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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Endstufe / Verstärker


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Autor: Jack (Gast)
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Hallo erstmal,
ich suche einen Versärker (Endstufe), die ca. 100W an 24 Ohm liefert.
Es handelt sich hier um keinen Audioamp sondern um einen speziellen
Messverstärker.
Angeschlossen wird eine Spule mit 2 Ohm und 4,6mH.
Konstante Frequenz von ca. 800Hz

Optimal wäre:
- Einfacher IC-Verstärker
- Geringe Verlustleistung
- Asymetrische Stromversorgung

Hat jemand eine Idee?
Vielen Dank

Autor: cimera (Gast)
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Normaler Verstärker plus Übertrager sollte doch eigentlich ganz gut 
funktionieren. Wobei 50 VRMS auch noch so zu machen sein sollten. Nur 
dann halt wahrscheinlich nicht als Chipverstärker.

Autor: MaWin (Gast)
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Class-D Audioverstärker, Fertigplatine aus China, möglichst ohne Lüfter 
?

Autor: Dieter (Gast)
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50Vrms, also mind. +/-80V (ohne Trafo). Das ist ueber 60V Kleinspannung. 
Da sind Schutzvorschriften zu beachten.

Autor: Dieter (Gast)
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Ansteuerung ueber vollstaendige H-Bridge.

Spicke mal bei Drehstromsinusinverter zur Motoransteuerung mit variabler 
Frequenz und  Spannung.

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Jack schrieb:
> ich suche einen Versärker (Endstufe), die ca. 100W an 24 Ohm liefert.

100W an 24R sind +/- 70V Spitzenspannung. Eine asymmetrisch versorgte 
Schaltung müßte also mit mindestens 150V betrieben werden. Symmetrisch 
mit +/- 75V. Oder zwei Endstufen in Brückenschaltung symmetrisch mit +/- 
40V. Diese letzte Variante ist die einzige, die du mit vertretbaren 
Kosten bekommst.

Oder halt einen Ausgangsübertrager, der die etwas unüblichen 24R deiner 
Last an eher übliche 4..8R heruntertransformiert. Mit 800Hz bist du aber 
für Ferrit etwas niedrig und für Blech etwas hoch. Super wird das nicht.

Autor: Dieter (Gast)
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Mal ein paar Beispiele von Motorsteuerungen H-Bridges, die für Deinen 
Zweck einfach anpassbar wären:

Ein IC mit den notwendigen Fähigkeiten:

INFINEON  TLE52062SAKSA1  Full Bridge Driver, 6V to 40V supply, 5A/1 
Output, TO-220-7
http://ie.farnell.com/infineon/tle5206-2s/ic-h-bridge-driver-5a-to220-7/dp/2215549

Ein Beispiel einer solchen Schaltung:
https://de.aliexpress.com/item/170-Watt-High-Power-H-Br-cke-Dc-steppersteuerpult-steuerbewegungsfahrer-modul-F-r-NMOS-Bremse-Duty/32855298017.html

Das wäre eine zuverlässige inländische Quelle:
https://www.watterott.com/de/L298-Compact-Motor-Driver
6-50V und bis zu 4A

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Wenn sichergestellt ist, dass die Induktivitaet mit 4.6mH konstant 
bleibt und das ganze auch nur bei 800Hz betrieben wird, kann man die 
prima durch einen Serien-C (z.b. den Auskoppel-C) von 8.6µF 
rauskompensieren und man hat eine ziemlich ohmsche Last von 2Ohm (Statt 
der 24 Ohm vorher). Damit ist man dann betriebsspannungsmaessig viel 
naeher an irgendwelchen "normalen" IC-Verstaerkern. Obwohl ich mir da 
schon Sorgen um die Kuehlung machen wuerde.

Gruss
WK

Autor: Jack B. (aldi62)
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Erstmal vielen Dank.
Mir fiel noch folgendes ein: Ok. Chipverstärker hat sich wohl erldigt.
Noch als Zusatz: Das Eingangssignal von 800Hz ist reiner Sinus.
Muss dann eben Kompromisse eingehen.

