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Hallo, ich spiele gerade mit dem Gedanken, einen (minimalen) Class D Verstärker mittels Mikrocontroller zu realisieren. Ich habe mir dazu von diversen Herstellern entsprechende AppNotes über die grundlegende Funktionsweise durchgelesen. Was ich noch nicht ganz verstehe ist folgendes: Die beiden Ausgänge sind grob gesagt ja immer invertiert zueinander angesteuert, damit der Lautsprecher entsprechend Energie bekommt. Als einzig relevanter ohmscher Widerstand innerhalb der Schaltung ist ja nur der Lautsprecher vorhanden. Wie ist sowas nun gegen vollen Kurzschluss abgesichert? Gerade wenn man die Ansteuerung mit einem Mikrocontroller realisiert, kann es ja am Anfang passieren, dass die Software mal hängen bleibt. Und dann würde doch quasi die Versorgungsspannung kurzgeschlossen, oder? Fügt man generell eine Totzeit in die PWM ein, bei der beide Ausgänge den gleichen Zustand haben? Und wie ist das generell im laufenden Betrieb? Hier wirkt die Filterschaltung als Strombegrenzung, oder? D.h. ich muss die Impedanz der Filterschaltung bei einem PWM-Signal berechnen, um sicher zu stellen, dass mir nix abraucht? Ralf
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Eine wirksame Strombegrenzung mißt den Ausgangsstrom und schaltet im Fehlerfall ab. Die erforderlichen Reaktionszeiten für kurzschlusssicheren Betrieb dürften insgesamt zwischen 10 und 100ns liegen. Genau aus diesem Grunde habe ich diskrete Lösungen schon seit Längerem aufgeben zugunsten von ICs mit integriertem Überstrom- und Übertemperaturschutz.
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Hi Voltwide, das hatte ich befürchtet :/ Mal schauen ob/wie ich das lösen kann. Ralf
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Hallo Ralf, du kannst ja zunächst einfache Widerstände zur Strombegrenzung einbauen. Wenn dann alles funktioniert, kannst du sie wieder entfernen. Entwickeln möchtest du ja sowieso nicht mit einem Lautsprecher, dass könnte bei Testsignalen schnell sehr nervig sein ;-), sondern mit Oszi und einer Widerstandslast. Totzeit musst du einbauen, damit nicht beide Transistoren gleichzeitig durchschalten und die Spannungsversorgung kurzschließen. Es gibt Kontroller, die sowas direkt mit integrieren. Welchen wolltest du denn nehmen? Viele Grüße Moe
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Google mal nach Antikoinzidenzschaltung.
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Ralf schrieb: > ich spiele gerade mit dem Gedanken, einen (minimalen) Class D Verstärker > mittels Mikrocontroller zu realisieren. Wie soll denn das funktionieren? Hier sind aktuell ein paar Punkte zu Class-D angesprochen. Ich habe da auch etwas ganz Einfaches. Beitrag "Re: Trianglewave opamps" mfg klaus
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Hallo zusammen, @Mr Moe: > du kannst ja zunächst einfache Widerstände zur Strombegrenzung einbauen. > Wenn dann alles funktioniert, kannst du sie wieder entfernen. Entwickeln > möchtest du ja sowieso nicht mit einem Lautsprecher, dass könnte bei > Testsignalen schnell sehr nervig sein ;-), sondern mit Oszi und einer > Widerstandslast. Och, ich bin da durchaus tolerant, je mehr es quiekt und schnarrt, desto schneller will man den Fehler finden grins Aber die Widerstände sind ein guter Tip, gerade für den Anfang. > Totzeit musst du einbauen, damit nicht beide Transistoren gleichzeitig > durchschalten und die Spannungsversorgung kurzschließen. Es gibt > Kontroller, die sowas direkt mit integrieren. Welchen wolltest du denn > nehmen? Einen Cypress PSoC 5LP. Die Komparatorausgänge können +-25mA treiben (leider nicht rail-to-rail). Die Hardware-PWM unterstützt invertierte Ausgänge, und eine Totzeit kann man auch mit reinnehmen. @ths: > Google mal nach Antikoinzidenzschaltung. Mach ich, danke =) @Klaus Ra: >> ich spiele gerade mit dem Gedanken, einen (minimalen) Class D Verstärker >> mittels Mikrocontroller zu realisieren. > Wie soll denn das funktionieren? Siehe oben die Erläuterung. Würd ich gern mal so ausprobieren. > Hier sind aktuell ein paar Punkte zu Class-D angesprochen. Ich habe da > auch etwas ganz Einfaches. Danke, les ich mir gleich mal durch. Ralf
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Ralf schrieb: > ich spiele gerade mit dem Gedanken, einen (minimalen) Class D Verstärker > mittels Mikrocontroller zu realisieren. Du hast offensichtlich überhaupt nicht verstanden wie ein Class-D Verstärker funktioniert. Für Audio (20kHz) in normaler Qualität (16 bit) muss der auf 350ps (1/(2^16)/44000) genau schalten (ja, Picosekunden) Wie willst du das mit einem uC getimt hinbekommen ? Kommerzielle schaffen das übrigens auch nicht, aber irgendwo im Nanosekundenreich, daher eher für Subwoofer).
