurent une connection électrique RCA vers XLR mais ne change pas leur fonctionnement car la connection est toujours effectuée en asymétrique.

9 août 2025

Conversion asymétrique-symétrique ou RCA-XLR

Pour transformer une connection asymétrique en véritable symétrique il faut faire appel à un circuit symétriseur. Le rôle de ce circuit est de fournir deux signaux identiques en opposition de phase :

schema_conv_rca_xlr.gif

Schéma du principe de conversion RCA vers XLR

Le signal asymétrique est envoyé en parallèle sur 2 circuits. Le premier est un circuit suiveur qui n'inverse pas le signal. Le deuxième entre sur l'entrée négative du circuit et inverse la phase du signal.


Réalisation du convertisseur

Réalisation assez simple qui fait appel à 2 circuits identiques. Le signal stéréo entre via des embases RCA classiques et sort sur les embases XLR. J'ai donc prévu de pouvoir fournir ces signaux symétriques a deux amplificateurs TPA 3255.


Face arrière du convertisseur

Face arrière du convertisseur

Tout ça c'est beau et bien fait, mais, en utilisant un transformateur pour les deux circuits, on réunit leurs masses et par conséquent on introduit de belles boucles qui se traduisent par un léger ronronnement dans les haut-parleurs !
La solution est simple, équiper chaque circuit de son propre transformateur.
Etant donné la faible consommation de ces circuits, des petits transfos de quelques VA feront l'affaire.
Ce qui fut fait :

TPA3255 en mode asymétrique   

22 octobre 2025

Temporisation et protection

Ces amplis possèdent bon nombre de protections mais ne disposent pas de temporisation à la mise sous tension ni de deconnexion immédiate à l'extinction (Power off). Cela se traduit par des claquements violents dans les deux cas.
J'avais acquis il y a quelques temps des modules tous faits chez Audiophonics (je n'ai pas d'intérêts chez eux) mais ces modules ne permettent pas un fonctionnement distincts dans le cas d'alimentations séparées car la masse est rendue commune dans ces modules de protection.

modules-de-protection-stereo

Modules de protection stereo

Le problème est donc de séparer les alimentations qui se limitent toutefois à la tension alternative nécessaire puisque ces circuits disposent de circuits de redressements et de filtrage. Reste donc à trouver des petits transformateurs capables de fournir la centaine de mA nécessaire au fonctionnement des circuits.

Ce problème résolu, il fallait prévoir d'une part le raccordement de ces ciruits aux amplificateurs et d'autre part le raccordement des hauts parleurs, mais souhaitant insérer le tout dans un boitier 1U, je devais limiter le nombre de connecteurs.
J'ai donc décider de raccorder les amplis directement aux circuits de temporisation/protection
J'ai même fait ça pour l'alimentation en 220V, n'ayant pas trouvé les embases secteurs adéquates !
Ca donne ça et ça fonctionne parfaitement.

Temporisateur

Temporisateur et protection

Vu du panneau arrière :

Temporisateur

Temporisateur et protection


CSS Valide !