Warum nicht einfach eine klassische AB-Endstufe mit reichlich
Spannungsversorgung. Muss ja nur "100W" an 23Ohm liefern können.
Habt ihr was als Vorlage? Evt. einfache Schaltung mit einem Paar
MosFet am Ausgang
Grüsse

Autor: Mani W. (e-doc)
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Jack schrieb:
> ich suche einen Versärker (Endstufe), die ca. 100W an 24 Ohm liefert.

Jack schrieb:
> Angeschlossen wird eine Spule mit 2 Ohm und 4,6mH.

Da frage ich mich doch etwas...

Autor: Elektrofan (Gast)
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>> ... die ca. 100W an 24 Ohm liefert.
Wg. der stark induktiven Last wären es eher 100 var.

> Warum nicht einfach eine klassische AB-Endstufe mit reichlich
> Spannungsversorgung.

Ohne Kompensation der Spule bekäme eine AB-Endstufe reichlich
Verlustleistung ab, eben über 100W.
Die Transistoren müssten eine sehr gute SOAR haben und gute Kühlung.

Autor: hinz (Gast)
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Elektrofan schrieb:
> Wg. der stark induktiven Last wären es eher 100 var.

Keine 10W Wirkleistung, da kann das NT recht klein ausfallen.

Autor: i.a. (Gast)
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Mani W. schrieb:
> Jack schrieb:
>> Angeschlossen wird eine Spule mit 2 Ohm und 4,6mH.
>
> Da frage ich mich doch etwas...

Und was? Wieso aus 23,12Ohm Blindwiderstand bei 800Hz durch die 2 Ohm 
noch ein Quentchen mehr Scheinwiderstand wird?

Ganz einfach:

Z = Wurzel aus (X^2 + R^2)

Auf 24 Ohm aufzurunden, ist so gesehen nicht unvernünftig - alleine 
schon
wegen der V_CE und potentiell einbrechender Versorgung.

Dergute W. schrieb:
> Wenn sichergestellt ist, dass die Induktivitaet mit 4.6mH konstant
> bleibt und das ganze auch nur bei 800Hz betrieben wird, kann man die
> prima durch einen Serien-C (z.b. den Auskoppel-C) von 8.6µF
> rauskompensieren und man hat eine ziemlich ohmsche Last von 2Ohm (Statt
> der 24 Ohm vorher). Damit ist man dann betriebsspannungsmaessig viel
> naeher an irgendwelchen "normalen" IC-Verstaerkern. Obwohl ich mir da
> schon Sorgen um die Kuehlung machen wuerde.

Eine schöne Idee, ginge auch mit niedrigerer Versorgungsspannung.

Wie sieht es dazu aus? Sättigt die Spule schon bei den knapp über 2A? 
Das hielte ich für eine Meßanwendung für unwahrscheinlich, aber WeKa 
fragt nicht ohne Grund.

Natürlich könnte man auch eine Endstufe mit ausreichender Spannung 
versorgen, aber wenn man's vielleicht vermeiden kann?

Welche Verzerrungen könnten überhaupt toleriert werden? Möglicherweise 
käme Klasse D überhaupt nicht in Frage? (Könnten da nicht zusätzliche 
Probleme entstehen, wegen der hohen Impedanz?)

Gute Ideen sind eines, aber die perfekte Lösung kristallisiert sich 
meist erst nach Nennung aller Randbedingungen heraus.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Na, dann mal Danke für Deine Erklärungen, das meine ich ernst...

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Ich werfe mal den OPA541 in den Ring zusammen mit dem vorgeschlagenen 
Serien C von 8,6uF (besser 9*1uF parallel wegen den 5A). Dabei reichen 
+/-20V Versorgungsspannung. Die Kondensatoren sollten mindestens auf 35V 
Spannung spezifiziert sein. Am besten gleich 50V-Typen nehmen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jack B. (aldi62)
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Class-D wäre natürlich optimal. Aber mir ist kein Chip bekannt der nicht
für übliche Lautsprecherimpedanzen ausgelegt ist. Die  Boliden wie 
TAS5630
erscheinen mir an dieser Stelle etwas überdimensioniert

Bin jetzt eigentlich auf eine simple Lösung gekommen:
TDA7293 in Brücke. 2x40V DC bei 23 Ohm. Die erforderlichen 100W
würde man so rausbekommen und die Kühlung wäre auch zu handeln.
Was eint ihr?

