Ich plage mich gerade mit der Frage herum, ob man mit solchen IGBT-Blöcken Audio-Endstufen bauen kann oder ob das zum Scheitern verurteilt ist. In der Jugend habe ich bereits Endstufen gebaut, aber das waren alles rein bipolare Aufbauten und später dann Class-D-Endstufen (mit den Tripath-ICs und eine mit Sigma-Delta-Modulator). Die Class-D-Endstufen waren mit MOSFETs bestückt, aber eine lineare (Class A/B) Endstufe mit MOSFETs war nicht dabei. Diese Blöcke bieten eigentlich alles was man braucht, Spannungsfestigkeit, Stromtragfähigkeit, 1,25kW maximale Verlustleistung. Eigentlich müsste das doch möglich sein, es gab ja auch MOSFET-Endstufen, die zwei gleiche N-Kanal-Typen eingesetzt haben bevor leistungsstarke P-Kanal-Typen verfügbar wurden. Was ich nicht weiß, wie schneiden diese Leistungsmodule, die beide IGBTs für eine Halbbrücke beinhalten, im Linearbetrieb ab? Kriegt man die irgendwie kaputt oder ist die Gatespannung das einzige, wo sie nicht sonderlich robust sind? Kann man die überhaupt linear steuern oder verhalten sie sich dann zickig? Hat jemand Erfahrung damit? Für eine gute Fullrange Class-D-Endstufe sind sie leider zu langsam, für eine reine Subwoofer-Endstufe würde es reichen.
Mit solchen Modulen wirst du keine Klangwunder hinbekommen, dich eher wundern wie scheiße die klingen können, solltest du es hinbekommen diese analog in Betrieb zu nehmen.
Das geht durchaus, BTDT. Die Ansteuerung ist etwas aufwändig, und man kämpft mit der Schwingneigung. Die IGBTs haben ja für den Schaltbetrieb eine Recht große Steilheit und ordentlich Gatekapazität. Ich muss mal schauen, ob ich noch Aufzeichnungen hab.
Kannst Du Gründe für Deine Vermutung nennen? Die würden mich
interessieren bzw. falls sie linear schlecht steuerbar sein sollten,
wieso die Vorstufe/Feedback-Loop das nicht bis 20kHz glattgebügelt
bekommen sollte.
MOSFETs haben diesbezüglich die gleichen miesen Eigenschaften - hohe
Gate-Threshold-Spannung und wenn man für Strom und Leistung viele davon
parallel schaltet, gibt's zusätzliche Probleme mit der Stromaufteilung.
> und man kämpft mit der Schwingneigung
Die Probleme hatte ich mit einem meiner eher kleinen bipolaren
Aufbauten. Keine Ahnung wie das möglich war, aber der fing unter
argwöhnischem Brummen des Netztrafos so gewaltig an zu schwingen, daß
der gute Röhrenfernseher 2..3 Meter vom Basteltisch entfernt nur noch
ein komplett weißes Bild zeigte. Hat das Ding aber überlebt, ist nichts
abgefackelt und kein Transistor hat den Deckel aufgeklappt.
Ben B. schrieb: > aber eine lineare (Class A/B) Endstufe mit > MOSFETs war nicht dabei. Durch die hohe Schwellspannung und Temperaturabhängigkeit, ist es recht tricky, eine analoge MOSFET-Endstufe stabil zu betreiben. Daher hat sich das in der Praxis nicht durchgesetzt, sondern blieb im Experimentalstadium.
In der Elektor 09/95 wurde mal eine IGBT-Endstufe vorgestellt (90W/8Ohm und 160W/4Ohm) mit den IGBTs GT20D101/GT20D201.
