Class D-Amps Beschaltung der Lautsprecherleitungen

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Ingolf H. 2 years ago

Hallo Community, ja ich weiss. Diese Frage scheint trivial. Doch um sicher zu stellen, dass ich mir nicht noch mehr von diesen kleinen, aber feinen D-Amps verbrate, hier mal ne grundsätztliche Frage. Denn ich kann einfach nicht nachvollziehen, warum mir dieses Ding sofort abgeraucht ist, nur weil ich den Minuspol beider Lautsprecherausgänge (L/R) auf ein Potential ziehe; somit also praktisch also kurz schliesse. Und zwar folgendes Teil ist mir schlichtweg bei diesem Versuch geplatzt:

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Nun werden einige Leute fragen: "Ja warum musst Du das denn überhaupt kurz schliessen?" Der Hintergrund ist, da ich damit einen 3 poligen 18v Synchronmotor antreiben möchte, wobei ich ein um 90° verschobenes Sinussignal (50 Hz -

67 Hz, wegen Drehzahlumschaltung) auf L und R einspeisen wollte.

Dass das wunderbar funktioniert, weiss ich, da ich diesen Motor einst mit einem Analog-Stereo-Amp Class angetrieben hatte. Doch nun wollte ich diese Mimik etwas Energie-effizienter gestalten und falle bereits bei dem ersten Versuchsaufbau, dh heisst ohne angeschlossenen Motor, aber eingespeistem Signal auf den A...

Kann mir jemand diesen Knoten im Kopf lösen, oder war das einfach Zufall, dass mir genau dabei plötzlich und unerwartet das Ding sofort abrauchte? Wenn es aus irgend welchen Gründen prinzipiell nicht gehen sollte - warum auch immer - sähe ich mich gezwungen, zwei einzelne, galvanisch getrennt versorgte Mono-Amps zu verwenden...

Vielen Dank für Eure Ideen. LG, Ingolf

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Andreas Fecht 2 years ago

Am 26.05.2024 um 08:40 schrieb Ingolf H.:

Bei Class D-Verstärkern ohne dicke Kondensatoren im Ausgang bewegen sich beide Ausgänge + und -. Bei keiner Aussteuerung sind die dann auf halber Betriebsspannung (bei unsymmetrischer Versorgung).

Das ist bei genau so wie bei Brückenendstufen. Wenn man einen Ausgang der einen Endstufe mit einer Anderen verbindet, die vom selben Netzteil versorgt wird, ist das ein Kurzschluss, da die nie das gleiche Potential haben. Da reicht schon der Offsetfehler.

Da kann man nur beheben, wenn man galvanisch getrennt versorgt.

Gruß Andreas

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Marcel Mueller 2 years ago

Am 26.05.24 um 08:40 schrieb Ingolf H.:

Aua!

Da fallen mir jetzt noch mehr Gründe ein. Unter anderem die induktive Last.

Gehe die Sache mal langsam an.

- Checke die Ausgangsbeschaltung des Amps. Evtl. kann man da auch etwas modifizieren.

- Teste erst mal mit Widerständen in Reihe und/oder stark reduzierter Versorgungsspannung und hänge ein Oszi dran, um zu sehen, was da wirklich passiert.

- Schalte eine ordentlichen Kondensator an den Ausgang des D-Amps. Größenordnung ein paar µF. Das mache ich bei Subwoofern auch immer, wenn ich die Bandbreite ohenhin nicht brauche. Das hält unter anderem den Dreck von der Schaltfrequenz fern, zähmt aber eben auch induktive Lasten, wie die vom 4"-Antrieb des Subs.

Naja, dass die Dinger ihre Nennleistung nicht aushalten, ist normal, zumal Audio-Equipment ja auf Crestfaktoren >10 ausgelegt ist. Aber wenn es ihn sofort zerrissen hat, vermute ich ein anderes Problem.

Ich bin nicht sicher, ob das das Problem löst.

Marcel

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Ingolf H. 2 years ago

...