Autor: ichbin (Gast)
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Moin

Von der Spannungsfestigkeit her gesehen fällt mir der PA04 oder auch der 
PA03 von ehemals APEX, heute Cirrus ein. Allerdings wäre der Leistungs- 
und Preismäßig  etwas reichlich oversized.

ichbin

Autor: hinz (Gast)
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Jack B. schrieb:
> TDA7293 in Brücke. 2x40V DC

Sollte funktionieren.

Autor: Dieter (Gast)
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Und wenn noch mehr Leistung und hoehere Spannung benoetigt wuerde, 
koennte man noch eine Stufe anhaengen mit diskreten Halbleitern.

Mit zweckentfremdeten H-Bruecke (4-Qu) waere der Wirkungsgrad mit 
induktiver Last deutlich besser.

Autor: Dieter (Gast)
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Es gibt noch zu beachten, dass es einen Unterschied beim Betrieb mit 
ohmscher und induktiver Last gibt.

Bei rein ohmscher Last gilt ungefähr, dass für die maximale Aussteuerung 
(Sinus) 100W ungefähr 110W Verlustleistung in der Endstufe anfallen.

Bei rein induktiver Last gilt ungefähr, dass für die maximale 
Aussteuerung (Sinus) 100VA ungefähr 210W Verlustleistung in der Endstufe 
anfallen können. Die sogenannte Entladungsenergien werden auch in der 
Enstufe thermisch umgesetzt.

Autor: Dieter (Gast)
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Und hier ist das Schaltutungsprinzip, wie mit externen Transistoren die 
Leistung (und Verlustleistungsabgabe) des Leistungsverstärker-IC erhöht 
werden kann:

http://www.hifi-forum.de/viewthread-71-7343.html

Autor: hinz (Gast)
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Dieter schrieb:
> Bei rein ohmscher Last gilt ungefähr, dass für die maximale Aussteuerung
> (Sinus) 100W ungefähr 110W Verlustleistung in der Endstufe anfallen.

Bei Klasse A.


> Bei rein induktiver Last gilt ungefähr, dass für die maximale
> Aussteuerung (Sinus) 100VA ungefähr 210W Verlustleistung in der Endstufe
> anfallen können.

Da hast du Wirk- und Scheinleistung aber gehörig durcheinander gebracht.


> Die sogenannte Entladungsenergien werden auch in der
> Enstufe thermisch umgesetzt.

Oh weh.

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Das sind halt ziemliche Holzhammermethoden mit den grossen Endstufen, 
die dann nur die Blindleistung durch die Gegend schaufeln.

Wenn man zwischen den Verstaerkerausgang und den Verbraucher einen 
kapazitiven Spannungsteiler schaltet, dann kann man die olle 
Spulen/Widerstandsimpedanz bei einer Frequenz (z.b. 800Hz) prima auf 
z.B. reelle 4 Ohm transformieren.
Die Werte der Cs waeren dann "oben" 6.1 µF und "unten" (also parallel 
zur Spule) 2.5µF. Also nix exotisches von der Groesse her. Sollten 
bisschen Strom und Spannung abkoennen, wenn da 100W in den 2 Ohm 
umgesetzt werden sollen.
Also nicht grad' Tantalelkos nehmen - eher vielleicht Kondensatoren aus 
der 230V~ Technik.
Dann "sieht" die Endstufe bei 800Hz die RL Kombi als ziemlich ohmsche 4 
Ohm.

Gruss
WK

Autor: Dieter (Gast)
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hinz schrieb:
> Oh weh.

Leider stimmt das. Mit Kondensator als Last würde es natürlich besser 
einleuchten, auch bei A und AB.

Wenn der Verstärker mit einer ohmschen Last betrieben wird und dabei 40V 
5A aufnimmt, bei einer induktiven oder kapazitiven Last (gleicher Betrag 
des Scheinstromes wie bei ohmscher Last) betrieben wird und dabei auch 
40V 5A aufnimmt, wo wird dann diese Verlustleistung als Wärme abgegeben?

