[Luk4s]

Hallo Zusammen,
ich präsentiere euch den carrotAmpD, einen Klasse-D-Amp auf der Basis von Standardbauteilen. Der carrotAmpD wurde im Rahmen eines jugend-forscht Prohektes realisiert. Als Topologie wurde der Hysteresemodulator gewählt.
Schaltpläne, layouts, etc. findet ihr auf meiner Homepage http://carrotindustries.net/?pid=20.
Viele Fragen sollte auch die schriftl. Ausarbeitung beantworten http://carrotindustries.net/download/carrotAmpD.pdf

In dem Sinne: Auf die Plätze, fertig, zerfleischen

[Rumgucker]

Hi Luk4s.

Herzlich Willkommen.

So... genug geredet. Nun kommt das

[Bild: 0,1020,55833,00.jpg]

[Captain-Chaos]

Hallo Luke4s,

ebenfalls willkommen

Einen schönen Verstärker hast Du da aus getüftelt, Respekt.

Sag mal, wie ist es mit dem Rauschen? Rauscht der carrotAmpD auch etwas mehr als analoge Verstärker?

Ich hatte eine kleinen Verstärker um das IC IRS2092 gebaut, leider mit leicht erhöhtem Rauschen und sehr hartem Klang(Hysteresse).

[Luk4s]

Rauschen hält sich sehr in grenzen, man muss schon sehr nahe an die Boxen rangehen um ein Rauschen zu vernehmen. Zur objektiven Beurteilung des Klangs fehlen mir leider die notwendigen Messgeräte (oder hat jemand lust mir nen Audio analyzer zu schenken ) Meine Boxen sind auch nicht die Besten. LTSpice hat dem Hystresemodulator jedenfalls einen relativ geringen Klirrfaktor (<0,2%) bescheinigt.

[ChocoHolic]

...mir dünkt, wir Dinosaurier muessen uns warm anziehen.

@ Lukas:
Vermutlich hat deine negative Versorgungsspannung nicht nur unter der Ladungspumpe gelitten.
Der niederfrequente Sägezahnanteil in deinem Screenshot auf Seite 9 sieht nach dem typischen Stabilitätsproblem einiger 79xx-Spannungsreglern aus.
Einzige von mir gefundene Abhilfe waren große Kondesatoren am Ausgang der 79xx. Meistens ist mit 10uF dann Ruhe. Die Datenblattangaben sind oft nicht ausreichend - bzw. nicht jeder 79xx hält sich an das Datenblatt...

Ansonsten würde ich sagen, du bist reif für die Hässlichkeiten der realen Elektronik. Bei deinem Amp meine ich insbesondere Versorgungssapnnungabblockung der Leistungsstufe und Snubber um HF-Schwingungen wegzudämpfen.
Bei kleinen Leistungen tun diese Ärgernisse meist nicht weh, aber bei großen Leistungen werden die davon verursachten Störungen schnell so groß, dass die gesamte Signalelektronik komplett aus dem Tritt kommt.

So als Denkanstoß:
Nimm einfach deinen Schaltplan und male die Induktivitäten deines Layoutes rein. ...ca. 5nH je cm....

[Rumgucker]

Also von der Ausarbeitung her: perfekt!

Wirklich super.

Hab mir eben das Schaltbild geladen. Ein paar Dinge fallen mir gleich auf:

1. sollte der 78L10 ein "low dropout" sein

2. die Erzeugung von VH und VL finde ich nicht so toll. Besonders nicht die erhebliche kapazitive Balastung der Regler. Schwingt das nicht?

3. Wo wird eigentlich "VH" benötigt?

4. ich kann nicht glauben, dass der Modulator wirklich linear arbeitet. Die Verzerungen müssten IMHO bei höheren Aussteuerungen immer höher werden. Das mit den 0,2% finde ich verblüffend.

[Luk4s]

Die bescheuerte Ladungspumpe wurde ja elimiert Dafür braucht der Modulator jezt 2 Spannungen mehr Nen negativen Spannungsregler habsch nirgendwo eingesetzt.
Zur kompletten Verwirrung vom carrotAmpD gibt's einige Versionen
carrotAmpD mit Ladungspumpe und einseitigen Platinen: Völliger Mist, hat gerauscht und gefiept wie nix
carrotAmpD: viele kleine Platinen
carrotAmpDmkII: 1 Kanal auf 1 Platine, seltsame totzeiterzeugung mit dioden
carrotAmpDmkIII: wie mkII, nur bessere Totzeiterzeugung + Ausgangsfilter auf Platine

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von ChocoHolic
...mir dünkt, wir Dinosaurier muessen uns warm anziehen.

