Class D-Amps Beschaltung der Lautsprecherleitungen

Am 26.05.24 um 16:52 schrieb Michael Schwingen:

Naja, genau das waren ja meine anfänglichen Gedanken. So sah auch ich generell keine Probleme, das System potentialmässig voneinander zu trennen.

So denke ich, das Hauptproblem dieser ganzen Sache ist eigentlich, dass hier wohl niemand so genau weiss, wie die Chinesen ihr TDA - Class D Stereo Amp-Chip Derivat genau designed haben. Es scheint auch mir alles recht kurios, warum ich bei genau ein und denselben Chip beim Kurzschliessen der jeweiligen "Minuspole" der Lautsprecherausgänge, den Chip per sofort verbrenne, selbst wenn keine Last anliegt (denn die Taktbasis ist mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit nur ein mal vorhanden). Für mich als Pragmatiker, dürften sich bei einem gut designten Class-D Amp ohnehin keinerlei solcher Effekte zeigen, wenn der ausgangseitig nötige Tiefpass ordentlich funktionieren würde. Meine Ideen tendieren hier zwischen Laufzeitdifferenzen, die sich schon bei dieser, eigentlich recht niedrigen Schaltfrequenz (100 - 500 kHz) so sehr manifestieren, dass sich die beiden Ausgangstufen praktisch antiparallel verhalten (viel zu hohe Querströme) und/oder dass der eine Kanal mit aufsteigender und der andere mit absteigender Taktflanke getriggert wird (was dann per se pro Taktzyklus einen Kurzschluss über beide Kanäle fabrizieren würde). Wenn es noch weitere Erklärungen für dieses Verhalten geben könnte, immer her damit. ;-)

vielen Dank

das ist für mich als eingeschworener Linux-User fast schon eine Mission.

;-)

LG Ingolf

jau, genau. Das wäre dann wohl auch mein nächster Schritt, sollten sich die beiden Motorwicklungen als unzertrennbar entpuppen.

Ich habe hier sehr viele Intuitionen erhalten...

Viele Dank - auch an alle anderen - fürs mitdenken!

Am 26.05.24 um 23:43 schrieb Ingolf H.:

Berichtigung: ...voneinander trennen zu müssen.

Dat Dingens ist ja wirklich sehr interessant. Hast Du dafür irgendwo ein Quellcode rumliegen, wo man sich ggf durchwühlen könnte, ob man hier auch an der Phasenverschiebung herumschrauben könnte (3-phasig 120°, aka

Totzeiten o. Ä. sind bei der Schaltung anscheinend kein Thema ...

Der Amp aus deinem Foto besteht höchstwahrscheinlich aus zwei Brückenschaltungen (die Bezeichnung ist nicht zu erkennen). Direktes Verbinden der (-)-Anschlüsse ist da nicht zu empfehlen.

Wie wäre es mit einem Foto oder einer Skizze?

Bei einem Plattenspieler stellt sich auch noch die Frage, ob nicht die PWM in den Tonabnehmerkreis hineinsingt.

Am 27.05.24 um 00:14 schrieb Stefan Wiens:

hmmm, es sind hier ja bereits zwei Kanäle auf einem Chip, welcher von Hause aus bereits für Stereo ausgelegt ist. So sehe ich vom Hersteller keine Veranlassung, jeden Kanal jeweils noch als eine Brücke zu verwursteln. Zumal es für das Class-D Prinzip wohl auch kaum Sinn machen würde; jedenfalls fällt mir dazu keiner ein. (ausser man muss intern die Speisespannungen pushen, aber dazu müsste man ja noch extra eine Verdoppler-Mimik verbasteln, welche dann jeweils externe Ladeelkos bräuchten... oder denke ich hier achteckig?) ;-)

Beste Grüße Ingolf

Am 27.05.24 um 01:07 schrieb Stefan Wiens:

ist die Beschreibung nicht hinreichend genug? Die Skizze würde ja lediglich eine Class-D Stereoverstärkerschaltung, welche statt 2 Lautsprecher zwei Motorwicklungen antreibt, zeigen.- Nur dass jeweils ein Ende der beiden Motorwicklungen bereits irgendwo miteinander verbunden sind.

