Hallo Leute,
ich Teste mich gerade am einem Class D Verstärker. Aber nur an dem
Verstärker, nicht an dem Modulator. Den Modulator möchte ich dann in
einem FPGA erzeugen (Delta Sigma).
Aus dem FPGA würde ich dann das PWM Signal erhalten. Danach würde ich,
wie in der Schaltug zu sehen, die Gatetreiber schalten. Diese bestehen
aus drei Transistoren.
Die Gegentakt- Transistoren sind für das schnelle Laden und Endladen der
Mosfet´s.
Danach kommt die H-Brücke mit den Mosfet´s.
Ich habe zwei Fragen.
1. Wie kann ich an dem Lautsprecher Ausgang den Klirrfaktor bestimmen?
Ich weis wie ich es bei einem Ausgang gegen Masse hinbekomme. Aber nicht
zwischen zwei Ausgangen.
Habt ihr eine Idee?
2. Die Schaltung ist nicht perfekt oder sehr gut. Hättest Ihr anregungen
ider Ideen zur verbesserung? Ich habe sie bis jetzt auf Sinus 1KHz und
Dreieck 250Khz getestet.
Mein Wunsch wäre es eine Schaltfrequenz von 2,5MHZ hinzubekommen.
Was meint ihr? Da bräuchte ich aber bei den Gatetreibern schnelle
Transistoren und bei der H- Brücke schnelle Mosfet´s. Die kann ich aber
bei den LTspice Komponenten nicht finden.
Kann man da welche einbinden oder etwas in der Richtung?
Lg
Wenn du eine Klirrfaktormessbrücke hast, die einfach ein Eingangssignal
misst (und z.B. die 1kHz anregende Frequenz wegfiltert) dann kannst du
sie einfach parallel zum Lautsprecher anschliessen, ein Anschluss wird
mit Masse der Klirrfaktormessbrücke verbunden. Hast du Generator und
Messbrücke in einen, nimm einen Instrumentenverstärker wie INA137.
MOSFETs sind sowieso so schnell wie es dir gelingt die Gate-Kapazität
umzuladen, nimm also die kleinsten die deine Leistung schaffen.
Ansteuer-Bipolartransistoren müssen hohen Umladestrom schalten, moderate
Verlustleistung und ansonsten auch so klein sein wie möglich, BD137 oder
BFQ262, 2SA899.
Ich habe einen D-Verstärker diskret aufgebaut. Das kann man schon
machen, aber die Treiber baust du nicht selber. Die sind nicht schnell
genug. Vor allem nicht, wenn du bis 2,5MHz schalten willst.
Das Problem bei diskreten Treibern ist, dass die Delayzeiten beim Ein-
und Ausschalten gleich sein müssen, damit der Klirr klein wird.
Da gibt es App Notes von International Rectifier. Die solltest du dir
mal ansehen.
Es gibt auch spezielle FETs, die auf diese Schaltfrequenz optimiert
sind.
Aber die schalten mit 400kHz. Das ist schon schnell. Wenn du da noch
mehr willst, dann wird es aufwändig.
Um mal auf die Frage der THD-Messung einzugehen: Zur Messung einer
Vollbrücke brauchst Du einen symmetrischen Eingang. Die üblich
verdächtigen Audio-Line-In-Übertrager scheiden da aus, da sie nicht so
hohe Spannungen verarbeiten können.
Am besten ist es, sich eine USB-Soundkarte mit symmetrischem Eingang zu
besorgen. Den passenden Widerstandsteiler zur Pegelreduktion kann man
sich dann selbst bauen. So jedenfalls habe ich das gemacht, und es
funktioniert gut.
Klaus R. schrieb:> Hallo Robert,> Du möchtest einen Class-D Verstärker diskret aufbauen?> Tu Dir das nicht an wenn er wirklich gut sein soll.
Hab ich schon gemacht, klingt gut, ist billig.
Aber dann mit 250kHz Schaltfrequenz, nicht das 10-fache davon. Warum
übrigens so viel?
