[Pezo]

Hallo liebe Forumgemeinde!
Ich hab ja hier schon hin und wieder mitgelesen, der carrotAmpD hat mich sehr begeistert, und jetzt bräuchte ich auch eure Hilfe...

Ich hab von TI 4 Stück TPA3122 bekommen (falsch geliefert, glücklicher Zufall) und da ich schon längere Zeit für meinen Festivalradio Klasse-D Verstärker bauen will, hab ich die gleich als PWM-Generator eingesetzt und endlich was zusammengebaut.

Hier mal ein paar Bilder von Schaltung, Board und Aufbau, Stützkondis und Spannungsregler sind beim Schaltplan nicht dabei:

[Bild: schaltung.th.png] [Bild: boardo.th.png]

Anstatt dem 7815 ist zurzeit ein 7812 drinnen und anstatt den 100p Kondensatoren sind 56p drinnen. Ich hab auch keine 10µF Elkos also hab ich 22µF genommen. Der Aufbau unterscheidet sich auch etwas vom geplanten, weil ich noch ein paar Sachen geändert hab nach den ersten Tests.

[Bild: img6027.th.jpg] [Bild: img6029fq.th.jpg] [Bild: img6031f.th.jpg]

So nun die Erfahrungen:
Der erste Test war natürlich sofort alles anschließen und hören ob was rauskommt. Die Freude war groß, es kam Musik raus
Die Versorgung war zu diesem Zeitpunkt +-15V vom Labornetzteil für Signal- und Leistungsteil und 15V von nem anderen Netzteil für die Gatepower.
Als ich dann jedoch etwas weiter aufgedreht hab ist die Schaltung irgendwie eingeschnappt und hat den negativen Zweig der Versorgung auf 27V oder so gepumpt bevor ich abgeschaltet hab, erste Frage, wie ist das möglich?? DutyCycle zu diesem Zeitpunkt kann ich nur ungefähr sagen weil ich das nie zu lange so laufen ließ, es war eine Seite ca. 3 mal so lange eingeschaltet wie die andere, welche weiß ich leider nicht...
Ich hab dann zum Testen einen 22Ohm Widerstand in Reihe zum Lautsprecher (4Ohm) geschaltet, dann konnte ich auf volle Lautstärke vom iPod aufdrehen ohne irgendwelche Probleme. Ich hab das Rechteck vom TPA3122 mitm Oszi angeschaut mit diesem Aufbau und der Hub der Pulsbreite war schätzungsweise 1/3 bis 1/2 weg von 50% (verständlich?).

Ich hab als nächstes als Versorgung für den Leistungsteil einen eigenen Trafo (umgewickelter MOT) mit zusätzlichen 4.700µF zur Siebung genommen und da sind dann das erste Mal 2 FETs abgeraucht (allerdings ohne Knall, einfach nur leitend...). Die hab ich ersetzt und jetzt kommt am Ausgang nur mehr Rauschen an, ich hab zwei verschiedene TPA3122 probiert, entweder beide sind kaputt oder es liegt der Fehler woanders. Einen dritten möchte ich nicht probieren, da ich nur 4 Stück habe, wäre allerdings der nächste Schritt. Achja, die Spannung vom Leistungsteil war da ungefähr +-35V.

Also, jetzt hab ich echt viel geschrieben, ich hoffe das liest jemand
Fällt jemandem von euch hier was grobes auf, oder irgendwas das ich verbessern sollte, kann sich jemand das mit dem erhöhen der Versorgungsspannung erklären?
Und falls ich Infos vergessen habe einfach fragen...

lg Pezo

edit:
Die Versorgung der Verstärker (2 an der Zahl, einmal Stereo und einmal Brücke) sollen später zwei Schaltnetzteile übernehmen, eines bringt gut geregelte geglättete +-15V für den gesamten Signalpfad (Crossover, Equalizer, Verstärker) und das andere +-35V und zweimal ungeregelte 18V für Leistungsteil und Gateansteuerung. Ist im Schaltplan auch eingezeichnet wie das verschaltet ist. Soll dann wenns fertig ist alles von einer Autobatterie laufen...