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So genau muß man das auch nicht "timen". Die für Class-D Verstärker sehr gut klingenden Tripath-ICs arbeiten mit 200kHz bis 1,5Mhz Taktfrequenz, nicht mehr. Das ist auch genug, weil die Gates der im Stromverstärker eingesetzten FETs auch noch bei dieser Geschwindigkeit sehr schnell umgeladen werden müssen. Bei zu geringer Taktfrequenz steigen halt die Verzerrungen bei hohen Frequenzen, aber mehr nicht. Die Generation Kopfhörer bemerkt davon nichts. Das D hat wie ich schon woanders schrieb nichts mit "digital" zu tun. Es ist und bleibt eine rein analoge Schaltung, die ein PWM-Signal erzeugt, aus dem mit einem LC-Lowpassfilter das (verstärkte) Audiosignal zurückgewonnen werden kann. Ob mab das nun mit einem µC macht oder mit z.B. einem Sigma-Delta-Modulator ist egal. Das "digital" ist nur ein Werbeversprechen der frühern 80er Jahre, als diese Endstufen aufkamen und "digital" Modernes, Fortschrittliches suggerierte, das D kommt von der fortlaufenden Bezeichnung der Endstufen-Topologie wenn man das so nennen möchte. Für den Audiobereich runtergebrochen könnte das so sagen: Class-A: (Eintakt-) Endstufen mit Konstantstromquelle und 100% Ruhestrom. Auch bekannt als audiophile Heizung. Was an Energie nicht im Lautsprecher landet, wird im Stromverstärker verheizt. Bester Klang, schlechtester Wirkungsgrad. Class-B: (Gegentakt-) Endstufen ohne Ruhestrom. Deutlich besserer Wirkungsgrad als Endstufen in Class-A, allerdings Übernahmeverzerrungen um den Nulldurchgang, wenig bis gar nicht für Audio zu gebrauchen. Wird in Sende-Endstufen mit hoher Leistung verwendet, wo die Verzerrung keine große Rolle spielt. Class-A/B: Wie Class-B, aber mit geringem Ruhestrom. Bedeutet, daß im Bereich des Nulldurchganges beide aktiven Transistoren geringfügig leiten, die Endstufe arbeitet in diesem Bereich als Class-A Endstufe und hat dadurch keine oder nur sehr geringe Übernahmeverzerrungen. Bei höherer Leistung (Ausgangsstrom überschreitet den Ruhestrom) arbeitet die Endstufe als Class-B ohne Ruhestrom. Etwas geringerer Wirkungsgrad als Class-B, aber deutlich besser als bei Class-A. Class-C: HF-Endstufe, benötigt eine abgestimmte Last (Schwingkreis), sonst extreme Verzerrungen. Sehr guter Wirkungsgrad, Standard-Sendeendstufe für kleine bis mittlere Leistungen, für Audio eigentlich uninteressant. Class-D: PWM-Endstufen. Erzeugen ein PWM-Signal und gewinnen das Eingangssignal durch ein LPF zurück. Sehr guter Wirkungsgrad bei hohen Leistungen, meist aber höherer Leerlaufstrom als bei Class-A/B, bedingt durch die Treiberleistung für die PWM-gesteuerten Stromverstärker. Bei geringer Taktfrequenz Verzerrungen bei hohen Wiedergabe-Frequenzen. Sehr gut geeignet für hohe Leistung bei geringer Frequenz (Subwoofer), für HF unbrauchbar bzw. nicht sinnvoll. Class-E und Class-F: HF-Endstufen, für Audio wenig interessant. Class-G: Endstufen mit geschalteter Spannungsversorgung. Der Stromverstärker einer Class-A/B-Endstufe wird bei geringer Leistung mit einer niedrigen Spannung versorgt, bei hoher Leistung wird auf eine höhere Spannung umgeschaltet, dadurch deutlich besserer Wirkungsgrad bei geringer Last. Class-H: Endstufen mit nachgeführter Spannung. Der Stromverstärker einer Class-A/B-Endstufe wird mit einer Spannung betrieben, die (ggf. teilweise) dem Eingangssignal nachgeführt wird. Gewissermaßen übernimmt das Netzteil eine "Grobregelung" und die Class-A/B-Endstufe die Feinheiten. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad gegenüber Class-G weiter, stellt aber hohe Anforderung an das Netzteil (schnell regelbare Ausgangsspannung, hohe Impulsströme durch wenig Siebkapazität). Vielleicht trägt das mal zur Aufklärung bei wo das D herkommt.
