21.01.2011, 08:04 PM
Den Class-D-Amp kann man genaus verstehen wie einen Abwärtswandler
("buck-converter"), allerdings kann dieser in allen 4 Quadranten arbeiten ("synchronous buck converter")
Um dies besser zu verstehen, hilft eine Simu, wobei man neben der Rechteckspannung am power-Ausgang auch den Induktionsstrom durch die Ausgangsdrossel messen sollte.
Aufgrund der Symmetrie macht es prinzipiell keinen Unterschied,
ob man nun pos oder neg Halbwellen betrachtet.
ZVS = zero voltage switching, d.h. "soft switching", im
Unterschied zu "hard switching"
Im laufenden Betrieb des class-D-amps gibt es sowohl ZVS-Übergänge als auch hard-switching (=non-ZVS) Übergänge.
Ein ZVS-Übergang kommt dann zustande, wenn im Verlaufe der gerade abgeschlossenen Halbwelle der Induktionsstrom sein Vorzeichen gewechselt hat. Dann springt nach dem Abschalten des zugehörigen PowerMOSFET die Ausgangsspannung von selbst in die Gegenrichtung
(induktive Rückschlagspannung) und wenn nach Ablauf der Totzeit der gegenüberliegende PowerMOSFET einschaltet ist dessen drain-source Spannung bereits auf Null gefallen. Das ist das verlustlose Einschalten bei ZVD.
Hardswitching passiert hingegen, wenn die gerade abgeschlossene
Halbwelle nur kurz war, der Magnetisierungsstrom also noch nicht
sein Vorzeichen wechseln konnte. Da hier keine hilfreiche Rücksschlagspannung entsteht, muß der entgegengesetzte PowerMOSFET
die Spannung mit Gewalt in die Gegenrichtung bringen ("forced commutation"). Erschwerend kommt hinzu, dass, BEI ZU LANGER TOTZEIT die intrische Diode des gerade abschaltenden PowerMOSFET
über den vorhandenen Induktionsstrom eingeschaltet werden kann,
so dass nach Ablauf der Totzeit auch noch diese hart abgeschaltet werden muss - ein ausgesprochen heikles Szenario!
Ohne Ansteuerung gibt es ein symmetrisches Rechteck, wobei der Magnetisierungsstrom innerhalb jeder Halbwelle das Vorzeichen wechselt.
Je weiter man aussteuert, egal ob pos oder neg, wird das Tastverhältnis immer asymmetrischer, und bei irgendeinem Pegel verschwindet ZVS auf jeder 2. Umschaltflanke.
Dieser Übergang hat sicherlich eine gewisse Verwandtschaft mit den bekannten Übernahmeverzerrungen des Class-AB-Verstärkers.
...mit der Lizenz zum Löten!