Die großen Hersteller machen was zwischen 150k und 1M wobei 200-500k am
häufigsten auftaucht. Kompromiss zwischen Wirkungsgrad und
Kosten/Volumen Tiefpassfilter.
Hallo Leute,
Danke für eure Antworten!
THD / Klirrfaktor wollte ich nicht über eine Schaltung aufbauen sondern
in LTSpice irgendwie in der Simulation darstellen. Wie das bei einem
Ausgang funktioniert weis ich, aber da muss es bestimmt noch eine
möglichkeit geben das im LTspice mit einer einstellung hinzubekommen.
Oder muss ich in der Simulation doch eine Schaltung aufbauen?
Warum in meine Frequenz so hoch wähle!?
Ich habe ein Sinussignal, das jage ich über einen FPGA oder einen DSP
(kommt drauf an wie schnell die Schaltfrequenz nun wird). Abtasten tuhe
ich mit 48KHz. dann möchte ich ein oversampling mindestens 64 machen um
einen guten Klirrfaktor zu erhalten. Ich habe das in Matlab mal
aufgebaut und Simuliert. wenn ich mit 48KHZ taste und einen oversample
von 16 habe, komme ich auf eine Schaltfrequenz von 48khz*16= 768 KHz. Da
entsteht ein THD von 5,16%. Das ist nicht gut.
Wenn ich hingegen ein Overspamling von 64 wähle, 48KHz * 64 = 3,07MHz.
Da habe ich ein THD von 0,3%. wäre akzeptabel.
Deswegen müsste der Verstärker schon im MHZ Bereich arbeiten.
Ich hoffe meine ganze denkweise war jetzt richtig =)
eine Schaltfrequenz von 250KHz diskret habe, dann habe ich im Modulator
ja schon einen THD von mindestens 10%. Das wäre ganz schlecht ;)
Ich stelle euch mal zwei Bilder rein. Einmal mit oversampling 16 und
einmal mit 64. ;)
Habt Ihr eine Idee oder vorschläge wie ich rangehen könnte =)
LG
Robert1301 schrieb:> Ich hoffe meine ganze denkweise war jetzt richtig =)
Nein, ist sie nicht. Nach dem oversampling dezimiert man natürlich noch
in Software. Deine Dezimierung findet in Hardware statt, im
Rekonstruktions-TP. Da jagst du dann MHz drauf, mit Schaltflanken im
10ns-Bereich. Spulen haben parasitäre Kapazitäten, mal drüber
nachgedacht was passiert wenn 10ns Schaltflanken auf 5m
Lautsprecherkabel kommen?
Ich sags gern nochmal: Üblich sind 250-500kHz.
Klirrfaktorbestimmung in LTSpice an einem class-d-amp halte ich für sehr
gewagt, da hier das timing der Schaltvorgänge mit eingeht, und es ist
seeehr fraglich, dass die Modelle das hinreichend genau hergeben.
Was natürlich kein Argument gegen LTSpice sein soll, von dem ich
persönlich eine hohe Meinung habe.
Ansonsten - an analog arbeitenden Class-d-amps wie dem TPA3255 habe ich
bei Taktfrequenzen um 500kHz Klirrfaktoren um 0,0005% gemessen.
voltwide schrieb:> Ansonsten - an analog arbeitenden Class-d-amps wie dem TPA3255 habe ich> bei Taktfrequenzen um 500kHz Klirrfaktoren um 0,0005% gemessen.
Hilft dem TE mit seinem digitalen Class D jetzt nicht so sehr.
Ich merke gerade das ich wirklich falsch gedacht habe :(
hälft mir kurz auf die Sprünge.
Also ich habe meinen Delta sigma modulator.
Da habe ich ein PWM Signal mit einer Frequenz von sagen wir 3,07 MHz.
Das ist ja diskret. Dieses PWM Signal würde ja jetzt aus dem DSP oder
FPGA raus gehen und über die Gatetreiber und dann in die
Verstärkerschaltung (H-Brücke). Da würde doch bis ende der
Verstärkerschaltung dies PWM Signal mit der hohen Schaltfrequenz
anliegen.
