Förbättrad SLAPS -> X-SLAPS

[solhaga]

Jag har ju i dessa trådar utvecklat två inkarnationer av Circlomanens SLAPS-förstärkare.

Jag är mycket nöjd med båda, speciellt deras förmåga att återge komplex musik.

Men det finns en ännu utforskad korskopplad konfiguration där jag skulle behöva lite åsikter kring, nämligen X-SLAPS.

Så här ser en enkel 4 W SLAPS ut:


Så här ser en trippel 4 W SLAPS ut:


Och det här är en trippel 4 W X-SLAPS:


Det finns också en enkel 4 W X-SLAPS, föreställ dig att M2, 3, 4 och 6 jämte tillhörande resistorer inte finns med i schemat ovan.

Så här ser experimentbygget ut för en trippel 4 W X-SLAPS (glöm stålprofilen, den hör till ett annat av mina projekt):


Nu till mina funderingar kring andra och tredje HD.
(Röd - Single SLAPS, Teal - Triple SLAPS, Orange - Single X-SLAPS, Blå - Triple X-SLAPS)

THD:


Andra HD:


Tredje HD:


Den balanserade korskopplingen hos X-SLAPS sänker som synes andra HD med upp till 10 dB, men inte tredje HD där endast "Feed Forward Error Correction" verkar.
"Feed Forward Error Correction" ser ju inte en oändligt stor induktans, så effekten av den faller vid lägre frekvenser.

För trippla 4 W X-SLAPS över 200 Hz eller så, är vi i brusgolvet (brun) beroende på effekter av SMPS:arna och mätutrustningen.


Några förslag och tankar kring detta?

[solhaga]

Jag fick förslaget av Circlomanen att testa med bland annat högre matningsspänningar.

Med "tre per sida" X-SLAPS enligt ovan provade jag +/- 11 V, +/- 12 V and +/- 13 V med samma Id 1,6 A.

Inga avgörande skillnader för tredjeton men för andraton såg det ut så här:
(Röd: +/- 11 V, Blå +/- 12 V samt Orange +/- 13 V)


En dBs skillnad per volt alltså.
Vid +/- 11 V får jag ut 8 W innan distorsionsnivåerna ökar pga klippning.

Men vid en lägre matningsspänning så kan Id ökas för samma effektförluster, så jag ökade Id till 1,8 A för +/- 11 V och mätte vid 1 kHz med stigande innivå.
-29 dB ger 0,25 W ut och -12 dB ger 13 W ut.
Över -12 dB klipper ingångsteget för +/- 12 V.
Röd är andratonsdistorsionsnivån och orange är tredjetonsdistorsionsnivån.

X-SLAPS +/- 11 V, Id 1,8 A:


X-SLAPS +/- 12 V, Id 1,6 A:

Återigen har andratonsdistorsionsnivån sjunkit en hel del men tredjetonsdistorsionsnivån är i stort sett opåverkad.

Som en jämförelse ser SLAPS ut så här vid två olika Id, här är inte mycket skillnad dock:

SLAPS+/- 12 V, Id 1,6 A:


SLAPS +/- 12 V, Id 1,8 A:


Så vad är slutsatsen?

X-SLAPS är verkligen effektiv för de jämna övertonerna.
Kostnaden är en extra SLAPS-spole och en förförstärkare med differentialutgång.

Fortsättningen:
Som jag ser det så är det ingen mening med att försöka få lägre distorsionsnivåer för de jämna övertonerna än för de udda.
Så istället skall jag nu fortsätta med en MOSFET per sida, det blir en bättre matchning och Id kan ökas en hel del med samma kylfläns.
Jag har ännu ej heller lyssnat på vad X-SLAPS innebär för det brus och brum som SMPS:arna ger från sig.
Jag skall också testa X-SLAPS med IRFPS3810, ett förslag från Circlomanen på en MOSFET med en mer triodig kurva.

[solhaga]

Fortsätter min monolog...

Single X-SLAPS med IRFP044 versus med IRFPS3810.
Röd är andratonsdistorsion, orange är tredjetonsdistorsion.

1 W IRFP044, Id 2A:


1 W IRFPS3810, Id 2A:

Inte så mycket skillnad.

13 W IRFP044, Id 2A:


13 W IRFPS3810, Id 2A:

Även om andra är högre för IRFPS3810, så är tredje överlag markant lägre!

Step input level vid 1 kHz:

IRFP044, Id 2A:


IRFPS3810, Id 2A

Detta visar också att även om andra är högre för IRFPS3810, så är tredje överlag markant lägre!