Autor: hinz (Gast)
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Dieter schrieb:
> hinz schrieb:
>> Oh weh.
>
> Leider stimmt das. Mit Kondensator als Last würde es natürlich besser
> einleuchten, auch bei A und AB.
>
> Wenn der Verstärker mit einer ohmschen Last betrieben wird und dabei 40V
> 5A aufnimmt, bei einer induktiven oder kapazitiven Last (gleicher Betrag
> des Scheinstromes wie bei ohmscher Last) betrieben wird und dabei auch
> 40V 5A aufnimmt, wo wird dann diese Verlustleistung als Wärme abgegeben?

Nirgends, denn er nimmt sie gar nicht erst auf.

Autor: Tom (Gast)
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Wird das ein Produkt oder ein Versuchsaufbau? Für letzteres würde ich 
einfach für <200€ eine PA-Endstufe nehmen.

Autor: der schreckliche Sven (Gast)
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Bis jetzt hat Jack noch gar nicht verraten, wo die 100 Watt eigentlich 
bleiben sollen. Wird da was bewegt, oder soll das eine Heizung werden, 
mit Verstärker und Spule als Heizelemente? So eine Info würde die 
Diskussion hier auf eine neue Stufe stellen.

Autor: Dieter (Gast)
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hinz schrieb:
> Nirgends, denn er nimmt sie gar nicht erst auf.

Das wuerde eine andere Ansteuerung vorraussetzen. Dies ist beim analogen 
OP, sinusfoermig nicht so gegeben. Also erst immer den worst case 
betrachten.

Was anderes waere es, wenn er 800 Hz Rechteckimpulse naehme, so dass die 
Freilaufphasen zum tragen kaemen.

Autor: hinz (Gast)
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Dieter schrieb:
> hinz schrieb:
>> Nirgends, denn er nimmt sie gar nicht erst auf.
>
> Das wuerde eine andere Ansteuerung vorraussetzen. Dies ist beim analogen
> OP, sinusfoermig nicht so gegeben. Also erst immer den worst case
> betrachten.
>
> Was anderes waere es, wenn er 800 Hz Rechteckimpulse naehme, so dass die
> Freilaufphasen zum tragen kaemen.

Ich bin natürlich von Linearbetrieb ausgegangen.

Autor: Elektrofan (Gast)
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> Ich bin natürlich von Linearbetrieb ausgegangen.

Also: Gegeben sei eine
ideale B-Endstufe bei Vollaussteuerung mit Sinussignal.
Dann werden die Endtransistoren abwechselnd bis zum Anschlag
aufgesteuert, die dabei erreichte Ausgangsspannung sei U.

1.) Belastung mit reellem Widerstand R:
Die Endstufe liefert dann P2=U²/R an den Ausgang und benötigt
dafür eine Eingangsleistung von  P1=P2*4/Pi.
Somit ca. das 1,27-fache von dem, was hinten herauskommt.
(Bei Teilaussteuerung wird der Wirkungsgrad schlechter.)

2.) Belastung mit reiner Induktivität oder Kapazität mit gleicher
Impedanz wie oben:  2*Pi*f*L=R  bzw. 1/(2*Pi*f*C)=R

Die Endstufe muss dafür arithmetisch den gleichen Gleichstrom
auf nehmen, wie oben.
Die Betriebsspannung ist ebenfalls gleich, daher auch die aufgenommene
Leistung.
Bekanntlich verbrauchen (ideale) L bzw. C keine Leistung, im Gegensatz
zum Widerstand unter 1.):

=> Dann landet diese Leistung eben solange bei den Endtranssitoren,
bis die durchlegiert sind ...

Autor: hinz (Gast)
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Elektrofan schrieb:
> Dann landet diese Leistung eben solange bei den Endtranssitoren,
> bis die durchlegiert sind ...

Die hast nicht verstanden was Blindleistung ist.

Autor: Dieter (Gast)
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Elektrofan kann ich nur zustimmen.

Einfach mal mit einem Widerstand und einem Kondensator eine Phase 
durchrechnen, dann sieht man es auch.