Dann würde der Tiefpass Filter nach der H-Brücke kommen und das PWM
Signal wieder in ein analogen Signal wandeln wo die hohen frequenzen
weggefiltert werden. Somit tuhe ich über die Lautsprecherkabel ja keine
MHZ jagen. Sonst würden denke ich ganz viele leute in der umgebung böse
werden ;)
Aber da brauche ich doch trotzdem eine Versträkerschaltung die mir das
hochfrequente PWM Signal verstärkt.
Oder Denke ich wieder falsch?
Robert1301 schrieb:> Ich merke gerade das ich wirklich falsch gedacht habe :(>> hälft mir kurz auf die Sprünge.> Also ich habe meinen Delta sigma modulator.> Da habe ich ein PWM Signal mit einer Frequenz von sagen wir 3,07 MHz.
Eigentlich hast du keine PWM sondern eine Delta-Sigma Modulation.
> Das ist ja diskret. Dieses PWM Signal würde ja jetzt aus dem DSP oder> FPGA raus gehen und über die Gatetreiber und dann in die> Verstärkerschaltung (H-Brücke).
Nope, nach dem DSM wird erstmal auf 250-500kS/s runterdezimiert. FIR
Filter oder sowas.
> Da würde doch bis ende der> Verstärkerschaltung dies PWM Signal mit der hohen Schaltfrequenz> anliegen.
Nee, hier ist jetzt durch die Dezimierung eine Frequenz von zum Beispiel
250kHz. Ab hier kann es wieder PWM sein.
Da du digital arbeitest: Oversampling 48kHz * 64 = 3,072MS/s, dann
dezimieren auf 3,072MS/s/16 = 192kS/s (oder 384kS/s) und dann gibst du
das auf deine Endstufe. Dann hast du die niedrige THD durch dein
Oversampling und trotzdem keine MHz auf der Endstufe.
> Dann würde der Tiefpass Filter nach der H-Brücke kommen und das PWM> Signal wieder in ein analogen Signal wandeln wo die hohen frequenzen> weggefiltert werden. Somit tuhe ich über die Lautsprecherkabel ja keine> MHZ jagen. Sonst würden denke ich ganz viele leute in der umgebung böse> werden ;)
Jain. In der heilen Matlab-Welt hast du Recht. In der Realität sind
Spulen und Kondensatoren keine idealen Bauteile. Ein Elko verhält sich
bei 10MHz wie eine ideale Spule.
Eine Spule hat eine parasitäre Kapazität (da sind Drähte nebeneinander
gewickelt, da gibts ein elektrisches Feld).
> Aber da brauche ich doch trotzdem eine Versträkerschaltung die mir das> hochfrequente PWM Signal verstärkt.
Ja, Pegelwandlung, Gatetreiber, MOSFET-H Brücke.
> Oder Denke ich wieder falsch?
Größtenteils schon. Man KANN das Eingangssignal Delta-Sigma modulieren,
dann auf die Endstufe geben und vom Tiefpass wieder in ein analoges
Signal wandeln lassen. Es gibt da sogar den Trick, die gesamte Endstufe
in den DS-Regelkreis mit einzubeziehen.
Aber das macht man dann ebenfalls mit weniger als 1MHz.
Für nen analogen Class D mit guter THD reicht ein 555, ein paar
Transistoren und 2 FETs. Was du da tust, ist maximal ein Lernprojekt für
Matlab und VHDL.
voltwide schrieb:> THOR schrieb:>> Für nen analogen Class D mit guter THD reicht ein 555, ein paar>> Transistoren und 2 FETs.>> Hast Du dazu auch einen link?
Selbstentwickelt und noch auf 2 Steckbrettern. Durch die Foren-AGB
erscheint es mir auch nicht sinnvoll, das hier hochzuladen.
THOR schrieb:> Selbstentwickelt und noch auf 2 Steckbrettern. Durch die Foren-AGB> erscheint es mir auch nicht sinnvoll, das hier hochzuladen.