Naja es gab durchaus einige gute Endstufen mit V-MOSFETs... also ich würde schon sagen, daß das weit über ein reines Experimental-Stadium herausgekommen ist. Allerdings haben die Hersteller da unter Umständen "geschummelt" und gematchte FETs eingesetzt. Dann wird die Sache einfacher. Für mich hat sich nie die Notwendigkeit für MOSFETs im Stromverstärker ergeben, da die Leistung des treibenden Spannungsverstärkers mit in die Ausgangsleistung einfließt. MOSFETs bringen hier keine Verbesserung, für den Wirkungsgrad einer Class A/B Endstufe ist egal ob der Ausgangsstrom durch den Spannungs- oder Stromverstärker geht, der heizt in beiden genau gleich - mit Ausnahme der Schaltungen, die den Stromverstärker mit 10V weniger Spannung betreiben oder auf die Spitze getrieben Class H Endstufen. Die größeren "meiner" Class A/B Endstufen hätten ~100W direkt nach dem Spannungsverstärker gemacht und nach dem Stromverstärker waren's so um 1000W. Class H Endstufen (Endstufe mit abgestufter Spannungsversorgung) waren zu Zeiten meiner größeren Bauten schon leicht aus der Mode gekommen... zuviel Aufwand für etwas, was Class D damals schon viel besser konnte. > ordentlich Gatekapazität Dazu wollte ich noch schreiben: Wenn man eine Packung FETs parallelschaltet, dann bekommt man die genau so. Das fette IGBT-Modul hat dafür keine Probleme mit der Stromaufteilung, da es ja nur ein einzelner dicker Transistor ist, der den kompletten Ausgangsstrom alleine macht - wofür "normale" Endstufen viele parallelgeschaltete Transistoren brauchen. Was mich interessieren würde: Ich habe was davon gelesen, daß IGBTs im Schaltbetrieb gerne mit negativer Gate-Spannung abgeschaltet werden. Werden die dadurch nur schneller oder sperren sie erst dann sicher? Kann man diese großen IGBTs problemlos auch nur mit positiver Gate-Spannung steuern oder führt das zu Problemen, schlimmstenfalls sowas wie LatchUp oder solchem sicherungsmordenden Kram, den man nicht brauchen kann? Die Dinger haben ja alle einen parasitären Transistor, der aus dem Ding einen Thyristor macht sobald er einmal leitend wird. Edit: > In der Elektor 09/95 wurde mal eine IGBT-Endstufe vorgestellt > (90W/8Ohm und 160W/4Ohm) mit den IGBTs GT20D101/GT20D201. Die kenne ich, allerdings sind das komplementäre IGBTs, die soweit ich weiß sogar speziell für Audio-Schaltungen entwickelt wurden. P-Kanal-IGBTs sind aber selten, die dicken Halbbrücken-Module, die ich im Blick habe, bestehen aus zwei gleichen N-Kanal-IGBTs. Nochmal Edit: Man könnte ja auch einfach mal einen IRS2092 dranbauen und schauen was passiert. Ich vermute aber, daß 800kHz Schaltfrequenz um den Faktor 4 zu viel sind und das eine Ampere, was der IRS2092 zum Treiben von FETs kann, auch nicht reichen wird.
Ben B. schrieb: > ob man mit solchen > IGBT-Blöcken Audio-Endstufen bauen kann Das grundsätzliche Problem ist, dass viele Module nicht für einen präzisen Schaltbetrieb entwickelt sind, sondern auf Leistung getrimmt wurden. Für Audiostufen brauchst du sehr genaue Schaltvorgänge, insbesondere bei Multi-Stage-Verstärkern, die heute eigentlich Standard sind, weil du sonst zu sehr die Schaltphasen dynamisch anpassen musst, was zu einem schlecht filterbaren Frequenzgemisch führt. Der Schaltvorgang muss nicht beliebig steil sein, Homogenität ist wichtiger. Daher ist da die Temperaturabhängigkeit noch eher ein Problem. > Ich vermute aber, daß 800kHz Schaltfrequenz um den Faktor 4 zu viel Aus Sicht einer guten HF-Repräsentation wäre sogar noch mehr wünschenswert, praktisch laufen die typischen Stufen eher auf der Hälfte und darunter. Die Schaltverluste nehmen sonst überhand. Ein Problem dabei ist, dass viele Module direkt in den Lautsprechern verbaut werden (aktive Monitore haben einige Vorteile), die entstehende Wärme im System aber akustische Probleme macht. Power-Amps mit 1kW und mehr findet man daher eher in externen Gehäusen, hauptsächlich im PA-Bereich. Dort treiben sie die Lautsprecher auch meistens allein. Für hochwertige Anwendungen sitzen bei den Hochtönern immer noch lineare AB-Stufen. Z.T sitzen die auch parallel als Kompensation für die "grobe" Class-D-Technik.
Ursprünglich hatte ich an eine Class A/B Endstufe mit solchen IGBTs gedacht, kein Class D weil mir diese IGBTs dafür zu langsam erscheinen. Die Treiberverlustleistung bei Class-D ist ein Problem, die Tripath-ICs gingen mit der PWM-Frequenz bis in den MHz-Bereich, was mehrere Watt Verlustleistung erzeugte. Allerdings haben die dafür auch einen guten Klang und mit besseren FETs erreicht man mit wenigen Bauteilen richtig viel Bumms. Mal schauen, ich muss mal nachsehen was ich noch an geeigneten Transistoren für eine kleine Vorstufe in der Kiste zu liegen habe. Vielleicht einfach mal sowas zusammenbauen, das IGBT-Modul dran und mal sehen was passiert.