IRFPS3810, Id 3A

Inte så mycket skillnad mot Id 2A.

Jag försökte separera SLAPS-spolarna lite men med ingen verkan.

[Kraniet]

Häftigt projekt

Jag är dålig på förstärkare. Men roligt ändå med lite aktivitet

[solhaga]

Ja, för mig är det fantastiskt att endast två aktiva element kan åstadkomma detta.
Och det helt utan komplex negativ återkoppling, bara positiv med hjälp av SLAPS-spolen och utsläckning med hjälp av korskopplingen.

Verkshöjden är på patentnivå.

[solhaga]

X-SLAPS för bas, det vill säga 44-wattaren med IRFP150 och +/- 24 matningsspänning:


Två SLAPS i en push-pull-koppling blir en X-SLAPS:

Med WAGO 221 var det busenkelt.

Mätningar på SLAPS för bas vs motsvarande X-SLAPS:

SLAPS (grön) vs X-SLAPS (orange) IRFP150 andra övertonsnivåer vid 1 W:

Stor förbättring, nästan 30 dB vid vissa frekvenser!

SLAPS (grön) vs X-SLAPS (orange) IRFP150 tredje övertonsnivåer vid 1 W:

Inte så stor skillnad men fortfarande signifikant bättre, åtminstone över 200 Hz.

SLAPS IRFP150 Stepped level vid 1 kHz (andra övertonen röd, tredje övertonen orange), från innivå -29 dB (0.25W) till -5 dB (64 W):


X-SLAPS IRFP150 Stepped level at 1 kHz (andra övertonen röd, tredje övertonen orange), från innivå -29 dB (0.25W) till -5 dB (64 W):

Ohörbar (nåja, det kan ju diskuteras) tredje övertonsnivåer -62 dB vid 64 W!
Utan NFB!

Den här gången har jag alltså inte försökt att matcha den ena sidan MOSFET:ar mot den andra sidans
Så det kan bli bättre.

Och varför vill jag ha det bättre?
Ett skäl är att kunna sänka biasen och få ner ID så att kylflänsarna kan bli lite mindre heta.
Ovanstående mätningar var all gjorda vid Id 800 mA
Jag testar nu Id 500 mA.

[solhaga]

Mätningarna med X-SLAPS vid Id 500 mA:
(Teal är SLAPS vid 800 mA, orange är X-SLAPS vid 800 mA and brun är X-SLAPS vid 500 mA)

Andratonsdistorsion:

Lite mindre vid Id 500 mA än 800 mA för X-SLAPS.

Tredjetonsdistorsion:

Tredjetonsdistorsionen påverkas inte lika mycket av korskopplingen utan är mer beroende av Id-strömmen.
Så här är X-SLAPS med Id 500 mA sämre än SLAPS med Id 800 mA.
Vilket var förväntat.

[solhaga]

Det blir ju ganska varmt i mitt musikrum med tio stycken SLAPS.
Med sommaren i snabbt antågande så är det hög tid att exekvera detta projekt.
X-SLAPS innebär betydligt lägre Id till samma eller rentav bättre prestanda.

Det gick ju an (nåja) att ha experimentbygget ovan på labbänken, men skall jag ha tjugo stycken SLAPS-spolar i musikrummet så får jag nog tänka till lite.

En tanke är att ha separata enheter med nätdel och SLAPS-spolar och en separata slutstegsdelar för varje X-SLAPS.
Då kan de förstnämnda delarna gömmas undan, kanske bakom bashögtalarna.

För sammankopplingen tänkte jag mig fempoliga spisuttag/propp för drain- och sourceströmmarna.
Jag måste även ha över minusmatningen och jord för biasförsörjningen.

Slutstegen, som till stor del består av kylflänsar, tänker jag mig ha ett rack per sida.
Kanske som en till synes enda stor 60x45 cm kylfläns, egentligen bestående av åtta kylflänsar.

En tiokanalig differentiell förförstärkare måste också byggas, här tänkte jag mig fyrpoliga GX12-don per kanal för sammankoppling mellan förförstärkare och slutsteg.
Vanliga RCA-kontakter till DAC:en givetvis.

Det borde väl gå att ha upp till en meter mellan spoldel och slutsteg, det är ju ganska lågimpedivt.
Eller vad tycker ni?

[solhaga]

För sammankopplingen tänkte jag mig fempoliga spisuttag/propp för drain- och sourceströmmarna.
Jag måste även ha över minusmatningen och jord för biasförsörjningen.

