Hallo Zusammen, ich habe nun meinen ersten Class D Verstärker als Vollbrücke aufgebaut (s. Bild Skizze). An sich sieht es für den ersten Versuche finde ich garnicht mal so schlecht aus. Das Problem welches ich nun habe ist, ich habe ein unsymmetrisches Ausgangssignal (Signalform unterschiedlich sowie nicht symmetrisch um den 0 Punkt gelagert), so als würde eine Halbbrücke nicht richtig arbeiten. Das PWM Ansteuersignal (s. Bild Scope 1 und 3) sieht oky aus. Auch wenn ich mir beide Halbbrücken jeweils einzeln anschaue, sie arbeiten beide. Jedoch ist auffällig, dass die Pegel und das Rauschen der Signale jedoch unterschiedlich sind (s. Scope 9). Der Kanal 3 und meist der untere Sinus ist das Eingangssignal. Bei Scope 9 sieht man sehr gut, die eine Halbbrücke hat eine höhere, jedoch aber rauschendere Amplitude. Die unsymmetrie sieht man auch sehr gut in den Bildern Scope 13 bis 15. Bei Scope 18 finde ich sieht es wirklich so aus, als wenn nur eine hälfte funktioniert. Hat einer von euch eine Idee was hier schief läuft und was ich übersehe? Habe ich einen Konstruktionsfehler? Vielen Dank schon mal!
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Marc M. schrieb: > Hat einer von euch eine Idee was hier schief läuft Vielleicht deine Messung. Wo genau klemmst du denn den GND-Clip des Oszis an, wenn du zwischen den beiden Ausgängen misst? Vielleicht schließt du über den GND-Clip eine deiner beiden Ausgangsspannung gegen Masse kurz. Wenn du auf Nummer sicher gehen willst: miss die Ausgangsspannungen mit zwei Tastköpfen (deren Masse jeweils an den GND deiner Schaltung angeschlossen ist). Und lass das Oszi die Differenz der beiden Kanäle bilden.
Die Unsymmetrie vermute ich in Deinem PWM-Modulator, d.h. die Umsetzung von AnalogSpannung in ein Tastverhältnis ist nicht linear. Du könntest das PWM-Steuersignal mal durch einen RC-Tiefpass filtern und das Resultat oszillographieren, dann siehst Du, ob dieser Fehler schon im Modulator steckt. Es können aber auch Zeitfehler im Leistungsteil sein, unsymmetrische oder zu hohe Totzeiten. Generell bilden sich alle Zeitfehler im PWM-Ausgangssignal als Verzerrungen im rekonstruierten Signal ab. Dazu ein kleines Zahlenbeispiel: Angenommen Du taktest mit 100kHz, also 10us Zyklusdauer. Für einen AsymmetrieFehler des rekonstruierten Signales von 1% wäre das Tastverhältnis mit 49,5% statt 50% anzunehmen. Dem entspräche also ein PWM-Takt mit 4,95us/5,05us statt der idealen 5,0/5,0us. Also führt hier ein Zeitfehler von 0,05us=50ns zu 1% AmplitudenFehler. Bei 500kHz Taktfrequenz wären es nur noch 10ns. Und 1% Amplitudenfehler ist natürlich inakzeptabel... Damit bist Du jetzt am Anfang der Class-D-Lernkurve angelangt. Der nächste Punkt wäre, eine Über-Alles-Gegenkopplung einzuführen, die so einiges wieder gerade biegt. Generell würde ich mal sagen, dass Verzerrungen die man schon auf dem Scope erkennt auch deutlich hörbar sind.
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Danke für die guten ersten Ideen. Leider hatte ich noch keine Zeit neue versuche zu machen. An sich messe ich schon extra mit zwei differenziellen Proben. Kann aber trotzdem mal die Signale einzeln messen und mir dann mal die Differenz anschauen. Die Idee mit den RC-Tiefpass werde ich auch mal verfolgen. Den TP ergänze ich dann zwischen dem Ausgang vom LM555 und dem Eingang vom 4030? Bzgl. der Totzeit; Diese kann ich einmal verringern. Dazu muss ich lediglich den 3,3k Widerstand entfernen. Bzgl. der Über-Alles-Gegenkopllung. Kannst du mir dabei helfen wie ich diese realisiere?! Ich denke ich muss sie über beide Pfade führen. Soweit ich mal gehört habe muss ich diese dann über einen OP vereinen zu einem? Aber da hört es schon auf bei meinem Wissen. Womit muss ich dann das Signal vom OP beim LM555 verbinden? Schon mal Danke!
