Hallo Leute,
ich möchte einen Class-D Amp bauen und habe das mal im Spice simuliert.
Kurze Info vorab:
Ich möchte am Ausgang einen Gatetreiber und Mosfets verwenden, die am
Ausgang eine Rise- / Falltime von ca 300ns haben im Leerlauf (das ist so
gesetzt einfach mal).
Hintergrund ist der: Ich möchte einen System-Demonstrator aufbauen, der
einen Gatetreiber + Leistungsmosfets verwendet, die eigentlich für
Motor-Control Anwendungen gedacht sind (darf hierzu keine näheren
Angaben machen).
Ich habe bei den Halbbrücken wie oben geschrieben im Leerlauf eine Rise-
/ Falltime von ca 300 ns gemessen.
Idee ist, dass man zu Showzwecken das ganze "Zweckentfremdet" um einen
Subwoofer-Verstärker zu bauen.
Ich habe jetzt einfach einen High/Lowside Treiber von LT verwendet und
mit den Gatewiderständen ca die Rise- / Falltime nachgebildet.
Jetzt kenne ich mich leider nicht wahnsinnig mit Audio aus und habe mich
an ein paar Schaltungen im Netz orientiert.
Angefangen habe ich jetzt mit dem LTC6992 Modulator um das Audiosignal
zu modulieren.
Da es ein Subwoofer wird, wird die maximale Audiofrequenz bei ca 120 Hz
begrenzt. Als PWM Frequenz möchte ich 20 kHz verwenden.
Ich hätte allerdings ein paar Fragen bzgl. des Feedback-Loops:
Wie wird dieser korrekterweise realisiert. Ich habe ja damit zu kämpfen,
dass die Busspannung an den Brücken einbricht -> das versucht man damit
ja "auszuregeln".
Ist der LTC6992 überhaupt sinnvoll für diesen Anwendungszweck?
Bzw. hat jemand direkt bessere Ideen wie ich das realisieren könnte?
Danke vorab.
Und noch eine Frage:
Man will bei einem Audioamp ja einen fixen Voltage-Gain haben:
In meinem Fall kann man den Voltage-Gain ja dadurch berechnen, dass man
sagt mit 0.5V Amplitudenausschlag (bei 0.5V Offset) am Modulator
moduliert er die vollen 100% -> Busspannung ist ja auch fix bei 12V.
Aber ich möchte den Voltage-Gain gerne über das Feedback konfigurierbar
machen.
Macht man das dann überhaupt mit dem Feedback in dem Sinne und dient das
Feedback nur um den THD zu verbessern und voltage-gain über
Spannungsteiler / voltage-amp vor dem Modulator ?
MN schrieb:> Aber ich möchte den Voltage-Gain gerne über das Feedback konfigurierbar> machen.
Dann mach das doch. Schalt einen OpAmp vor den Modulator und lege den
gefilterten Ausgang auf den -Input und dein Audio auf den +Input.
Genauso wird das auch in anderen Endstufen gemacht und über die
Widerstände im -Zweig bestimmst du die Verstärkung.
Ob das dann auf einen PWM-Modulator und H-Brücke geht oder auf eine
Class B Endstufe, spielt dabei keine Rolle.
MN schrieb:> Macht man das dann überhaupt mit dem Feedback in dem Sinne und dient das> Feedback nur um den THD zu verbessern und voltage-gain über> Spannungsteiler / voltage-amp vor dem Modulator ?
Deswegen und aus Stabilitätsgründen. Niemand möchte eine Endstufe, die
wegen Drift im Modulator anfängt, DC am Ausgang zu liefern.
Meiner Meinung nach wäre es sinnvoller das ganze freischwingend
aufzubauen, so in Anlehnung an Delta-Sigma-Modulator oder ganz brutal
als Zweipunktregler.
MN schrieb:> Wie wird dieser korrekterweise realisiert. Ich habe ja damit zu kämpfen,> dass die Busspannung an den Brücken einbricht -> das versucht man damit> ja "auszuregeln".
Ja.
Siehe
https://www.intersil.com/content/dam/intersil/documents/an95/an9525.pdfMN schrieb:> Ich habe bei den Halbbrücken wie oben geschrieben im Leerlauf eine Rise-> / Falltime von ca 300 ns gemessen.
Das ist für Audio eine halbe Ewigkeit, eine Grössenordnung zu hoch.
Die MOSFETs lesen sich im Infineon-Werbetext gut, angeblich superschnell
und ultra low gate charge, aber dann stehen dort wahnwitzige 12nF, die
sind völlig ungeeignet, zudem mit ihrer Auslegung nur 40V aber 124A an
der Last von 4 Ohm weit vorbei.