Autor: verstärkerguru (Gast)
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Volle Zustimmung zu der Darstellung von Dieter und Elektrofan.


@ hinz:
Es scheint als ob du der Meinung bist, dass bei einer Linearendstufe 
(Klasse A/B/G/H) und reaktiver Last, die Blindenergie zwischen Last und 
Zwischenkreis hin- und herpendeln kann, ganz so wie bei einer 
geschalteten Endstufe.


@ TO,
Ist denn wirklich "nur" ein stationärer Sinusstrom notwnedig ?
Dann scheint eine resonante Halbbrücke eine sehr brauchbare Lösung zu 
sein.
Evtl. mit Nachführung der Schaltfrequenz um den resonanten Betrieb zu 
garantieren.

Autor: hinz (Gast)
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verstärkerguru schrieb:
> @ hinz:
> Es scheint als ob du der Meinung bist, dass bei einer Linearendstufe
> (Klasse A/B/G/H) und reaktiver Last, die Blindenergie zwischen Last und
> Zwischenkreis hin- und herpendeln kann, ganz so wie bei einer
> geschalteten Endstufe.

Das macht sie.

Autor: Mark S. (voltwide)
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hinz schrieb:
> Das macht sie.

genau nicht!

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Ich habe jetzt mal ein Brücken-Endstufe mit +/-3A Laststrom simuliert.

Mit ohmscher Last beträgt die Verlustleistung in den 2 Verstärkern 
insgesamt 36W.
Mit induktiver Last beträgt die Verlustleistung in den 2 Verstärkern 
insgesamt 132W.

Der Grund ist ganz einfach, dass bei fast rein induktiver Last der 
maximale Strom im Nulldurchgang der Spannung auftritt. Da liegen dann 
37V bei 3A an den Endstufentransistoren.

Bei zusätzlicher Verwendung eines 8,6uF Serienkondnesators zur 
Kompensation des Blindwiderstandes der Spule hätte man nur 15W 
Verlustleistung in der Endstufe und das ohne Brückenschaltung.

: Bearbeitet durch User
Autor: Dieter (Gast)
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Danke Helmut fuer die Simulation.

Autor: hinz (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> Ich habe jetzt mal ein Brücken-Endstufe mit +/-3A Laststrom simuliert.

Zeig mal.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Angehängte Dateien:

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hinz schrieb:
> Helmut S. schrieb:
>> Ich habe jetzt mal ein Brücken-Endstufe mit +/-3A Laststrom simuliert.
>
> Zeig mal.

Der 3. Plot (unten rechts) zeigt die Verlustleistung eines Verstärkers.
Mit CTRL linker Mausklick auf die Plotformel wird die mittlere Leistung 
angezeigt. Bei den beiden Brückenverstärkern muss man diese Zahl dann 
noch verdoppeln.

: Bearbeitet durch User
Autor: Dieter (Gast)
Datum:

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Danke für die Demonstration anhand der Simulation. Der Zusammenhang ist 
auch nicht ganz so trivial.

Das zeigt auch schön die Wirkung der Blindleistungskompensation mittels 
Kondensator,  vor allem da nur eine feste Frequenz verwendet wird.

Vermute von Seiten des TO dürften nun klar sein, wo die Fallstricke bei 
der Realisierung liegen dürften.

Der TO möge am Ende sein Feedback zur Realisierung (Erfolge und 
Nichterfolge) nicht vergessen.

Autor: hinz (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Helmut S. schrieb:
>>> Ich habe jetzt mal ein Brücken-Endstufe mit +/-3A Laststrom simuliert.
>>
>> Zeig mal.
>
> Der 3. Plot (unten rechts) zeigt die Verlustleistung eines Verstärkers.
> Mit CTRL linker Mausklick auf die Plotformel wird die mittlere Leistung
> angezeigt. Bei den beiden Brückenverstärkern muss man diese Zahl dann
> noch verdoppeln.

Dank dir, da hatte ich mich verrannt. Rückspeisung ist zwar möglich, 
aber wegen des Aufwands bei Audiokrempel nicht drin. Kompensation ist 
für den TE aber wohl eine probate Lösung, dann kann er soger die TDA7293 
nehmen.

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