En sjupolig släpvagnskontakt är givetvis bättre och billigare.

De enskilda kontaktpinnarna är specificerade upptill 2,5 kvadratmillimeter och jag får plats med spänningen för biasen i samma kontakt.

[Baffel]

Vad är ditt mål om effekt och prestanda ? Vad siktar du på?

[solhaga]

Vad är ditt mål om effekt och prestanda ? Vad siktar du på?

-60 dB för andra övertonsdistorsion samt -80 dB för tredje övertonsdistorsion vid 4 W (diskantförstärkare med IRFP044) respektive 44 W (basförstärkare med IRFP150) med så låg Id som möjligt.
SLAPS klarar redan detta förutom låg Id, men med X-SLAPS kan jag komma ner ytterligare i Id och även förbättra prestanda.

Det övergripande målet med SLAPS/X-SLAPS är dock att ha en strömkran utan NFB.

Aktiv drivning samt lättdrivna högtalare (100 dB/1W/1m för AMT diskant- och mellanregister samt 94 dB/1W/1m för basarna, tre per sida) kompenserar för de förhållandevis låga effekterna.

SLAPS/X-SLAPS dubblerar endast insignalen, så en mellanförstärkare (VAS-steg) med 12 dBs förstärkning krävs.
X-SLAPS kräver dessutom differentiella insignaler.

[solhaga]

[nuffe]

Misstänker att du inte ska bygga bilsläp

Henrik

[solhaga]

Misstänker att du inte ska bygga bilsläp

Henrik

För sammankopplingen tänkte jag mig fempoliga spisuttag/propp för drain- och sourceströmmarna.
Jag måste även ha över minusmatningen och jord för biasförsörjningen.

En sjupolig släpvagnskontakt är givetvis bättre och billigare.

De enskilda kontaktpinnarna är specificerade upptill 2,5 kvadratmillimeter och jag får plats med spänningen för biasen i samma kontakt.

[Maarten]

Vilka projekt du gör, imponerande!

[solhaga]

Vilka projekt du gör, imponerande!

Tack Maarten.

Just nu våndas jag över layouten på själva spollådan.

Klart är att jag skall fånga läckfälten med ett stålbälte/ankare runt respektive spole.
Det kommer att öka induktansen och också göra att de påverkar varandra mindre.

Gör jag lådan rättframt, så blir det de två SMPS-aggregaten längst bak bredvid varandra.
Framför dom så kommer drosseln och reservoarkondensatorerna.
Och längst fram de två SLAPS-spolarna bredvid varandra.
Jag har inte sett någon påverkan av att placera den ena spolen 90 grader gentemot den andra.
Ankarna runt om kommer i alla fall minska behovet av den topologin.
Släpvagnskontakten får plats i nederkant mellan spolarna
Inalles en 350x350x150 mm (bxdxh) stor låda.

Sätter jag sedan fyra små hjul på spollådan, så blir det ju en liten släpvagn.

Lådorna för 4W respektive 44W X-SLAPS blir nog lika som de delarna ser ut idag.
Jag hoppas dock att det skall räcka med två IRFP044 och en kylfläns för 4W samt
fyra IRFP150 och två kylflänsar för 44W.

[solhaga]

En tiokanalig differentiell förförstärkare måste också byggas, här tänkte jag mig fyrpoliga GX12-don per kanal för sammankoppling mellan förförstärkare och slutsteg.
Vanliga RCA-kontakter till DAC:en givetvis.

GX12-donen:


Jag upptäckte att kabeln (den svarta) jag hade tänkt mig inte har individuellt skärmade kabeldelar.
Så det för bli en Cat6 S/FTP-kabel ( det vita) istället. Jag kopplar ihop paren inom varje skärmdel.

[Kraniet]

Ja det ser ut att bli rejält det där.

Har du mätt högre ordningens dist något? I andra trådar har det ju diskuterats att man kanske borde ta med ändå upp till 7e ordningens övertoner.

[solhaga]

Ja det ser ut att bli rejält det där.

Ja, detta är tung hifi!

Har du mätt högre ordningens dist något? I andra trådar har det ju diskuterats att man kanske borde ta med ändå upp till 7e ordningens övertoner.

Jag har funnit att HD av högre ordningar än tre är icke signifikanta i mina mätningar så jag har uteslutit dom här för klarhet.
Jag vet inte om REW mäter mer än 9HD, men det är bara att kryssa i så får man upp till 9HD i alla gjorda mätningar.