[voltwide]

Eine Ferndiagnose ist in einem solchen Fall sehr schwierig.
Aber ich hätte mal einen Tip zum Schutz der Ansteuerbausteine.
In 99% der Fälle, wo ein PowerMOSFET durchbrennt, entsteht ein Kurzschluß zwischen dreain- und gate. Also gelangt die volle Betriebsspannung auf den gate-Treiber. Worauf dieser auch durchbrennt.
Das kann man verhindern, indem man in alle betroffenen gate-Leitungen einen Koppelkondensator von 10..100nF einfügt, dem ein Widerstand von 10..100kOhm parallelgeschaltet ist. Wenn der PowerMOSFET durchbrennt, wird nur der Koppelkondensator einmal auf Betriebsspannung aufgeladen, was der Treiber erfahrungsgemäß schadlos übersteht. Und der Widerstand sorgt für den korrekten DC-Anteil am gate unter Normalbetriebsbedinungen.
Damit reduziert sich der Schaden "nur" noch auch Auswechselne der PowerMOSFETs, bis der Fehler gefunden ist.

Was Deinen Fehler betrifft, scheint der Ärger ab einem gewissen Lautsprecherstrom und oder einer bestimmten Betriebsspannung einzussetzen.

Dazu fällt mir spontan ein:
-sind die Tot5zeiten korrekt eingestellt?
-Sind die intrinsichen Dioden der PowerMOSFETs geeinget für Zwangskommutierung? Besonders ältere Typen können hier empfindlich sein.
-Gehen die Ausgangs-Filterdrosseln bei größeren Lastströmen in die Sättigung?
Ich hoffe, dass Dir das weiterhilft bei der Fehlersuche

[Pezo]

Danke für die schnelle Antwort!
Koppelkondis einfügen wird beim bestehenden Design schwierig, aber sollte ich neue Platinen machen werde ich die auch noch einbauen.

Wegen den Totzeiten: Ich hab nur ein 20MHz Oszi, also anschauen fällt schonmal flach, sonst kann ich eigentlich nur schätzen. Ich hab für die Totzeitgenerierung die Schaltung von alfsch genommen, sobald ich die Kondis hab werde ich 100p anstatt 56p einbauen, allerdings hab ich jetzt keinen nennenswerten Ruhestrom, also dürfte die Totzeit passen oder?
Ähm, Zwangskommutierung ist was? ^^
Drosseln sind Luftspulen, also nix mit Sättigung...

lg

[Rumgucker]

Hi Pezo

Willkommen im Forum.

Ich bin in dieser Sekunde etwas im Stress, werd's mir aber heute nachmittag noch durchlesen.

Bis gleich also..

Gucki

[voltwide]

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!

[Pezo]

Hallo Rumgucker, danke für die Begrüßung, ich bin schon gespannt auf deine Antwort!

Das mit dem Leiten der Body-Diode war mir schon klar, aber welcher Teil davon ist die Zwangskommutierung?
Also Wikipedia sagt, Kommutierung ist der Übergang des Stromflusses von einen Zweig in den anderen, das erklärt einiges...
Das heißt, wenn ich mir die Totzeit nicht anschauen kann, ist eigentlich die beste Methode der Einstellung die, sie solange zu verkleinern bis der Ruhestrom steigt, und dann wieder etwas vergrößern, gehe ich richtig in dieser Annahme?

lg

[voltwide]

Bei Kommutierung spreche ich von der Zwangsabschaltung der leitenden Diode.
Mit Deiner Totzeiteinstellung könntest Du richtig liegen.
Ansonsten zur Auswahl der PowerMOSFETs:
Das Problem betrifft neben D-Amps auch Halb- und Vollbrücken, die DC-Motoren kontrollieren.
Also solche MOSFETs bevorzugen, wo im Datenblatt als feature die Eignung für Brückenschaltungen, DC-motors etc aufgeführt wird.
Noch besser ist es, wenn der "reverse bias SOS" ("RBSOA") vernünfig spezufiziert ist.
Alternativ gibt es auch PowerMOSFETs mit integrierter Schottky-Diode ("FETKY"), damit habe ich noch keine Erfahrungen gemacht.

[Pezo]

OK, im Idealfall kommts ja nichtmal zur Einschaltung
FETs hab ich schon IRF520 und IRF530 da, die hab ich nach der geringen Gate-Charge und nicht zu großem Rds ausgewählt.
Eigentlich könnte ich, wenn ich denn neue Platinen machen muss, auch mal SMD probieren, mit den gefrästen Platinen ist das ein Klacks (schreibt man das so ^^)

lg

[voltwide]

IRF520 und 530 sind genau die alten Krücken, die ich nicht nehmen würde.