Hallo zusammen, ich habe so einen IGBT Verstärker bzw. zwei Monoblöcke und sie funktionieren sogar beide. Klingen sehr sehr gut sofern ich das beurteilen kann. Komplett anderer Klang als ein reiner Class-D den ich zum Vergleich daneben habe. Sehr scharf und schnell, aber auch viel Power im Bassbereich. Leider musste einer sehr aufwendig repariert werden und der andere brummt etwas. Ersatz für die verbauten Toshiba GT20D101 und GT20D201 zu bekommen ist super schwer. Habe aber witzigerweise noch die Bestellung dieser IGBTs original aus den 90ern, waren schon damals nicht billig :-)
Roman C. schrieb: > Hallo zusammen, ich habe so einen IGBT Verstärker bzw. zwei Monoblöcke > und sie funktionieren sogar beide. Klingen sehr sehr gut sofern ich das > beurteilen kann. Komplett anderer Klang als ein reiner Class-D den ich > zum Vergleich daneben habe. Das Problem ist aber, dass ein Verstärker nicht zu klingen hat. Er soll einfach nur das Eingangssignal unverfälscht um Faktor x verstärken, und das linear über den gesamten Frequenzbereich - es sei denn, er ist für spezielle Zwecke gedacht. Wenn er also anders klingt als "ein reiner Class-D", dann ist mindestens einer von beiden nichtlinear ...
> Das Problem ist aber, dass ein Verstärker nicht zu klingen hat. Er soll > einfach nur das Eingangssignal unverfälscht um Faktor x verstärken, und > das linear über den gesamten Frequenzbereich - es sei denn, er ist für > spezielle Zwecke gedacht. > Wenn er also anders klingt als "ein reiner Class-D", dann ist mindestens > einer von beiden nichtlinear ... Ist nicht einfach umsetzbar mit dicken Fets für hunderte Volt/Ampere. Die haben hohe Schalterluste, wodurch hohe Modulationsfrequenzen schwierig werden. Im Wohnzimmer Class-D sind wir bei 500 kHz - X MHz. Wenn die Leustungsfets mit 200kHz schalten, dann ist das schon ziemlich viel. Mit heutigen SiCs schon möglich, aber vermutlich nicht mit den alten Dingern. Um 20kHz sauber hochaufgelöst, ausgeben zu können braucht es neben der hohen Modulationsfrequenz noch eine ausreichend hohe Auflösung in der Modulation. Oder Kniffe wie Noise-Shaping, beides nicht unaufeändig. Bedingt durch die Schaltverluste, kommend von den Kapazitäten, sind die Ein- und Ausschaltzeiten auch erheblich höher. Die Nulldurchgangsverzerrung durch die hohe Totzeit muss man erstmal rausgeregelt bekommen, auch nicht ganz trivial. Beruflich entwickel ich AC Verstärker, aktuell bis 20kVA. Allerdings nur bis 5 kHz und anwendungsbedingt ohne die Anforderung, einen linearen Amplituden- und Phasengang bis 20 kHz zu haben. Man kann damit Musik hören, geht. THD bis 2 kHz ist mit 0,01% auch nicht schlecht. Aber Musik braucht mehr Bandbreite, das ist kein Vergleich zu einem HiFi-Verstärker. Ich gehe stark davon aus, dass dies genau die beschriebenen, hörbaren Effekte sind, die sich von einer HiFi Anlage unterscheiden. Ach ja, Punch für Bässe haben solche Verstärker natürlich enorm
> Toshiba GT20D101 und GT20D201
Wurden die nicht mal in einem Elektor-Design verwendet? Hast Du diesen
Schaltplan verwendet oder einen anderen?
Die 600V/400A-IGBT-Module für einen Class-D-Verstärker würde glaube ich
nicht so viel Sinn machen, da sie die hohe PWM-Frequenz nicht mögen. Für
eine Bass-Endstufe reichts bestimmt, aber Fullrange Class-D... keine
Ahnung.
Ach ja, wegen "frühen" Class-D-Endstufen... also da ging schon was, muss
man nur mal nach den Tripath-Designs schauen. Die Dinger sollen für
Class-D schon einen sehr guten Klang haben und haben auch Leistungs-FETs
bis in den Mhz-Bereich getrieben, speziell mit Hinweis auf den Nachteil,
daß die Treiberleistung dann mehrere Watt betragen kann. MOSFETs sind da
deutlich schneller als IGBTs, die einfach ihre Zeit zum Sperren brauchen
und sich bei hohen Schaltfrequenzen und zu steilen Flanken ausgesprochen
zickig verhalten können (können FETs bei zu steilen Flanken aber auch).