Michael B. schrieb:> Das ist für Audio eine halbe Ewigkeit, eine Grössenordnung zu hoch.
Nun ja, ...
MN schrieb:> Subwoofer ... max. Audiofrequenz bei ca 120 Hz> ... PWM Frequenz möchte ich 20 kHz verwenden.
Das sollte doch locker gehen, falls es dabei bleibt.
Welche weiteren "Entschärfungen" fürs Design ergeben sich evtl. daraus?
(Und: Weitere mögliche Anwendungen der Übermodulation, bzw. sogar
Auslegung der Hardware dafür, für beides, also max. 120Hz-Audio +
bestimmte Motoren?)
Habe am AMP mal weiter simuliert...
Habe die Brückentreiber mal rausgeschmissen, da die so viel
Rechenleistung gefressen haben und die Simulation sehr langsam war.
Ich bin im Netz auf eine Schaltung mit einem TL494 Modulator gestoßen,
die ich jetzt mal zumindest ähnlich nachgebaut habe.
Das Feedback realisiere ich über einen Differenz-Amplifier.
Laut simu geht das recht gut.
Was meint ihr?
MN schrieb:> Was meint ihr?
Schade, ich darf auf diesem Rechner LTSpice nicht installieren.
Aber ganz allgemein - für nur so dermaßen niedrige Frequenz "geht so
einiges". Als Extrembeispiel (aus der reinen Erinnerung):
Ein Bekannter wollte irgendwann um 2010 mal unbedingt aus vorhandenen
Teilen einen solchen Verstärker, ebenfalls nur bis max. 150Hz glaube
ich, bauen. Er hatte auch den TL494 in der Kiste. Und machte alles auf
Lochraster... manno, da war echt vieles "try and error". :-)
Weil er noch dazu weder passende P-Fets für die Endstufe, noch einen
gebootstrappten Gate-Treiber vorrätig hatte, wurde sogar ein GDT
gewickelt (4 Versuche waren nötig, bis der saubere Pulse brachte), dann
noch BD139 und BD140 davor - schon konnten zwei N-Fets benutzt werden.
Ehrlich, ich weiß nicht mehr, wie er den TL494 genau beschaltet hatte.
Jedenfalls waren die Ausgänge parallel ("uncommitted outputs" - Du weißt
ja) an die BDs gekommen, da bin ich recht sicher.
Lustigerweise setzte er nach Tests mit einem "richtigen" LC-Filter
(alles war dabei zur Zufriedenheit - nur war die Drossel vom, und für
den, Ausgang eines Gegentaktwandler-Netzteils...) eine selbstgewickelte
Eisenkern-Drossel aus 50Hz-Schnittband-Kern ein (!).
Die aber koppelte dann plötzlich, iirc, irgendwie (vermutlich kapazitiv)
die Schaltflanken recht stark durch... was den Klang auf nicht
nachvollziehbare Weise zu versauen schien.
Nun wollte er aber nicht mehr in die (ja "funktionierende") Schaltung
der Ansteuerung etc. eingreifen - er wollte das anders lösen... Nach
einer mir nicht bekannten Anzahl diverser Versuche (welche auch immer
genau) stellte sich heraus, daß es akustisch erst mit einem noch
dahinter geschalteten (integrierten) Netzfilter besser wurde.
Am Schluß war das Ding "im Blindtest" (THD nie gemessen) schon in
Ordnung, und brachte auch die gewünschten 400W an 4 Ohm (der TL494
scheint wohl geeignet).
Ich will damit nur sagen: Für 120Hz ist tatsächlich nicht viel nötig -
trotzdem braucht es ein gewisses Minimum. Mach nicht zu_viele
Kompromisse, nimm z.B. gescheite Bauteile. Sonst könnte die Sache
vielleicht im Chaos enden, ein unerwünschtes Ergebnis bringen, oder
zumindest weit mehr Zeit in Anspruch nehmen, als gedacht... :-P
(Sollte übrigens auch - so früh am Morgen, und weil die Resonanz des
Forums noch sehr klein ist - Deine Laune positiv beeinflussen, die
Geschichte. :)
Danke für deine Worte...Das motiviert mich grad total.
Ich frage mich aber ernsthaft: Braucht man den LC-Filter für einen Test
überhaupt? Schlussendlich sind die Lautsprecher bei den
PWM-Switchingfrequenzen ja doch so hochimpedant, dass da kein
ernsthafter Strom mehr fliest. Daher ist es ja eher eine EMV Sachen der
Filter... Bei meinem Rise- / Falltimes mit 300-400 ns glaube kann ich
das aber erstmal entspannt sehen.
Ich habe mein Feedback ja jetzt hinter dem LC-Filter realisiert ->
könnte ich aber genausogut über ein RC Glied machen.