Es ist ein externer und gut gekapselter Synchronmotor aus dem Hause Transrotor, dessen 2m lange Zuleitung auch noch abgeschirmt ist. Die Distanz zwischen dem gekapselten Motorblock und dem Pickup beträgt ca

Mein Hifi Rack ist generell "EMC-optimiert"; ganz unten liegt der seltenst benutzte Subwoofer, darüber die Stromversorgungseinheit, dann die Endstufen, darüber CD Player, PreAmp und RIAA-Verstärker, bis dann ganz oben zwei Vinyl-Dreher ihren Platz finden. Und ich denke, wenn man bei dieser Konfiguration nicht einmal den CD Player bei Vollaussteuerung in Leerrille hört, dann hoffentlich auch nicht die Oberwellen der PWM.

Viele Grüße, Ingolf

Am 27.05.2024 um 06:34 schrieb Ingolf H.:

Ein weiterer Grund außer die doppelte Ausgangsspannung für die Brückenschaltungen bei Class-D sind EMV-Gründe. Je nach Schaltfrequenz produzieren diese Geräte jede Menge HF-Störungen. Wenn man die Störungen gegenphasig auf den beiden Brückenteilen erzeugt heben die sich idealerweise auf. Man kann auch die Filterdrosseln am Ausgang dann weglassen, dafür ist bei den meisten Kleinstgeräten sowieso kein Platz.

Gruß Andreas

Lautsprecher mögen keine Gleichspannung und Class D soll nur (fast) verlustfrei schalten. Wenn Du nur einen Ausgang zwischen plus und minus hin- und herschaltest, brauchst Du eine künstliche Masse mit allen analogen Verlusten. Zwei Ausgänge gegenphasig gehen mühelos und billig.

Hat der Motor denn nun drei oder vier Anschlüsse und wie sind die Widerstände dazwischen?

Hallo Ingolf,

Das Thema der Brückenschaltung ist hier ja schon thematisiert.

Und wenn? Das sind Oberwellen in Bereichen, die keine Fledermaus mehr hören kann.

Dann nimm eben mal eine Probe der Ausgangssignale und zeige sie hier. Wenn ich ein solches Class-D Endstufenteil entwerfen müsste, dann sähen beide Seiten einer Brücke sicher nicht symmetrisch aus. Meine H-Brückenendstufe war zwar auf 3,5 kV und 20 A ausgelegt, aber das macht wenig Unterschied der Prinzipien. Die eine Seite legt quasi nur die Polarität fest, während auf der anderen Seite der Pegel getaktet wird. Selbstredend willst Du auch bei Lautsprechern das Ganze als induktive Last verstanden wissen und niemals kapazitiv belastet wissen. Du hast also einen Buck-Regler mit schaltbarem Vorzeichen ohne Bindung ans Bezugspotenzial. Alles andere würde die Wärmeentwicklung verdoppeln. Wir haben zuletzt den Buck-Regler von der H-Brücke zur Polaritätsumkehr separiert, weil das dann nur noch einen schnellen "heißen" (=teuren) Schalter bedeutete und dann die Brücke recht langsam und dafür thermisch unkritisch ausfallen durfte. Es ist zwar ein Endstufentransistor mehr, aber die vier Transistoren in der Brücke werden überproportional billiger, wenn sie nur noch mit zweistelligen KHz schalten müssen. Ähnliche Gedanken wird es beim Class-D IC-Design auch geben.

Dann ist recht schnell Ende mit den Vorstellungen, dass man nur ein Brückenzweig gegen Bezugspotenzial treiben möchte. Von derlei Hoffnungen würde ich mich ganz schnell verabschieden. Class-D ist da doch ein wenig komplexer, als "nur" eine PWM-Nachbildung einer analogen AB-Brückenendstufe.

Marte

Die HF kann aber Verzerrungen im Vorverstärker hervorrufen oder wie weit sie sonst kommt.

Am 27.05.24 um 06:34 schrieb Ingolf H.:

Die Veranlassung ist relativ einfach: Ohne Brückenschaltung brauchst du wahlweise eine symmetrische Spannungsversorgung oder zusätzliche Analogtechnik (dicker Elko), um den Gleichspannungsanteil am Ausgang los zu werden. Beides kostet Geld. Eine handvoll zusätzliche Transistoren auf einem Chip hingegen...