:
Bearbeitet durch User
Ben B. schrieb: > Wurden die nicht mal in einem Elektor-Design verwendet? Hast Du diesen > Schaltplan verwendet oder einen anderen? Genau, es ist der Schaltplan aus dem Heft von 1995, habe das Original hier liegen. Versteht mich bitte nicht falsch, der IGBT Verstärker klingt sehr sehr gut, und ist deutlich besser als der räusper Teufel 5.1 "Class-D Schrott" den ich dagegen verglichen hatte. Natürlich ist der Unterschied riesig! Der Teufel ist total Basslastig und nicht annähernd so "hochauflösend" nenne ich es jetzt mal. Ein guter DSP ist hier natürlich auch wichtig. An den Lautsprechern sollte es allerdings nicht liegen :-) Ich kann gerne mal den Schaltplan, oder auch den ganzen Artikel hier reinstellen. Was die Endstufen angeht, habe ich sie eigentlich nur zur Reparatur bekommen aber mein Kumpel hat sie seither noch nicht vermisst, aktuell stehen sie aus Platzgründen im Keller. Ist aber ein spannendes Projekt. Am schwierigsten ist die thermische Kopplung der IGBTs, und die Einstellung des Ruhestroms. Wie gesagt, einer der beiden Blöcke brummt noch ein wenig wenn er kalt ist.
Roman C. schrieb: > Ben B. schrieb: >> Wurden die nicht mal in einem Elektor-Design verwendet? Hast Du diesen >> Schaltplan verwendet oder einen anderen? > > Genau, es ist der Schaltplan aus dem Heft von 1995, habe das Original > hier liegen. Man wird solche IGBTs nicht mehr bekommen.
> Genau, es ist der Schaltplan aus dem Heft von 1995, > habe das Original hier liegen. Würde mich interessieren, was Du da zusammengeschraubt hast. Soweit ich mich erinnern kann war die Elektor-IGBT-Endstufe ein vollständig komplementäres Design, heißt ein N- und ein P-Kanal-IGBT im Stromverstärker. Die IGBT-Bricks sind aber alles N-Kanal-FETs... man müsste es also mit einem quasi-komplementären Design aufbauen und ggf. auch mit etwas mehr Spannung, die Power-Bricks können schließlich etwas mehr als irgendwas im TO-247 oder TO-264 Gehäuse...
TO 247 kann locker bis 300V ohne zusätzlichen Aufwand. Mit zusätzlichem Schutz (Isolation, vergossen zb)auch bis 1,2kV. Schließlich gibt es Fets in der Bauform mit Sperrspannungen bis 1,2kV. Aber selbst die 300V sind weit außerhalb dessen, was im Wohnzimmer HiFi verwendet wird. Dort sind ca 30V gängig. Eine hohe Busspannung bringt vorteile bei den Schaltverlusten, da Kapazitäten spannungsabhängig sind. Hier relevant Cds und Cdg. Bei eigenen Tests (Brücke im Leerlauf schalten lassen und dabei Busspannung schrittweise erhöhen) hat sich gezeigt, dass die Schaltverluste erst ansteigen und ab einer gewissen Spannung dann wieder fallen. Auf der anderen Seite reduziert eine unnötig hohe Busspannung aber die Auflösung, da die notwendige Spannung abhängig von der Last, also dem Lautsprecher ist. Wenn dieser nur 30V braucht, man aber 60V oder mehr als Busspannung nimmt, wird man auf <= 50% Modulationsgrad kommen und unnötig Auflösung verschenken. Wenn es die damals verwendeten Bauteile nicht mehr gibt lässt sich das sicher mit mehr oder weniger Aufwand anpassen. Die Vollbrücke an sich samt Gateansteuerung ist bei sowas eigentlich der einfache Part. Das drum herum, Modulation, Filter und Regelung ist das interessante und aufwändige mMn. Gut, Snubber und Clamping können noch etwas Zeit in Anspruch nehmen. Nichts desto trotz wäre auch ich an dem Artikel interessiert.
Die Spannungsfestigkeit des Gehäuses ist nicht das Problem, man bekommt auch 800V oder 1200V IGBTs im TO-247 Gehäuse. Das Problem bei Audio-Endstufen ist die Verlustleistung im Stromverstärker, deswegen werden dort bei hohen Leistungen mehrere parallelgeschaltete Transistoren verwendet, die sich die Verlustleistung teilen. Wenn man an dieser Stelle aber nun IGBT-Bricks verwendet, die deutlich mehr Verlustleistung können, dann wäre eine Schaltung mit entsprechend hoher (möglicher) Betriebsspannung eher passend als eine, die nur +-30V oder so zulässt. Man kann solche Endstufen auch als Class-H Endstufen mit geschalteter Busspannung aufbauen oder man könnte ein Netzteil bauen, was seine Ausgangsspannung dynamisch an die geforderte Leistung (bzw. nötige Ausgangsspannung der Endstufe) anpasst.
Linearbetrieb. Hatte es falsch verstanden, dachte es geht um Schaltbetrieb, Class D.
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