Hallo,
die Idee Audio-Leistungsverstärker mit einem Ćuk-Konverter zu
realisieren wurde von Slobodan Ćuk im Jahre 1978 vorgestellt, aber das
Prinzip konnte sich bis heute nicht durchsetzen.
Ich möchte kurz erklären warum:
Die Grundtopologie des Ćuk-Konverters ist aufgrund seiner unipolaren
Ausgangsspannung und der starken Nichtlinearität der Steuerungskennlinie
ungeeignet für den Einsatz in einem AudioLeistungsverstärker. Erst die
Brückenschaltung aus zwei Ćuk-Konvertern (Full-Bridge-Ćuk-Konverter)
kann als Leistungsstufe eines Klasse-D-Verstärkers Verwendung finden.
Der Full-Bridge-Ćuk-Konverter weist für kleine und große
Tastverhältnisse D sehr hohe Ströme in den primären Spulen (?1 und ?3)
auf. Dies hängt mit der niederohmigen Last eines Lautsprechers (4 Ω oder
8 Ω) und durch das Gleichsetzen von Ein- und Ausgangsleistung zusammen.
Daher muss der Aussteuerbereich auf maximal 0,35 ≤ ? ≤ 0,65 begrenzt
werden, um die hohen Ströme zu vermeiden.
In diesem Bereich ist jedoch die Steuerungskennlinie bereits nahezu
linear, weshalb das Verfahren der Vorverzerrung zur Linearisierung der
Steuerungskennlinie des Full-Bridge-Ćuk-Konverter nicht zielführend ist.
Es müssen andere Regelungsmaßnahmen wie die Rückkopplung oder die
One-Cycle-Control-Technik
[http://static.elitesecurity.org/uploads/3/1/3153435/cuk_converter_audio_power_amplifier.pdf]
vorgenommen werden, da auch im linearen Bereich der Steuerungskennlinie
für niedrige Frequenzen nichtlineare harmonische Verzerrungen auftreten.
Insbesondere bei 800 Hz ist der Klirrfaktor sehr hoch. Zu höheren
Frequenzen hin (ab 4 kHz) sind dagegen keine Oberwellen mehr vorhanden.
Darüber hinaus weist die Signalübertragung im Frequenzbereich von 100 Hz
bis 20 kHz keine konstante Übertragungscharakteristik auf, sondern nimmt
zu hohen Frequenzen hin ab. Somit ist der Full-Bridge-Ćuk-Konverter als
Verstärker eher für einen Subwoofer geeignet als für
einen Vollbereichs-Lautsprecher.
Außerdem wird ein Eingangswiderstand benötigt, um die Schaltung zu
stabilisieren. Mit dem Einführen von Widerständen nimmt jedoch auch der
Wirkungsgrad des Wandlers ab, weshalb dieser so klein wie möglich
gewählt werden sollte, was wiederum eine längere Einschwingdauer zur
Folge hat.
Vergleicht man die heute weitverbreitete Vollbrücke mit einem
Full-Bridge-Ćuk-Konverter, so ergeben sich folgende Unterschiede, was
die Bauteile betrifft. Der Full-Bridge-Ćuk-Konverter benötigt vier
Transistoren, zwei gekoppelte Spulen mit einem Kopplungsfaktor 0,8 (bei
diesem Wert wird der Ausgangsstromrippel nahezu eliminiert) sowie zwei
Kondensatoren.
In der Praxis könnte unter Umständen der ohmsche Widerstand der Spulen
?1 und ?3 als Eingangswiderstand ausreichend sein und sei daher
vernachlässigt. Somit ist die Anzahl der Bauelemente nahezu gleich. Es
ist aber wesentlich schwieriger preiswerte gekoppelte Spulen mit einem
Kopplungsfaktor 0,8 auf dem Markt zu finden.
Somit kann man meiner Meinung nach die Idee Audio-Leistungsverstärker
mit einem Ćuk-Konverter zu realisieren in der Schublade wegpacken und am
besten nie wieder rausholen.
Cuk-Konverter_Class-D.png
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Steuerungskennlinie.png
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