Das sieht echt so aus....

...hilft warmes Anziehen denn gegen ansetzenden Rost?

[Luk4s]

@Rumgucker:
1. nö, nur die 100mA Version
2. da schwingt nix, kann auch daran liegen, dass der LM358 relativ träge ist
3. VH und VL versorgen IC3. Dessen Masse liegt auf 2.5V(VL), da der NE5532 kein R2R Opamp ist. Folglich muss dessen VCC auf 7.5V(VH).
4. seh selbst ... http://carrotindustries.net/thd.asc

[Rumgucker]

Hast Recht!



Ich bin fasziniert...

[ChocoHolic]

...uhps, ja keine 79xx, sondern ICL7660.

Zitat:Original geschrieben von Luk4s
2. da schwingt nix, kann auch daran liegen, dass der LM358 relativ träge ist

Bist du ganz sicher?
Keine HF-Schwingungen an den Schaltflanken der MosFets?
...wäre fast ein Wunder...
Diese HF-Schwingungen ergeben sich systematisch aus den parasitären Transistorkapazitäten und Layoutinduktivitäten.
Sieht man bei kleinen Leistungen nur, wenn man sich die Schaltflanken der Halbbrücke sehr genau anschaut.
Ebenso üblicherweiser auch sichtbar am Gatesignal. Typischer Frequenzbereich, je nach Layout und Transistoren: 10MHz..100MHz.
Wobei sich natuerlich auch immer die Frage ergibt, ob es sich um einen Messfehler oder echte HF-Schwingung oder beides handelt.
Tastkopf sollte liebevoll abgeglichen sein und natürlich nicht mit langer Masseleitung messen...

P.S.
Typische Schwingungen der Uds der LeistungsMosfets sehen ähnlich aus wie die kleinen Überschwinger deines PWM-Signals im Totzeit-Schaubild.
Wenn man da reinzoomt....

P.P.S.
Die Überschwinger sind üblicherweise bei den Schaltvorgängen während der Laststrommaxima am deutlichsten sichtbar.


P.P.P.S
Noch ein Bild zu HF-tauglichem Anbringen der Tastköpfe.

[ChocoHolic]

P.P.P.P.S.
Weiß schon, dass Gucki nen anderen Punkt meinte.
Aber so ein Absolutsatz hinsichtlich Schwingungen ist bei class D einfach zu mutig.

Hm, 200ns Totzeit:
Was machen die Verzerrungen bei Lastströmen, die etwas größer sind als der
HF-Ripplestrom des Ausgangsfilters?

[Luk4s]

PUUH....
Der Ripple/die hochfrequenten Störungen auf VH/VL halten sich mit ca. 150mV in grenzen. An denen hängt ja auch nur der Logik-IC + die Paar Kondensatoren dran.
Das Gatesignal hat bedingt durch die 33Ohm serienwiderstände ne Risetime von ca. 120ns
Die Risetime des ausgangssignals beträgt ca. 25ns Nennenswerte Überschwinger hat es keine
Alles im Moment ohne Ausgangsfilter und ohne Last; die Masserverbindung wurde mit einer 1cm Langen Feder hergestellt (so ähnlich wie im Bild gezeigt)
Nochmals zur Spannungsversorgung: Es hat keine negative Spannung, somit auch keinen 79xx oder eine Ladungspumpe.
Was auch zu sagen sei: Der Totzeitscreenshot wurde auf der Platine des carrotAmpD gemacht->keine massefläche
auf der Platine des carrotAmpDmkII sieht das ganze viel besser aus.
bzgl: 200ns; die waren über ein Poti einstellbar, der Poti war bei der Messung am Anschlag f. größte Totzeit. Am anderen Anschlag sind auch keine Querströme bemerkbar :O

PS: Zum Richtigen Messen hab ich auch noch eine Schöne Grafik angefertigt (am carrotAmpDmkII)
[Bild: ring.png]
PINK: Krokoklemme
BLAU: Massefeder

Zitat:Was machen die Verzerrungen bei Lastströmen, die etwas größer sind als der HF-Ripplestrom des Ausgangsfilters?

Kannst du mir das mal genauer erläutern?

[Rumgucker]

Ich bin von Dir und Deinem Amp fasziniert, Luk4s.

[Luk4s]

Danke
Inwieweit ist es eigentlich tragisch, dass Schaltfehler der Endstufe und Schwankungen der Versorgungsspannung nicht ausgeregelt werden?