Echt komödiantisches Talent, ich lache mich tot! :-))) Immer wieder
lustig und unterhaltsam hier. Vielen Dank für die hervorragend
Bespaßung.
verkehrsstörung schrieb:> THOR schrieb:>> Selbstentwickelt und noch auf 2 Steckbrettern. Durch die Foren-AGB>> erscheint es mir auch nicht sinnvoll, das hier hochzuladen.>> Echt komödiantisches Talent, ich lache mich tot! :-))) Immer wieder> lustig und unterhaltsam hier. Vielen Dank für die hervorragend> Bespaßung.
Ich hab schon drauf gewartet. Wer zuletzt lacht.
voltwide schrieb:> Klirrfaktorbestimmung in LTSpice an einem class-d-amp halte ich für sehr> gewagt, da hier das timing der Schaltvorgänge mit eingeht, und es ist> seeehr fraglich, dass die Modelle das hinreichend genau hergeben.
Hallo, dem stimme ich voll zu. Auch in der Simulation gilt der alte
Spruch : wer mißt, mißt Mist...und warum arbeitest du nicht erst mal mit
einer einfachen Endstufe, anstatt direkt mit einer Brücke zu beginnen?
Ich hatte vor einiger Zeit eine umfassende Dokumentation zur Entwicklung
eines D-Verstärkers gefunden. Stichwort "Sinus-Cosinus-Modulator". Da
waren auch Schaltungen in Spice dabei. Leider habe ich die Links
verloren. Und wenn du was Richtiges aufgebaut hast, dann wirst du um ein
steilflankiges Messfilter nicht herum kommen. Elektor hatte da mal was
entwickelt, als der Class-D Hype begann.
Dein Denkfehler bezüglich der Modulationsfrequenz wurde ja schon
beschrieben.
Viel Spass und Erfolg.
Rainer
Rainer V. schrieb:> und warum arbeitest du nicht erst mal mit> einer einfachen Endstufe, anstatt direkt mit einer Brücke zu beginnen?
Durch das Bus-Pumping der Halbbrücke ist die Vollbrücke für einen
Anfänger imho sinnvoller.
Hallöchen,
ich habe mich mal etwas belesen.
Nun habe ich natürlich ein paar Fragen.
Nach einer Delta Sigma Modulation habe ich ein PWM Signal mit 0 und 1.
Wenn ich jetzt einen Digitalen Filter dahinter schalte, sagen wir einen
FIR Filter, dann bringt mir das was!?
Wenn ich einen FIR Filter einsetze, dann bekomme ich ein Sinus Signal
aber mit Stufen. Sehe ich das richtig?
Aber ich möchte das PWM Signal in der Form ja behalten(0 und 1), nur mit
reduzierter Frequenz. Sonst habe ich ja keinen Class D verstärker mehr
sondern einen AB oder so.
Lg
Robert1301 schrieb:> Nach einer Delta Sigma Modulation habe ich ein PWM Signal mit 0 und 1.
Nein, dann hast du ein Delta-Sigma moduliertes Signal, keine PWM.
Robert1301 schrieb:> Wenn ich jetzt einen Digitalen Filter dahinter schalte, sagen wir einen> FIR Filter, dann bringt mir das was!?
Dezimierung. Du machst Oversampling mit z.B. Faktor 64 und dezimierst
dann runter bis Faktor 8 oder 16. Dann hast du beispielsweise 192kHz PWM
auf der Endstufe (elektronisch einfach beherrschbar mit
Standardbauteilen wie 2n3904 und 2n5551).
Robert1301 schrieb:> Wenn ich einen FIR Filter einsetze, dann bekomme ich ein Sinus Signal> aber mit Stufen. Sehe ich das richtig?
Nein, dann bekommst du schon das Signal, was du abgetastet hast. Wenn
das ein Sinus war, ist es ein Sinus.
Aber die Anzahl Stufen ändert sich: Vorher binär, nachher bei Faktor 8
Dezimierung 256 Stufen. Und die passen genau in ein Byte, wie praktisch!
