Richi´s Lab

 

Jukebox 3

Nach der Jukebox 1 und der Jukebox 2 wollte ich noch eine weitere Evolutionsstufe entwickeln.
Die Anforderungen waren recht ähnlich: möglichst lange Akkulaufzeit, möglichst laut, möglichst mobil und robust. Alle Werte der alten Versionen sollten natürlich übertroffen werden. Zusätzlich wollte ich den Klang verbessern, der bisher weniger im Vordergrund stand.

Um alle Anforderungen umsetzen zu können, wollte ich auf einen LiPo-Akku setzen.
Der Verstärker sollte ein Klasse-D-Verstärker mit hohem Wirkungsgrad werden.
Auch bei den Lautsprechern wollte ich neben einem guten Klang auf einen hohen Wirkungsgrad achten.
Als Signalquelle würde die Jukebox 3 einen selbst gebauten MP3-Player bekommen.

 

Mit etwas Hilfe aus dem Hifi-Forum kamen folgende Breitbandlautsprecher in die engere Auswahl: Mark Audio CHR-70 und Sica LP 165.25 / 280.
Ziel war ein hoher Wirkungsgrad, ein kleines Gehäuse und eine möglichst gute Klangqualität.

Der Lautsprecher von Mark Audio eignete sich recht gut für Bassreflexsysteme. Ich baute ihn daher in ein Bassreflex-Testgehäuse mit 5L Volumen ein.
Der Sica-Lautsprecher spielte in einem gut gedämmten geschlossenen 6L-Gehäuse. Mit eine Kapazität von 440µF in Serie zum Lautsprecher ergab sich ein Konstrukt, welches als GHP (Geschlossen-HochPass) bezeichnet wird und die notwendige Gehäusegröße etwas reduziert.

Ich entschied mich schließlich für das Modell von Sica, da der Aufbau sehr viel lauter spielte.
Von Nachteile war der der weniger kernige Bass und ein etwas unangenehmer Klang, da der Breitbänder im mittleren Frequenzbereich noch ein Sperrglied benötigen würde. Später sollte ein Equalizer den Frequenzgang aktiv entzerren.

 

Die LiPo-Akkus der Stromversorgung lieferte Hopf-Modelltechnik: Achtmal 3,7V und 4Ah. Das entsprach grob überschlagen 140% der Energie eines 7Ah-BleiGel-Akku aber nur 34% des Gewichts!

 

Der fertige Akkupack bestand aus vier Akkupaaren in Serie, was zu 14,8V und 8Ah führte.

 

Zum Laden der LiPo-Akkus wählte ich eine unkonventionelle Methode: Jede Zelle bzw. jedes Zellenpaar sollte über einen eigenen MAX1898-Laderegler geladen werden. So konnte ich mir die Balancer-Schaltung sparen. Dazu wurde jeder IC über ein separates klassisches Netzteil versorgt.

Ein Mikrocontroller konnte die Temperatur der LiPo-Zellen, ihre Spannungen und den Strom aus oder in den Akku überwachen. Auch der Zustand der Lade-ICs wurde zum Mikrocontroller übertragen. Um die Spannungen korrekt messen zu können setzte ich drei Differenzverstärker als Subtrahierer ein. Sie lieferten dem Analog-Digital-Wandler des Mikrocontrollers für jeden Akku eine auf Masse bezogene Zellspannung. Die Strommessung realisiert ein ACS714, ein IC der mit Hall-Messung arbeitete und daher auch potentialfreie Messungen zulies. Für die Versorgung mit 5V setzte ich einen LT1376-Schaltregler ein. Die gewonnen Daten sollten später per SPI-Bus zum "Hauptrechner" übertragen werden.

Eingeschaltet wurde die Jukebox 3 mit einem Taster, der einem Transistor aktivierte. Dessen High-Signal übernahm nach dem Einschalten der Mikrocontroller. Der Tiefentladeschutz hatte einen dominanten Durchgriff.