[Rumgucker]

So... nun konnte ich mich endlich kurz mal loseisen...

Zitat:Die Versorgung war zu diesem Zeitpunkt +-15V vom Labornetzteil für Signal- und Leistungsteil
....
Als ich dann jedoch etwas weiter aufgedreht hab ist die Schaltung irgendwie eingeschnappt und hat den negativen Zweig der Versorgung auf 27V oder so gepumpt bevor ich abgeschaltet hab, erste Frage, wie ist das möglich??

Grundsätzlich speichern Deine Spulen L1 und L2 nach dem Einschalten der MOS-Schalter Energie, die nach dem Öffnen der Schalter in den entgegengesetzten Zweig entladen wird. Wenn über längere Zeit ein asymmetrisches PWM-Signal auf die Endstufe gegeben wird, dann kann man diesen Effekt sehen:



Links die Schaltung steuert die beiden Schalter mit einem stark asymmetrischen PWM-Signal an. SW2 wird für 100ns eingeschaltet und SW1 für rund 3900ns. In grün sieht man die positive Versorgungsspannung, in rot die negative Spannung, die genauso wie bei Dir hochläuft. Dabei fließt ein erheblicher Gleichstrom in die Last, der wahrscheinlich die ungekühlten MOS den Hitzetod sterben lässt.

Dieser Effekt ist gänzlich unabhängig von den verwendeten Schaltern, von der Totzeit oder backdioden, sondern begründet sich einzig im fehlerhaften PWM-Signal.

Wir müssen unser Augenmerk also auf den TPA3122 richten. Der liefert eben nicht ein 1:1-Signal. Leider finde ich vom TPA3122 kein richtiges Datenblatt, sondern nur Produktbriefe. Aber vielleicht gehts auch so...

Es handelt sich um einen vollwertigen D-Amp mit Endstufe. Diese Endstufe lässt Du einfach leer laufen, trotz Bootstrap-Beschaltung (C4 und C5), was ganz üble Effekte auslösen kann!

Wir sollten uns also das "PWM Left"- und "PWM-Right"-Signal mal ohne eingespeiste NF ganz genau anschauen. Es wird vermutlich eine schlechte Symmetrie oder sonstige Schrecklichkeiten zeigen. Mit Deinem 20MHz Oszi solltest Du da kein Problem haben, weil die Trägerfrequenz ja nur bei ein paar hundert kHz liegen sollte.

Und dann sollten wir "PWM Left" und "PWM-Right" mal belasten und gucken, ob das Signal dann besser wird.

[Pezo]

Interessant indeed, das hätte ich mir nicht gedacht, dass eine Asymmetrie der PWM sowas verursachen kann...
Hier ist ein Datenblatt vom TPA3122, die PWM arbeitet mit 250kHz und ist sehr symmetrisch, sogut ich das mit freiem Auge sagen kann. An eine Belastung des Ausgangs hab ich natürlich nicht gedacht...

Es muss aber die Kombination aus Ausgangsstufe und TPA3122 sein in dem Fall, weil es bei gleicher Aussteuerung und höherem Lastwiderstand nicht passiert. Was ich mir gedacht habe ist, da für Signal und Leistungsteil ein Netzteil verwendet wird es passieren könnte, dass sich ein Netzteilzweig bei einer längeren Stelle mit Bass besiepielsweise (also längere Zeit, einige ms, ein asymmetrisches Signal) etwas anhebt und sich das über den Signalzweig irgendwie rückkoppelt...

Ich werde einfach mal mit getrennter Versorgung und neuem TPA3122 und Last an dessen Ausgang testen ob das Ding stabiler läuft. Wäre natürlich Hammer wenn ich die erste Platine dafür gleich im Endgerät verwenden könnte *träum*
Dann schalte ich einfach nen 560R Widerling oder so parallel zu den Versorgungsspannungen, damit sich da nicht so schnell was aufbaut...
10R müssten als Last doch schon reichen oder?

@voltwide: Kannst du mir welche im TO220 Gehäuse empfehlen die bei Angelika oder Klaus zu haben sind?

lg

edit: Ich hab gerade im Datenblatt gelesen, dass der Lastwiderstand mindestens 3,2kV betragen muss, soll hoffentlich kOhm heißen...