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von Luk4s
Inwieweit ist es eigentlich tragisch, dass Schaltfehler der Endstufe und Schwankungen der Versorgungsspannung nicht ausgeregelt werden?

Eine analoge Gegenkopplung im D-Amp ist nicht ganz ohne. Am höchstwertigsten und zugleich am kritischsten ist eine post-Filter Regelung, also Abgriff parallel zur Last. Kann durch Verzögerungszeiten leicht Regelschwingungen geben.

Das auch hier im Forum vorgestellte UcD-Konzept macht aus dieser Not eine Tugend und verwendet den LC-Tiefpass als Ersatz für Dein RC-Glied, bindet also die gesamte Verstärkungskette in den Prozess der Schwingungserzeugung und Gegenkopplung mit ein.

Wesentlich stabiler ist das auch hier im Forum vorgestellte "Sodfa"-Prinzip, allerdings mit pre-Filter-GK.

Einen D-Amp komplett freilaufen zu lassen finde ich persönlich auch völlig in Ordnung. Was sind schon 0,2% Klirren angesichts der Lautsprecherverzerrungen.

[Luk4s]

Da bin ich jetzt beruhigt
Ich frage mich auch sehr oft was Amps mit THD im Promillebereich bringen, wenn die Lautsprecher immer noch im einstelligen Prozentbereich klirren?

[voltwide]

Herzlich willkommen Lukas. Schöne Arbeit und saubere Doku hast Du da abgeliefert.
Das gefällt
Zur Deiner letzten Frage: Es liegt in der Natur der Sache, dass ein Class-D Amp
ohne über-alles Gegenkopplung Betriebsspannungsstörungen nicht ausregeln kann
und Totzeitfehler schlagen sich nieder im Klirrfaktor.
So gesehen erscheinen mir 200ns Totzeit recht hoch.
Noch 2 praktische Tipps:
Eine saubere, hauchdünne Verzinnung erreicht man,
indem man die bereits zinngetränkte Entlötlitze über die
gesamte Fläche "entlötet".So präpariere ich meine
Lochrasterplatinen.
Den Klirrfaktor des PWM-Modulators kann man auch gehörmäßig
bewerten: Steuere den amp aus mit einem klirrarmen
Sinus im Subbassbereich (10-30Hz und höre Dir das
Ausgangssignal mit einem Piezo-Höchtöner an.
Mal mit reeller Last, mal Leerlauf.
Damit kann man sehr schön aussteuerungsabhängige
Störungen aufspüren und der Unterschied zwischen LM358
und NE5532 sollte hier deutlich zu tage treten.

Class-D amps mit digitalem Eingang und ohne Gegenkopplung findest Du bei ti.com.

[ChocoHolic]

Hi Lukas !
Dein Screenshot ist soweit wirklich lupenrein. Gratuliere!
Der nächste Schritt wäre die gleiche Messung mit Ausgangsfilter.
Der übernächste Schritt dann mit Last und zum Zeitpunkt maximaler Ausgangsströme.

Zu Verzerrungen und Totzeit:
Während der Totzeit ergibt sich die Ausgangsspannung der Brücke aus dem Zusammenspiel deines Lautsprechers und dem Filter.
Solange der HF-Ripple groß ist gegenüber dem Laustsprecherstrom, schwingt die Halbbrücke immer durch die Filterinduktivität sofort um, wenn ein MosFet ausgeschaltet wird. Also immer zu Beginn der Totzeit.
Wenn der Laststrom größer ist als Ripplestrom, gilt das nicht bei allen Zuständen.
Annahme Halbbrücke (gilt analog für Vollbrücke), HF-Filterripple sei 200mA, Laststrom = 0.4A x sin(wt).
Nun nehmen wir den Zustand im positiven Scheitel des Ausgangsstromes und der untere Transistor sei eingeschaltet.
Wenn die PWM nun den unteren MosFet ausschaltet, dann schwingt die Halbbrücke nicht sofort um.
Der Strom fließt zunächst über die Bodydiode des MosFets. Erst nach der Totzeit schaltet der obere MosFet ein und die Halbbrücke springt auf "HIGH".
D.h. man bekommt lastabhängig den HIGH/LOW-Wechsel entweder am Anfang der Totzeit, oder eben am Ende der Totzeit (und
im Übergangsbereich halt ein Rumgeeire dazwischen). Daraus ergeben sich entsprechende Verzerrungen.

[voltwide]

Genauso verstehe ich das auch. Voll integrierte class-d-amps
arbeiten mit Totzeiten um 10-20ns.