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@MaWin: >> ich spiele gerade mit dem Gedanken, einen (minimalen) Class D Verstärker >> mittels Mikrocontroller zu realisieren. > Du hast offensichtlich überhaupt nicht verstanden wie ein Class-D > Verstärker funktioniert. Korrekt. Deswegen wollt ich's ja auch mal probieren :) Ich brauch keine 44kHz und 16-Bit, ich möchte einfach generell Sound damit erzeugen. Da tut's wahrscheinlich auch 8-Bit und 8kHz oder was auch immer, so lange man etwas mehr damit machen kann als einen Lautsprecher mit Rechteck und variabler Frequenz anzusteuern ist das doch schon mal ein Anfang... @Ben B: Vielen Dank für die Erläuterungen, interessant zu wissen was es da so alles gibt und v.a. dass die Reihenfolge "umgekehrt", also Class-A nicht unbedingt das beste ist. Von A bis D kannte ich es schon, aber dass es noch weitere gibt wusste ich nicht. Ralf
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Ben B. schrieb: > So genau muß man das auch nicht "timen". Die für Class-D Verstärker sehr > gut klingenden Tripath-ICs arbeiten mit 200kHz bis 1,5Mhz Taktfrequenz, > nicht mehr. Auch du hast offensichtlich die Funktion eines Class-D Verstärkers nicht mal ansatzweise verstanden. Es kommt nicht auf die Wiederholfrequenz an (solange die hoch genug ist) sondern auf die Präzision mit der die Analogspannung in PWM gewandelt wird, und dabei eben auf die Spannungsauflösung des Vergleichers (10 bit reichen jedrnfalls nicht) und Präzision mit der bei Vergleicherkennung die Endstufe schaltet (ob 2 us später wäre egal, dann aber immer 2.000 us später und nicht einmal 2.001 us). Eine Strombegrenzung im Testexemplar kann man einfach durch eine Srrombegrenzung im Netzteil erreichen, aka Labornetzteil). Ja, mit 8 bit PWM von 1.84MHz konnte man schon im leidigen IBM PC (Standardausstattung - Piepser) krächzig Musik und Sprache wiedergeben.
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Mal wieder typischer MaLose-Bullshit. Für die Endstufe ist die Spannungsauflösung unerheblich, solange die Regelschleife schnell genug ist, so daß man die Fehler nicht hört. Dieses Prinzip nutzt man beim Sigma-Delta-Modulator, der hat nur 1 Bit Auflösung wenn man das so sagen möchte. Diese Ungenauigkeit wird mit einer sehr hohen Abtastrate korrigiert (Oversampling) bzw. mit einem analogen Komparator, der die PWM formt. Der LPF am Ausgang bügelt sowieso die ganze PWM raus, egal wie sie aussieht oder welche genaue Frequenz sie hat. Sigma-Delta-Modulatoren als PWM-Endstufe können ohne feste Taktfrequenz laufen, diese stellt sich durch die Gegenkopplung selber ein und wenn sie hoch genug liegt (Regelschleife schnell genug, geringe Komparator-Hysterese) bleibt davon nach dem LPF nichts übrig, was man hören könnte.
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