01.08.2010, 12:16 PM
Die Frage nach der Zwangskommutierung hatte ich schon befürchtet.
Es erleichtert das Verständnis, wenn man den Class-D-Amp wie einen Abwärts-Schaltwandler betrachtet ("buck regulator").
Am Ausgang kann er jede Spannung liefern innerhalb der angelegten Versorgungsspannung, egal ob single supply oder split-supply.
Und er kann auch jeden Strom liefern mit pos oder neg Vorzeichen.
(Das könnte ein synchronous buck regulator auch).
Um den besonders kritischen Fall der Zwangskommtuierung zu erläutern, können wir unsere Betrachtung auf die pos Halbwelle beschränken, was nichts anderes wäre als ein Abwärtswandler mit pos Eingangsspannung und pos, kleinerer Ausgangsspannung.
Als worst-case nehme ich den Fall max pos Ausgangsspannung bei max pos Laststrom an. Das Tastverhältnis ist knapp unter 100%.
Während der Durchflußphase fließt durch den hi-side-PowerMOSFET der volle Laststrom, dann durch die Ausgangsdrosel, durch den Verbraucher und zurück.
In den kurzen Pausen hält die Ausgangsdrossel den Stromfluß aufrecht5,
das nennt man beim Schaltwandler "nicht-lückenden" Betrieb.
Da jetzt der Lo-side PowerMOSFET eingeschaltet wird, fließt der Laststrom als negativer drain-strom nach Masse ab.
Am Ende der Pause wird die lo-side-gate-Spannung wieder abgeschaltet, die Totzeit beginnt. U
nd jetzt kommt der entscheinddende Moment, wo es ums nackte Überleben geht!
Wenn die Totzeit lang genug dauert, übernimmt, nach Sperrung des lo-side drain-Kanals, dessen intrinsiche Paralleldiode den vollen Ausgangsstrom.
Sie ist also voll leitend in dem Moment , wo nach Ablauf der Totzeit, der hi-side-PowerMOSFET wieder einschaltet.
Da die Diode nicht von alleine abschaltet, muß sie mit positivem Gegenstrom abgeschaltet werden ("Kommutierung"). Dabei entstehen enorme Impulsleistungen in der Diode, also erheblicher Bauteilestreß.
Dieser Ausfallmechanismus war so ziemlich das erste und heftigtse Problem mit dem beim Einstieg in die Class-D-Technik konfront5iert wurde.
Da Ausfallgefahr nimmt zu mit dem laststrom und der Betriebsspannung.
Und der Effekt tritt erst auf, wenn die Totzeit zu LANG ist!
Es erleichtert das Verständnis, wenn man den Class-D-Amp wie einen Abwärts-Schaltwandler betrachtet ("buck regulator").
Am Ausgang kann er jede Spannung liefern innerhalb der angelegten Versorgungsspannung, egal ob single supply oder split-supply.
Und er kann auch jeden Strom liefern mit pos oder neg Vorzeichen.
(Das könnte ein synchronous buck regulator auch).
Um den besonders kritischen Fall der Zwangskommtuierung zu erläutern, können wir unsere Betrachtung auf die pos Halbwelle beschränken, was nichts anderes wäre als ein Abwärtswandler mit pos Eingangsspannung und pos, kleinerer Ausgangsspannung.
Als worst-case nehme ich den Fall max pos Ausgangsspannung bei max pos Laststrom an. Das Tastverhältnis ist knapp unter 100%.
Während der Durchflußphase fließt durch den hi-side-PowerMOSFET der volle Laststrom, dann durch die Ausgangsdrosel, durch den Verbraucher und zurück.
In den kurzen Pausen hält die Ausgangsdrossel den Stromfluß aufrecht5,
das nennt man beim Schaltwandler "nicht-lückenden" Betrieb.
Da jetzt der Lo-side PowerMOSFET eingeschaltet wird, fließt der Laststrom als negativer drain-strom nach Masse ab.
Am Ende der Pause wird die lo-side-gate-Spannung wieder abgeschaltet, die Totzeit beginnt. U
nd jetzt kommt der entscheinddende Moment, wo es ums nackte Überleben geht!
Wenn die Totzeit lang genug dauert, übernimmt, nach Sperrung des lo-side drain-Kanals, dessen intrinsiche Paralleldiode den vollen Ausgangsstrom.
Sie ist also voll leitend in dem Moment , wo nach Ablauf der Totzeit, der hi-side-PowerMOSFET wieder einschaltet.
Da die Diode nicht von alleine abschaltet, muß sie mit positivem Gegenstrom abgeschaltet werden ("Kommutierung"). Dabei entstehen enorme Impulsleistungen in der Diode, also erheblicher Bauteilestreß.
Dieser Ausfallmechanismus war so ziemlich das erste und heftigtse Problem mit dem beim Einstieg in die Class-D-Technik konfront5iert wurde.
Da Ausfallgefahr nimmt zu mit dem laststrom und der Betriebsspannung.
Und der Effekt tritt erst auf, wenn die Totzeit zu LANG ist!
...mit der Lizenz zum Löten!