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von Pezo
edit: Ich hab gerade im Datenblatt gelesen, dass der Lastwiderstand mindestens 3,2kV betragen muss, soll hoffentlich kOhm heißen...

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Um zu testen, ob ein PWM-Signal ok ist, bildest Du mit einem Widerstand und einem Kondensator einen Tiefpass und misst mit einem Voltmeter die parallel zum Kondensator stehende Gleichspannung, die im Idealfall genau zwischen der negativen und der postiven Amplitude des PWM-Signals liegen sollte.

Früher machte ich das immer so, dass ich das Scope auf "AC" stellte - dabei wird ein Kondi in Serie mit dem Eingang geschaltet. Und dann zählte ich die Kästchen nach oben und die Kästchen nach unten ab, die gleich sein sollten.

Die modernen Scopes zeigen die Mittelspannung gleich mit an.

[Rumgucker]

Im Datenblatt (gerade geöffnet) meinen die übrigens, dass der minimale Lastwiderstand nicht unter 3,2 Ohm fallen sollte.

[Pezo]

Ach Mist, minimum resistance, nicht minimum load

[Rumgucker]

Im Datenblatt gesehen:

Zitat:Supply Pumping
One issue encountered in single-ended (SE) class-D amplifier designs is supply pumping. Power-supply pumping
is a rise in the local supply voltage due to energy being driven back to the supply by operation of the class-D
amplifier. This phenomenon is most evident at low audio frequencies and when both channels are operating at
the same frequency and phase. At low levels, power-supply pumping results in distortion in the audio output due
to fluctuations in supply voltage. At higher levels, pumping can cause the overvoltage protection to operate,
which temporarily shuts down the audio output.
Several things can be done to relieve power-supply pumping. The lowest impact is to operate the two inputs out
of phase 180° and reverse the speaker connections. Because most audio is highly correlated, this causes the
supply pumping to be out of phase and not as severe. If this is not enough, the amount of bulk capacitance on
the supply must be increased. Also, improvement is realized by hooking other supplies to this node, thereby,
sinking some of the excess current. Power-supply pumping should be tested by operating the amplifier at low
frequencies and high output levels

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von Pezo
Ach Mist, minimum resistance, nicht minimum load

Ich würde einfach mal PWM-left und PWM-right messen. Noch nichts ändern und noch nichts vermuten.... einfach nur messen. Und bitte Fotos vom Scope-Bild machen.

[Rumgucker]

Das IC verfügt über fest eingebaute analoge prefilter-feedbacks. Wenn der sich so arg im duty verhaut, dann muss der frei schwabbelnde Ausgang ihm völlig falsche Spannungen vorgaukeln, möglicherweise sogar eine parasitäre Schwingung anfachen.

Denn offiziell "sehen" möchte der Ausgang die Spannung am Filterkondensator, auch in der deadtime. So ist das IC konstruiert worden.

Ich könnte mir daher gut vorstellen, dass Du die Ausgänge am TPA3122 mit einer derben RC-Kombination beschalten musst, um die fehlende Last ausreichend simulieren zu können. Zum Beispiel einen 22 Ohm-" Bräter" in Reihe mit 1 uF....

Aber da messen wir uns ran...

[Pezo]

Das mit dem Messen ist eben so ne Sache, wenn der mir die Versorgung auf 30V oder mehr aufpumpt dann geht bestimmt irgendwas flöten, und wenns nur der OPV ist.
Jetzt fällt mir übrigens gerade ein, dass es den auch schonmal zerlegt hat, wie ich die +-35V Versorgung hatte glaube ich...

[alfsch]

bzgl backdiode usw ...zum lesen:
http://d-amp.org/include.php?path=forum/...readid=318

+
als fet irf540z ... (habe ich, wenn du ein paar brauchst...) backdiode: 33ns / 44nc

zum vergleich irf530 : 150ns / 800 nc ;kotz

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von Pezo
Das mit dem Messen ist eben so ne Sache, wenn der mir die Versorgung auf 30V oder mehr aufpumpt dann geht bestimmt irgendwas flöten, und wenns nur der OPV ist.

Wenn Du die Lautsprecher abnimmst, dann pumpt er nicht mehr, weil die Spulen nicht mehr aufgeladen werden.

Also Last von den leistungs-MOS abnehmen und dann in Ruhe am TPA3122 rummessen.