Und noch praktischer: Bei Hardware PWM wie in vielen Mikrocontrollern
hat man entweder 8 oder 16 Bit Auflösung. Das passt zusammen wie Arsch
auf Eimer!
Robert1301 schrieb:> Aber ich möchte das PWM Signal in der Form ja behalten(0 und 1), nur mit> reduzierter Frequenz. Sonst habe ich ja keinen Class D verstärker mehr> sondern einen AB oder so.
Auch da wieder völliger Denkfehler.
Dir fehlen Grundlagen in digitaler Signalverarbeitung.
Das Prinzip ist: DSM verschiebt durch das Prinzipbedingte massive
Oversampling (Faktor 64 oder noch höher) das Quantisierungsrauschen in
höhere (unhörbare) Frequenzbereiche. Die filtert man dann digital raus
(FIR bietet sich an) bis nur noch das Nutzsprektrum 20Hz-20kHz übrig
bleibt.
Dann hat man aber immer noch die hohe Abtastfrequenz von über 3Mhz. Die
will man nicht auf die Endstufe geben (EMV, Wirkungsgradverlust,
Schwierigkeit die korrekten Schaltzeiten bei allen Temperaturen
einzuhalten).
Daher dezimiert man das wieder auf eine Frequenz die größer als das
Nutzspektrum ist (also über 20kHz). In der Praxis wählt man niedrige
Frequenzen um 100kHz wenn man den Wirkungsgrad verbessern will (aber der
Rekonstruktions-TP wird größer und teuerer) und was in Richtung 500kHz
(seltener 1MHz, bei kleinen Geräten) wenn das Ausgangsfilter klein und
günstig werden soll. Denn je mehr Abstand zwischen PWM Frequenz und
oberer Nutzspektrumfrequenz ist, desto weniger steil muss das Filter
sein. In der Praxis setzt man natürlich immer Filter mit Kondensatoren
und Induktivitäten ein weil die Verlustfrei sind, die Filterordnung ist
also mindestens 2.
Das gibt dann 40dB/Dekade was bedeutet, dass man für 40dB Dämpfung
mindestens 120kHz PWM braucht.
Wenn ich hier schreibe "PWM" dann kann, MUSS das aber nicht wirklich ne
PWM sein. PWM hat konstante Frequenz, es können aber auch
Modulationsarten gewählt werden die keine PWM sind. PWM hat den Nachteil
der dünnen Nadelpulse nahe Vollaussteuerung (Clippinggrenze).
Überall wo ich PWM geschrieben habe, ist einfach die Modulationsart
gemeint, die man auf die Endstufe gibt (also das, was man mit dem Oszi
am Eingang des Ausgangsfilters zu sehen bekommt).
Hallo THOR,
ich Danke dir vielmals für deine ausführlichen Erläuterungen und deiner
Hilfe =)
Ah ok. Das DSM Prinzip habe ich jetzt verstanden =D
Aber eine Frage bleibt mir irgendwie immer noch. Ich habe im Anhang mal
meinen Aufbau und meine Aufzeichnung gehangen. Bei der Delta Sigma
Modulation erhalte ich wir bei den Messungen zu sehen zum schluss eine
Art PWM.
bei einem Class D Verstärker muss ich doch dieses Sigmal dem Verstärker
zu führen. Wenn ich wie im Bild jetzt dezimiere, dann erhalte ich ja
wieder die Form des Sinus. Aber dieses Sigmal dem Verstärker zu geben
würde ja bedeuten das es kein Class D Verstärker wäre. Ich habe immer
die ganze zeit den Gedanken, dass ein Class D Verstärker mit einem PWM
Signal angesteuerut wird.
Dazu habe ich mal zwei Bilder angehangen mit einem Aufbau sowie den
verlauf davon.