Ich habe ja gesagt ich wollte anfänglich mal 20 kHz anpeilen ->
inzwischen denke ich dass ich auch um die 60 kHz mal anstreben will für
den Anfang um vielleicht doch möglichst viel Audiospektrum mitzunehmen.
MN schrieb:> Ich habe ja gesagt ich wollte anfänglich mal 20 kHz anpeilen ->> inzwischen denke ich dass ich auch um die 60 kHz mal anstreben will für> den Anfang um vielleicht doch möglichst viel Audiospektrum mitzunehmen.
Jaja, Du hast jetzt ein bißchen in LTSpice simuliert, und meinst nun die
Schwierigkeiten gemeistert zu haben. Mit 300ns Totzeit würde ich
bestenfalls ein Subwoofer betreiben. Natürlich könntest Du auch mal in
LTSpice das Verzerrungsspektrum des Ausgangssignales untersuchen - wie
realitätsnah dies ist, weiß ich nicht.
Hallo Leute,
wollte mich nochmal bedanken für euren Support.
@Klaus_Ra : Danke für deinen Tipp -> allerdings bin ich wie du oben
vielleicht gelesen hast, an einen ganz bestimmten Brückentreiber +
Mosfets gebunden, die Verhältnismäßig "lahm" sind. Es gilt quasi das
beste daraus zu machen.
Ich habe mein Feedback-Konzept nochmal überarbeitet.
Habe mich etwas am Referenz-Design des IRS2092 orientiert (das
allerdings mit symmetrischer Spannung arbeitet).
Im Endeffekt ist nur eine der beiden Halbbrücken gefeedbackt (und geht
davon aus, dass sich die andere Equivalent verhält).
Habe auch eine dynamische Ausregelung des DC-Offset realisiert.
Habe mal die ersten THD Messungen gemacht mit 1kHz knapp 1V
Ausgangsamplitude
-> bin jetzt bei > 9% gelandet. Das ist schon sehr viel (allerdings 50
kHz fSW)
Mit 200 kHz sind es ca 2,3%.
Ich glaube es ist jetzt einfach mal an der Zeit, das ganze in der Praxis
auszutesten um mal zu sehen, wie es sich anhört. Werde euch auf jeden
Fall auf Update halten.
Falls jemand weiter simulieren will -> habe es wieder angehängt.
MN schrieb:> Habe mal die ersten THD Messungen gemacht mit 1kHz knapp 1V> Ausgangsamplitude> -> bin jetzt bei > 9% gelandet. Das ist schon sehr viel
Wenn es schon in der Simu derart finster aussieht, wird es in der
Realität wohl auch kaum besser heraus kommen. Aber mach mal, ein jeder
lernt auf seine Art und Weise.
Also Leute,
ich habe die Schaltung mal aufgebaut und ausprobiert:
Das Gute vorweg: Sie funktioniert tatsächlich... zumindest irgendwie ;-)
ich habe ein Problem festgestellt, was den Komparator mit dem Dreieck
angeht:
Im Anhang seht ihr zwei Oszi-Screenshots.
Dunkelblau -> am OC pin gemessen (da sieht man die Dreiecksspannung)
Hellblau -> Referenzspannung (also am IN+)... Liegt auf (1/2)*Supply (um
den Ripple am Buffercap auszuregeln).
Gelb ist am IN- gemessen (also Mix aus Feedback und Inputsignal)
Lila -> modulierte PWM die auf die Halbbrücke geht
Dabei ist mir aufgefallen, dass immer wenn das Dreieck die fallende
Flanke zu 0V zurück macht, am Komparatorausgang "Dreckeffekte" zu sehen
sind und zwei Schaltflanken direkt hintereinander kommen.
Ansonsten läuft im Leerlauf die PWM ganz gut mit 50:50 Dutycycle
Bei dem zweiten Bild habe ich als Eingangssignal einen 1 khz Sinus
reingegeben (da sieht mans auch wieder).. Führt schlussendlich dazu dass
der Ton mit nem hochfrequenten nervigen Pipsen überlagert ist.
Habt ihr Ideen, wie ich das abstellen kann? evtl. müsste ich das
wirklich mal mit einem richtigen Dreiecksgenerator aufbauen?
Deine Bilder zeigen einen Schwarzafrikaner bei Wartungsarbeiten im
St.Gotthardt-Tunnel während eines Stromausfalles. Zweimal als Positiv
und zweimal als Negativ.
Mark S. schrieb:> Deine Bilder zeigen einen Schwarzafrikaner bei Wartungsarbeiten im> St.Gotthardt-Tunnel während eines Stromausfalles. Zweimal als Positiv> und zweimal als Negativ.
Was ein produktiver Beitrag - ich bin fasziniert.