Weiterer Grund: Viele hochintegrierte Class-D Verstärker haben Autoradios und batteriebetriebene Geräte (Boombox/etc.) als primären Zielmarkt. Bei den niedrigen dort vorhandenen Speisespannungen lassen sich nur mit einer Brückenschaltung Marketing-konforme Ausgangsleistungen erreichen.

Trennen nicht, aber wenn Du einen der Brückenausgänge fest auf GND legst, mögen die FETs das verständlicherweise nicht.

Nein das verwundert mich nicht (s.o.).

Nein. Jeder der Ausgänge toggelt mit der PWM-Frequenz zwischen GND und VCC. Das einzige, was man da 'dranhängen darf, ist eine Induktivität, aber keinen Kurzschluß.

Auch das wäre nicht verwunderlich. Die 2 Ausgänge *eines* Kanals sollten

TI hat beim TPA3116 extra einen Mode-Eingang, womit man den Chip für Mono-Betrieb brücken kann, dann werden die beiden Kanäle intern mit identischen Signalen angesteuert, daß daß die Parallelschaltung der Ausgänge möglich ist.

cu Michael

Hallo Ingolf,

Du schriebst am Mon, 27 May 2024 06:34:19 +0200:

Ist da eine symmetrische Speisespannung vorhanden oder wird das Ding nur mit Einfachspannung gespeist? Im ersteren Fall _könnte_ es so sein, wie Du meinst, und dann sind die beiden Mittenspannungsanschlüsse der Ausgänge sowieso miteinander verbunden. Im anderen Fall hast Du mit Sicherheit zwei unabhängigee Brücken, und wenn Du da zwei der Halbbrücken miteinander verbindest, geht das genau solange gut, wie beide gleichphasig und mit exakt gleichem Tastverhältnis arbeiten. Ersteres könnte sein, wenn beide Kanäle gleichen Takt kriegen und parallel laufen, letzeres ist bei einem Class-D-_Audio_verstärker fast immer ausgeschlossen. Und bei _jedem_ Unterschied im Tastverhältnis kriegst Du einen vollen "Durchschuß" zwischen dem oberen Transistor der einen und dem unteren der anderen Halbbrücke. Fazit: "Zweiphasig" funktioniert das nicht. Erst dreiphasig geht, weil da je zwei Teillasten sich eine der dann nur drei nötigen Halbbrücken teilen können.

Für Atmel-basierte ESCs sollte sich hier was finden:

Die klassischen Modellbau-ESCs nähern den Sinus mit relativ niedriger PWM-Frequenz an. Für Deinen Zweck wäre evtl. ein modernerer ESC mit FOC (field oriented control) und 32-Bit-ARM als Basis sinnvoller.

Die Idee, einen Class-D-Verstärker als Basis zu nehmen, finde ich jedenfalls nicht optimal - Du brauchst eigentlich nur die Ausgangsstufe, der Modulator davor stört eher.

cu Michael

Am 27.05.24 um 07:42 schrieb Andreas Fecht:

Heureka, Danke! Das ist unbedingt ein hervorragender Vorschlag, den man wirklich in Betracht ziehen sollte. Zumindest dann, wenn man sich zum Perfektionisten gereichen wollte. Mein Ansinnen, übrigens, als nun fast oller Rentner ist, derart seine weiteren Wege zu bestreiten. ;-) Große Grüße, Ingolf

Am 27.05.24 um 22:15 schrieb Michael Schwingen:

Au weia. Ja danke. Es fällt mir wie Schuppen von Augen; na klar, das zusätzliche für den Versuchsaufbau "Auf Masse legen" der Lautsprecherausgänge, muss ja einen echten Kurzschluss bringen. Da kann selbst die intern verbaute Lautsprecher- und Kurzschlußschutzschaltung nicht gegen anstinken. Ich habe bei meinen Meßversuchen von vorn herein einen kapitalen Fehler begangen. Wahrscheinlich wäre es (fast) jeden anderen in dieser Gruppe aufgefallen, wenn ich das Schaltbild meines Messaufbaus hier abgebildet hätte. (aber mit ASCII ist das etwas mühseelig und diese eigentlich recht primitive Meßschaltung sehr einfach mit Worten beschreibbar - das eine oder das andere richtig wäre besser gewesen) ;-)

Danke