Här är ett frekvenssvep av 44W X-SLAPS med IRFP150 vid 1W:


Och ett uteffektsvep av 4W X-SLAPS med IRFP044 från 0,25 W (-28,5 dB) till cirka 10 W (-12 dB) vid 1 kHz:

[solhaga]

Jag har fått tag i lite aluminiumfronter som jag tänker utgå ifrån när jag bygger X-SLAPS-lådorna för själva elektroniken, alltså en låda för allt utom SLAPS-spolarna och nätdelen:


I caddat utförande där mesh-plåten alltså är fronten ovan:

Detta är X-SLAPS för bas, X-SLAPS för SLAM! är hälften så hög.
Kylflänsarna monteras i urtaget baktill.
Förhoppningsvis så lyckas jag att svetsa ihop detta, men fronten blir naturligtvis löstagbar.
Det tillkommer diverse hål för kontakten till SLAPS-lådan, kontakten till förförstärkaren samt för högtalarkablarna.

Så här tänker jag mig layouten för X-SLAPS för bas:

Det blir bara två IRFP150 per sida. Där de mittersta FET:arna nu sitter, skall alltså sourcemotstånden sitta i kylflänsen.
Det kommer att vara två ingångskort eftersom X-SLAPS måste ha differentiell matning.

X-SLAPS för SLAM!

Bara en IRFP044 per sida. Även här två ingångskort.

Så det var ju enkla nötter att knäcka, i morgon skall jag fundera på SLAPS/nätdels-lådan

[solhaga]

En första layout för SLAPS/nätdellådarna:

En fullamatad låda med innehåll enligt ovan kommer att väga över 20 kg, så jag måste fundera ut något riktigt hållbart.
Kanske en plywoodplatta som botten med iskruvade plåtsidor - det låter tveksamt.

Jag tänkte omgärda SLAPS-spolarna med varsitt ankare för att begränsa de magnetiska läckfälten; som ett O kring varje spole.
De minskar de ömsesidiga magnetfälten samt ökar induktansen hos den enskilda SLAPS-spolen.

Ytterligare nio stycken spolstommar under tillverkning.
Kapning:

Svetsning:


Fasning av kant så att kabel får det lite mjukare där:

Tung låda:

[nuffe]

Har du gått över till heavy metal, Solhaga?

Henrik

[solhaga]

Har du gått över till heavy metal, Solhaga?

Henrik

Ja, detta är tung hifi.

[solhaga]

Nio spolstommar klara jämte 20 ankare för befintliga och nya spolar:


Mätning av induktansen vid 100 Hz med UT611 ger 21 mH utan ankare och 22 mH med:

Nu är det inte induktansökningen som är det primära, utan det att begränsa läckfälten mellan de två SLAPS-spolarna som ingår i en X-SLAPS.

[solhaga]

Sågade till lite plywoodbitar för spollådorna:

Några stadiga handtag från Thomann:


De stadiga handtagen behövs; en fullbestyckad spollåda väger 27 kg:

[sammel]

Det blir att köra lastbil till DIY o vintage träffen i höst

[solhaga]

Det blir att köra lastbil till DIY o vintage träffen i höst

Min släpkärra klarar 750 kg, så det är ingen fara.

[sammel]

Det blir att köra lastbil till DIY o vintage träffen i höst

Min släpkärra klarar 750 kg, så det är ingen fara.

Låter bra

[solhaga]

Jag har designat en vagga för SLAPS-spolen med urtag för ankaret:

Det går alltså åt två per SLAPS-spole, fyra totalt per låda.

[solhaga]

Vaggorna fungerade bra och med några 75 cm buntband har jag förankrat de två SLAPS-spolarna.

Så här ser en färdig "Dual SLAPS coils, +/-24V" ut:


von oben:


Försänkta magneter håller ett galler på plats,


så här:


Det är två IRFP150 per ben i 44W-varianten (X-SLAPS för bas):

Enda skillnaderna i 4W-varianten (X-SLAPS för SLAM!) är att matningsspänningen är +/-12V och MOSFET:arna är IRFP044.

Så här blev den aktiva delen, en enkel plåtram runt de två kylflänsarna:




Även här blir det ett galler framför:


Klockar in på 5,2 kg:


Så hela steget (27,2 + 5,2 kg) ger lite mer än en watt per kilogram.

Innan serieproduktion, så måste jag testa om jag har kopplat rätt samt om två färre IRFP150 har gjort någon skillnad vad det gäller ström och reaktiv effekt
samtidigt som prestanda är bättre än single-SLAPS.