Ah, danke. Ein guter Hinweis. Es war in meiner Testumgebung sowieso der Zweikanaler, sowie der Phasenverschoben-, Ton-gebende Sinusgenerator auf ein und der selben Masse. Das hätte in meiner alten AnalogAmp - Config gewiss ohne Probleme funktioniert. Aber das mit den Schaltstufen bei kleinsten Toleranzen krasse Querströme auftreten können, hätte ich mir auch vorher denken können sollen. ;-)

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Ingolf H. 2 years ago

Am 26.05.24 um 10:00 schrieb Andreas Fecht:

vielen Dank für diese Anregungen. LG I

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Ingolf H. 2 years ago

Am 26.05.24 um 10:22 schrieb Marcel Mueller:

vielen Dank für alle Tips. Der Motor dürfte kaum mehr als 10 Watt haben, also würde dieser Chip bei

24 V pro Kanal kaum über 200mA saugen. Ja, ich denke auch, der induktive Anteil einer Motorwicklung ist gewiss höher als bei einem Woofer. Doch so weit war ich im Detail ja noch gar nicht. Dazu ja auch der Testaufbau, mit dem ich successive das Verhalten der Blindlastanteile, sowie das thermische Verhalten des Class-D Chips am Oszi durchhecheln wollte. Sprich, das Ding brannte bereits ohne angeschlossen Motor, also ohne Last bei "beidkanälig-ausgangsseitig" kurzgeschlossener Masse durch. Hier wird wohl wirklich eine galvanisch getrennte Versorgung helfen, um unerwünschte Querströme durch das Schaltverhalten der Ausgangs(wahrscheinlich)MOSFETs auszuschliessen. Unter Umständen sollte ich vielleicht mal das Motorgehäuse aufschrauben, um zu sehen, ob nicht beide Wicklungen gar völlig getrennt voneinander betrieben werden könnten. Das wäre dann die einfachste Lösung, aber habe ich das noch nicht getan. Denn faul bin ich zu allem Überfluss ja auch noch. ;-)

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Marcel Mueller 2 years ago

Am 26.05.24 um 10:00 schrieb Andreas Fecht:

Das ist kein Allgemeingut. Bei meinem Class-D, ebenfalls die 15€ Chinamann-Klasse (mit IRS2092S) ist das nicht so. Da liegt einer der Ausgangspole fest auf GND.

Aber ja, es ist unterschiedlich.

Marcel

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Axel Berger 2 years ago

Der braucht dann aber ziemlich sicher eine dreipolige Versorgung (+, -,

0). Das will man oft nicht. Die dritte Alternative, dicke Ausgangskondensatoren, sind m.E. zu groß und zu teuer, um in der Praxis eine Rolle zu spielen. Aber vielleicht liege ich falsch.

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Stefan Wiens 2 years ago

[...]

Die analogen Verstärker waren wegen knapp ausgelegter SOA empfindlich gegen induktive Last.

Wenn kontrolliert gebremst werden soll, muss neben der Energie aus der Wicklungsinduktivität auch noch die Rotationsenergie zurückgespeist werden. Ich schätze, so ein Audio-Amp ist damit an mehreren Stellen überfordert.

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Michael Schwingen 2 years ago

Was für ein Verstärkerchip ist da drauf?

Im Text steht was von TDA7498E, auf den Bildern steht 3116 (also vermutlich TPA3116), und beides passt vom Package nicht zu dem, was auf dem Bild als Verstärker bezeichnet wird.

Ist aber egal: beides sind Vollbrücken-Verstärker, d.h. beide Lautsprecherausgänge (also alle 4 Pins bei Stereo) sind der Ausgang einer Halbbrücke. Wenn Du die extern auf irgendein festes Potential legst, schliesst Du einen der interen MOSFETs kurz, das ist kein Wunder, das die das nicht mögen.

Das ist eber auch nicht nötig: jeder der Ausgänge liefert ja bereits Dein Sinussignal, Du musst einfach nur einen der Pins nehmen und nichts brücken - falls die Regelung im IC damit klarkommt, daß der Strom nicht über den 2. Pin zurückfliesst.

Wenn Du ein 3-Phasen-AC-Signal erzeugen willst, brauchst Du aber 3 von diesen Class-D-Kanälen, nicht 2. Die Last (Motor) kommt dann in Dreieckschaltung an die 3 Ausgänge.

cu Michael

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Axel Berger 2 years ago

Dann brauchst Du aber Kondensatoren um den Ausgang gleichstromfrei zu bekommen. Vielleicht ist das in der Anwendung aber egal.