 

Die zugehörige Platine war zweilagig.

 

Die bestückte Stromversorgungsplatine.
Eine kleine Löt-Herausforderung war auch dabei: Der MAX1898 besitzt ein µMAX-Gehäuse.

 

Der LiPo-Lader machte mir etwas Probleme: Ich hatte die Library des Ladetransistors falsch angelegt, was mir sogleich alle Laderegler zerstörte.

Ich legte die Platine erst einmal zur Seite.

 

Als Klasse-D-Verstärker entschied ich mich für den MAX9708. Er hatte eine hohe Leistung (42W an 4Ohm bei 10%THD) und benötigte keine externen Filter. Der Wirkungsgrad sollte bist zu 87% betragen.

Allzu viele Verstärker mit diesen Eigenschaften gab es nicht, also musste ich mich mit dem TQFN-Gehäuse abfinden.

 

Auf der Verstärkerplatine befanden sich dann drei MAX9708, ein paar Kleinteile und nicht ganz 4000µF Pufferkapazität.

Die verschiedenen Platinen der Jukebox sollten später übereinander montiert werden können.

Der Hauptrechner könnte die Verstärker einzeln aktivieren und ihren Status auslesen.

 

Eigentlich wollte ich die QFN-ICs mit einem Heißluftgebläse und viel Fingerspitzengefühl auflöten aber ich hatte schließlich doch Zugang zu einem Infrarot-Ofen.

Ohne Pastenschablone war das Aufbringen der Lötpaste eine Herausforderung. Mit einer Pinzette versuchte ich die Paste dorthin zu verteilen wo ich sie haben wollte.

 

Nach dem Aufsetzen der ICs hoffte ich, dass das Selbstausrichten beim Löten den Rest der Arbeit übernehmen würde.

 

Beim Infrarot-Ofen handelte es sich um ein bekanntes chinesisches Modell.
Die kleinere Version besitze ich mittlerweile selbst.

 

 

Das noch nicht nachgearbeitete Ergebnis. Viele Lötbrücken gehörten zum Design beabsichtigt.

Ich entfernte so gut es ging die unerwünschten Lötbrücken und prüfte schließlich auf Masseschlüsse und andere Kurzschlüsse. Es schien alles korrekt verbunden zu sein.
Eine Portion Leiterplattenreiniger sorgte schließlich für ein gutes Erscheinungsbild.

 

Insgesamt lötete ich auf diese Weise zwei Platinen also sechs QFN-Packages und alle funktionierten.

 

Die Hauptplatine sollte das erste Projekt mit einer vierlagigen Platine werden.

Um einen MP3-Player ohne übermäßig viel SW-Arbeit realisieren zu können wählte ich einen Vinculum VNC1L USB-Host, als MP3-Decoder setzte ich einen VS1003 ein.
Zusätzlich wählte ich einen SI4701 als RDS-Radio und einen B6TS-Touchsensor.
Ein 5-Band-Equalizer, ein digitales Potentiometer und ein Analogmultiplexer verwalteten den Audiopfad.

Neben dem Vorhalt einige LEDs ansteuern zu können, hatte ich über zwei Stiftleisten einen Vorhalt geschaffen um später ein Bluetoothmodul anstecken zu können. So hätte man Handys mit der Jukebox koppeln können.

 

Die Platine fertigte wie üblich Q-PCB.

 

Mit dem SI4701 hatte ich wieder ein QFN-Package, welches sich allerdings auch wieder problemlos auflöten lies.
Was hier etwas unschön aussieht waren die Reste von no-clean-Flussmittel und Flussmittelreiniger.

 

So sah der letzte Stand der Hauptplatine aus. Viele Funktionen hatte ich nicht mehr getestet.

Die Prioritäten hatten sich geändert. Außerdem schreckte ich vor der Programmierarbeit zurück.

 

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