Ich kriege im Moment (zu kleiner Bildschirm) keinen Überblick über Deinen Schaltplan, aber was meinst Du mit "(PWM) High und Low Side"? High Side sind je die oberen Schalter jeder Brücke, die, deren Source-Potential sich beim Schalten der unteren Schalter - die sind Low-Side - jeweils verändert, es "springt" sozusagen. (Weswegen auch die Treiber-Ausgänge jeweils HO/high-out und LO/low-out heißen.) Ob daran irgendwas liegt, kann ich jetzt nicht sagen, aber es ist jedenfalls äußerst ungewöhnlich, und auch verwirrend.
Dein PWM-Modulator rund um den NE555 ist alles andere, nur kein linearer PWM-Modulator. Um da irgendwie voran zu kommen, solltest Du das mal stückweise in LTSpice simulieren - dabei lernt man die Funktionen der Schaltung kennen ohne magischen Rauch ab zu sondern.
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Oky, also du sagst der lm555 ist alles andere als geeignet?! Das heißt jetzt ich brauche einen anderen PWM-Modulator oder soll ich mit dem lm555 rumsimulieren?! Kann ich nicht mit der Rückführung noch irgendwas retten? Würde ungern von ganz vorne anfangen... muss ja nicht die allerbeste Qualität haben...
Marc M. schrieb: > Oky, also du sagst der lm555 ist alles andere als geeignet?! Das heißt > jetzt ich brauche einen anderen PWM-Modulator oder soll ich mit dem > lm555 rumsimulieren?! > > > Kann ich nicht mit der Rückführung noch irgendwas retten? Würde ungern > von ganz vorne anfangen... muss ja nicht die allerbeste Qualität > haben... Mit einem LM555 hast Du eine variable Frequenz, aber keinen PWM-Modulator. Dir fehlen einfach noch die Grundlagen, deswegen schadet es auch nicht, erst mal mit dem 555 zu simulieren um zu sehen woran es hakt. Du brauchst 2 Stück 555, um einen PWM-Modulator zu realisieren. Es ist mir aber zu mühselig, das jetzt in allen Details vor zu beten - genauso so wie es Dir zu mühselig ist, Dein Konzept über den Haufen zu schmeißen.
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Guten Morgen uC-Forum, ich hatte gestern die Möglichkeit noch etwas rumzutesten. Also die Leistungsstuffe scheint nicht das Problem zu sein. Ich habe inzwischen auch die Totzeit verkleinert. Dazu habe ich den 3,3k Widerstand jeweils entfernt. Den 555 als "PWM Modulator" habe ich inzwischen entfernt und zum Testen der Leistungsendstuffe durch einen Labor-Signalgenerator ersetzt. Siehe da, das Ergebnis kann sich sehen lassen (s. Scope_21). Also scheint wie Mark Space bereits vorhergesagt hat der 555 das Problem zu sein. Nach weiterer recherche im Forum scheint dieser auch defintiv verpöhnt zu sein, selbst für die kleinsten Class D Verstärker. Dabei spielt es auch keine Rolle wie gut der beschaltet ist. Jetzt stellt sich mir nun die Frage, womit moduliere ich mein Signal damit ich ein durchaus akzeptabeles PWM-Signal erhalte. So wirkliche konkrete alternativ Vorschläge finde ich nicht. Dabei ist es mir aktuell auch egal, ob dies ein fertiger Chip ist oder ich ihn diskret aufbauen muss. Viele Grüße
John D. schrieb: > http://www.ti.com/lit/ug/slau508/slau508.pdf Danke John, hört sich gut an. Und dieser wird dann als genauer als ein 555 eingestufft?