Wo mein Verständnis hängt, ist bei dem dezimieren. Der zusammen hang PWM
class D verstärker zu führen und PWM dezimieren davon eine Art Sinus
wieder erhalten und dieses Signal über den Class D Verstärker. Das ist
gerade irgendwie ein hänger bei mir im Kopf. Weist du was ich meine? ;)
LG
Du hast die Dezimierung nicht verstanden. Nach der Dezimierung ist das
Signal immer noch digital, nur statt 3MHz in 2 Stufen (0 und 1) dann zum
Beispiel 3MHz/8 = 384kHz mit 8 Stufen. Und zwar zeitliche Stufen, nicht
von der Amplitude her. Der zeitliche Mittelwert entspricht immer deinem
abgetasteten Signal zum Abtastzeitpunkt, ergo rekonstruiert sich das
Signal im Ausgangs-TP wieder zum abgetasteten Signalwert.
Aber wie gesagt, dir fehlen Grundlagen Digitale Signalverarbeitung,
deswegen siehst du die Unterscheidung zwischen DSM und PWM auch nicht.
Die Spektren sind sehr unterschiedlich. Mehr kann ich dazu nicht mehr
schreiben.
Rainer V. schrieb:> Hallo, dem stimme ich voll zu. Auch in der Simulation gilt der alte> Spruch : wer mißt, mißt Mist...und warum arbeitest du nicht erst mal mit> einer einfachen Endstufe, anstatt direkt mit einer Brücke zu beginnen?
Hallo, auch wenn ich mich wiederhole...und du scheinst ja auch gar keine
H-Brücke zu simulieren! Ist gut so, aber du solltest erst mal ein paar
Tage im Net suchen und dein Verständnis der ganzen Geschichte ein wenig
anheben. Mich dünkt, dass du nicht nur die Dezimierung nicht verstehst!
Sorry, aber lernen mußt du wirklich selbst.
Viel Erfolg und Gruß
Rainer
Hallo Leute,
ich mal wieder :)
So ich habe mich etwas mit dem Thema beschäftigt. Etwas lange, sagen wir
es mal so ;)
Ich habe mir das Oversampling und auch das Downsamling
(FIR-Dezimationsfilter)mal angeschaut. Habe das ganze mal mit meinem
Verständniss in der Angehangenen Grafik zusammen gefasst. Da habe ich
das Oversampling und das Downsampling mal dargestellt.
Nach dem ich es verstanden hatte, und diese Grafik zusammen gebaut habe
bin ich zu meinem Prof. gegangen. Habe Ihn gefragt ob das so richtig
ist, dass ich nach meinem Downsampler das erwartete Delta Sigma
Modulierte Signal bloß mit halber Frequenz wieder erhalte. also nur jede
zweite stelle abtaste beziehungsweise auslese. Er meinte dann zu mir,
nein durch den FIR Filter mache ich wieder ein analoges Signal drauß und
ich würde es zwei mal filtern. einmal mit dem FIR und dann das darauß
entstehende analog signal nochmal mit dem Analog Filter bearbeiten.
Jetzt bin ich wieder verwirrt und weis nun nicht was richtig ist.
Ich hätte mir nämlich jetzt einen schönen Gatetreiber bestellt ( HIP4081
) und damit meine H- Brücke aufgebaut.
Lg Robert
Robert1301 schrieb:> Er meinte dann zu mir,> nein durch den FIR Filter mache ich wieder ein analoges Signal drauß
Nein. Was isn das fürn Professor, das ist doch DSV Grundkenntnis.
lach ;) wunderbar, habe schon gedacht nachdem ich mich darüber belesen
habe, dass ich wieder was falsch verstanden hab;)
Ich werde es mir das ganze mal in einem dsp programmieren und dann über
eine H-Brücke jagen und dann messen. Das mache ich einmal mit
downsampler und ohne. Da kann ich ihm das dann zeigen das er falsch
liegt.
Wenn ich Ihn bei der nächsten Vorlesung nochmal drauf anspreche und Ihn
berichtige oder Ihn auf den stand bringe. was wären da gute Argumente?
beziehungsweise wie erkläre ich ihm das vernüftig kurz und knapp?
Was hälst du von dem HIP4081 also gatetreiberstufe? Wäre glaunbe ich ein
vernünftiger Treiber für eine H-Brücke:)