-- /¯\ No | Dipl.-Ing. F. Axel Berger Tel: +49/ 221/ 7771 8067 \ / HTML | Roald-Amundsen-Straße 2a Fax: +49/ 221/ 7771 8069 X in | D-50829 Köln-Ossendorf

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Ingolf H. 2 years ago

Ich schätze bei jeweils 50 oder 67 Hz (und hier sollte nach Umschalten die Ausgangsspanng weniger 10% schwanken!) bräuchte ich je nach tatsächlichen Strombedarf der Motor-Wicklungen gewiss mindestens

2x4700u/35V. In meinem Fall käme das ja noch kostengünstig aus der Grabbelkiste, aber in Serie wäre das bestimmt suboptimal. ;-)

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Ingolf H. 2 years ago

Am 26.05.24 um 12:48 schrieb Stefan Wiens:

Nun, wie bereits gesagt. Mein PLattenspielermotor wurde schon jahrelang in dieser Form von einem ollen 2x30W JVC - Amp getrieben. Inzwischen jedoch wollte ich die ganze Mimik etwas komfortabler gestalten und den ollen JVC von meinem Hifi Rack verbannen. Meine Idee deshalb das ganze nun mit einfachen Class-D Chips zu gestalten.

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Ingolf H. 2 years ago

Am 26.05.24 um 12:56 schrieb Michael Schwingen:

Da bin ich völlig Deiner Ansicht. Es scheint weder ein TDA noch ein TPA Chip zu sein; so denn wohl eine China-Kopie, leider nicht lesbar. Jedoch als Audioverstärker lief er in meinen Tests sehr ordentlich und zufriedenstellend. Selbst der Sound war aus meiner Sicht überraschend aufgeräumt. Ich war übrigens sehr betrübt, dass mir das Ding so sang-undklanglos abrauchte. Denn gleichzeitig ist dieses Ding auch noch eine recht brauchbare Soundkarte für meinen Linux-PC gewesen.

Der Motor ist 2 phasig ausgelegt. Die zweite, gleichwertige Wicklung ist am Stator um 90° verdreht. Heisst, mit einem Class-AB Stereo-Amp bin ich in der Vergangenheit bisher immer wunderbar klar gekommen. Aber wie immer danke, für jeden Denkimpuls.

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Ingolf H. 2 years ago

Vielen Dank. Das wäre wohl die einfachste Lösung, doch würde das Kästchen dann wahrscheinlich zu einen Kinder-Schuhkarton anwachsen. Vorher werde ich also nochmal das Motorgehäuse öffnen und schauen, ob ich nicht gleich dort beide Wicklungen voneinander trennen kann.

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Stefan Wiens 2 years ago

Ich schätze, das sind 2 Phasen (L-Schaltung, 90° versetzt).

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Michael Schwingen 2 years ago

Sind die 2 Wicklungen denn voneinander isoliert? Dann einfach jede Wicklung an einen der Lautsprecherausgänge, fertig.

cu Michael

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Ingolf H. 2 years ago

Am 26.05.24 um 15:50 schrieb Stefan Wiens:

richtig.

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Ingolf H. 2 years ago

Am 26.05.24 um 16:32 schrieb Michael Schwingen:

genau das weiss ich leider noch nicht. Ja, das wäre das beste. & Danke für den Tip

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Michael Schwingen 2 years ago

Wieso will man das gleichstromfrei haben?

Das ist doch im Prinzip das normale Szenario für einen BLDC-Motortreiber (üblicherweise hat man halt 3 Phasen) - also etwa so:

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3 Halbbrücken, und die Motorwicklungen kommen ohne Koppelkondensatoren zwischen die Ausgänge.

Jede der Halbbrücken kannst Du prinzipiell durch einen Ausgangskanal eines Class-D-Verstärkers ersetzen, die 2. Hälfte (aus der beim Audio-Amp das inverse Signal kommt) bleibt ungenutzt offen.

Kommt halt darauf an, wie der Class-D-Verstärker seine Modulation macht. Wenn das klassische PWM abhängig von Eingangssignal ist, sollte es gehen, sonnst kommt es halt auf die Details an.

Ich würde dem OP hier eher einen klassischen BLDC-ESC empfehlen, also sowas:

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und darauf achten, eine Version zu bekommen, für die es Open-Source-Firmware gibt.

cu Michael

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Class D-Amps Beschaltung der Lautsprecherleitungen

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