Marc M. schrieb: > Oky, also du sagst der lm555 ist alles andere als geeignet?! Das > heißt > jetzt ich brauche einen anderen PWM-Modulator oder soll ich mit dem > lm555 rumsimulieren?! Nein, die Aussage war: Dein Modulator mit dem 555 ist unlinear. Der 555 an sich ist ein geeignetes Bauteil. Du musst ihn nur geeignet beschalten. Pin 5 in der Spannung zu variieren ergibt eine unlineare PWM. Ich hab da nen Dreieckspannungsgenerator gemacht und mit dem Eingangssignal den Strom verändert, der in den Timingkondensator fließt. Schwupp, linear. Allerdings keine PWM mehr; durch Timingeffekte des 555 wird die Schaltfrequenz bei hohen Signalpegeln niedriger. Ist aber ganz praktisch, man kann ne einfache Clipping Detection realisieren und man hat auf dem Leistungsteil nahe Clippinggrenze keine Nadelpulse mehr. Btw: "Diskret" würde ich den nicht nennen. Ich hab bei mir den OPV, 555 und nen 4007er Inverter und sonst nur Transistoren. Und selbst das ist ja schon hochgradig integriert wenn man sich mal anguckt wie viele Transistoren allein 555 und OPV beinhalten.
Mark S. schrieb: > Der nächste Punkt wäre, eine Über-Alles-Gegenkopplung einzuführen, die > so einiges wieder gerade biegt. Bei Halbbrücken sowieso nötig, wegen Bus Pumping. Imho ist im DIY Sektor ne Open Loop Vollbrücke besser. Die paar Bauteile machen den Bock nicht fett, aber man muss sich mit deutlich weniger rumärgern.
Marc M. schrieb: > John D. schrieb: >> http://www.ti.com/lit/ug/slau508/slau508.pdf > > hört sich gut an. Und dieser wird dann als genauer als ein 555 > eingestufft? Ich verstehe die Frage eigentlich nicht. Das ist ein ausführliches Dokument inklusive Simulations- und Messergebnissen. Ob dir <0.1% THD bei 1kHz reichen, musste du wissen.
THOR schrieb: > Imho ist im DIY Sektor ne Open Loop Vollbrücke besser. Ja, der TO hat ja auch eine Vollbrücke, das ist also schonmal kein Problem. Mit dieser Schaltung hier lässt sich mit dem NE555 eine wunderbare PWM erzeugen: http://all-electric.com/schematic/eticircuits/555-triangle-with-independent-slopes.htm
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John D. schrieb: > http://www.ti.com/lit/ug/slau508/slau508.pdf Danke für den Tipp, ist in Arbeit und die Frage ob dieser genau genug ist vergessen wir mal ganz schnell, dumme Frage... :D Aktuell erzeuge ich zum Testen der Leistungsendstufe mein PWM Signal mit einem Laborgerät. Das Problem ist nur jetzt, lege ich als Versorgungsspannung 60V an und steuere den Verstärker voll aus, hätte ich jetzt rein "theoretisch" 120V erwartet. Erhalte aber im besten Fall um die 90V. Jetzt frage ich mich, was funktioniert hier an dieser Stelle noch nicht richtig? - Habe ich die falsche Bootstrapdiode bzw. den falschen oder zu kleinen Bootstrapkondensator? - Hilft mit der Rcharge weiter? - Ist mein Tiefpass falsch dimensioniert und geht hier zu viel Leistung verloren? - Was ich auch schon öfter gesehen habe ist, dass üben den Widerstand zum Mosfet (R20/21) eine Diode eingebaut wird. Welcher Vorteil verbirgt sich hier? Bin auf eure immer guten Ratschläge gespannt!!! Aktuelle Skizze habe ich auch beigefügt. Habe die aktuellen Änderungen mal nur für die eine Seite/Halbbrücke eingezeichnet. Natürlich habe ich es bei beiden angepasst.
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A. D. schrieb: > Mit dieser Schaltung hier lässt sich mit dem NE555 eine wunderbare PWM > erzeugen: > http://all-electric.com/schematic/eticircuits/555-triangle-with-independent-slopes.htm Die ist für Class D überkompliziert. Ich komm da mit 2 Transistoren, dem Timing C und 6 Widerständen aus. Es reicht ja auch völlig aus nur den Strom der Highside zu modulieren denn dadurch ändert sich die Steilheit der fallenden Flanke gleich mit. Für nen FG ist die sinnvoll, wegen der guten Einstellmöglichkeit.
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