Bei der Entwicklung eines Audioverstärkers (schaltend) stand ich vor folgendem Problem:
Die Leistungsstufe war eine H-Brücke mit TO247, über ein 0,25mm dickes Al2O3 Scheibchen an ein hübsche Alu-Profil geklammert.
Die Temperatur des Aluminiums war dem µC auf der Baugruppe hinreichend präzise bekannt.
Es gab eine cycle-by-cycle Strombegrenzung, die ungefähr so funktionierte:
Pro Eingriff des Begrenzers gab es eine fallende Flanke am Enable der Silabs-Treiber, welche von einem µC gezählt wurde (Counter mit externem Takt). Alle 1ms wurden die gezählten Flanken ausgelesen und das 'Sample' in einen exponential-average-Filter geschickt. Dessen Ausgang wurde auch alle 1ms mit einem Schwellwert verglichen und bei Überschreitung das Ganze Gerät abgeschaltet. Dieser Schwellwert war von der Alu-Temperatur abhängig.
------------------------
Diese Verstärkerbaugruppe wurde in einem Gesamtgerät mit DSP verwendet. Dem DSP war der Ausgangsstrom des AMPs bekannt (Messung per Hall-Sensor auf dem AMP) und führte (u.a.) eine RMS-Strombegrenzung durch, weswegen die Baugruppe im System gegen thermisches Durchgehen geschützt war.
Auf dem Labortisch könnte man das Teil aber natürlich himmeln: wenn man einen Strom zog, der im Scheitel immer ganz knapp unter dem cbc-limit lag knallte es irgendwann.
Das war nicht nur unbefriedigend sondern auch unerwünscht. Was tun?
Die Verluste der Transistoren sind hauptsächlich vom Strom abhängig (die Versorgung mal als konstant angenommen). Wie oben beschrieben wurde der tatsächliche Schalterstrom schon gemessen - die Messung wäre zwar schon gleichgerichtet gewesen, lag aber -110V vom µC Potenzial entfernt.
Also wollte ich den Hall-Sensor anzapfen. Direkt mit dem µC samplen war nicht drin, selbiger lief mit 1ms Zyklus. Es Musste eine analoge Gleichrichtung mit anschließender Mittelwertbildung her. Durch Einfügen eines Kondensators kann man dieser Schaltung das gewünschte Verhalten aufprägen:
Problem dabei:
Will man eine gute Glättung des Nutzsignals (im Zweifel 20Hz) wird das Einschwingverhalten ultra lahm. Damit geht dann aber wieder der Halbleiter kaputt.
Warum also nicht zweipolig:
Letztlich wurde dann dieses Gleichricht-Mittelwertsignal vom µC gesampled, über eine Lookup-Table in eine Temperatur überführt, welche dann zur Alu-Temperatur hinzugerechnet wurde. Quasi eine Art Tj-Abschätzung.
Die Leistungsstufe war eine H-Brücke mit TO247, über ein 0,25mm dickes Al2O3 Scheibchen an ein hübsche Alu-Profil geklammert.
Die Temperatur des Aluminiums war dem µC auf der Baugruppe hinreichend präzise bekannt.
Es gab eine cycle-by-cycle Strombegrenzung, die ungefähr so funktionierte:
- Strom im Source-Pfad der H-Brücke messen
- Mit Schwellwert vergleichen
- falls größer die H-Brücke für eine definierte Zeit 2µs oder so in HiZ schalten (Enable beim Silabs-Treiber ziehen)
- Der Strom in der Ausgangsdrossel fließt dann über die Body-Diode weiter und wird betragsmäßig kleiner
- Die Spannungsregelschleife geht in Sättigung
- Wird die Schaltstufe wieder 'freigegeben' wird sie von der gesättigten Spannungsregelung so angesteuert, dass der Strom wieder größer wird
Pro Eingriff des Begrenzers gab es eine fallende Flanke am Enable der Silabs-Treiber, welche von einem µC gezählt wurde (Counter mit externem Takt). Alle 1ms wurden die gezählten Flanken ausgelesen und das 'Sample' in einen exponential-average-Filter geschickt. Dessen Ausgang wurde auch alle 1ms mit einem Schwellwert verglichen und bei Überschreitung das Ganze Gerät abgeschaltet. Dieser Schwellwert war von der Alu-Temperatur abhängig.
------------------------
Diese Verstärkerbaugruppe wurde in einem Gesamtgerät mit DSP verwendet. Dem DSP war der Ausgangsstrom des AMPs bekannt (Messung per Hall-Sensor auf dem AMP) und führte (u.a.) eine RMS-Strombegrenzung durch, weswegen die Baugruppe im System gegen thermisches Durchgehen geschützt war.
Auf dem Labortisch könnte man das Teil aber natürlich himmeln: wenn man einen Strom zog, der im Scheitel immer ganz knapp unter dem cbc-limit lag knallte es irgendwann.
Das war nicht nur unbefriedigend sondern auch unerwünscht. Was tun?
Die Verluste der Transistoren sind hauptsächlich vom Strom abhängig (die Versorgung mal als konstant angenommen). Wie oben beschrieben wurde der tatsächliche Schalterstrom schon gemessen - die Messung wäre zwar schon gleichgerichtet gewesen, lag aber -110V vom µC Potenzial entfernt.
Also wollte ich den Hall-Sensor anzapfen. Direkt mit dem µC samplen war nicht drin, selbiger lief mit 1ms Zyklus. Es Musste eine analoge Gleichrichtung mit anschließender Mittelwertbildung her. Durch Einfügen eines Kondensators kann man dieser Schaltung das gewünschte Verhalten aufprägen:
Problem dabei:
Will man eine gute Glättung des Nutzsignals (im Zweifel 20Hz) wird das Einschwingverhalten ultra lahm. Damit geht dann aber wieder der Halbleiter kaputt.
Warum also nicht zweipolig:
Letztlich wurde dann dieses Gleichricht-Mittelwertsignal vom µC gesampled, über eine Lookup-Table in eine Temperatur überführt, welche dann zur Alu-Temperatur hinzugerechnet wurde. Quasi eine Art Tj-Abschätzung.
Pffffffffft. "Da entwich das Vakuum" - Heinrich Physik, 1857.