[Loje]

Hi Leute,

ich heiße Florian, bin neu in diesem Forum und bin Elektrotechnikstudent. Ich habe in meiner Studienarbeit einen Klasse D Verstärker ?entwickelt? und aufgebaut. Entwickelt heißt hier, dass ich das Rad zwar nicht neu erfunden habe, aber die Umsetzung mit einigen Kompromissen (aufgrund der Zeitknappheit) mit einem mir bekannten Controller (ATMEL AT90PWM2B) gemacht habe.
In der nächsten Evolutionsstufe würde ich diese Sache gerne professioneller angehen, das heißt, mit entsprechenden ICs und µCs arbeiten, die für eine solche Anwendung gemacht wurden. Dabei schwebt mir ein 2-Kanal-Stereo-Verstärker vor. Dabei würde ich beispielsweise gerne einen sehr schnellen ADC verwenden, der auch eine praktikable Auflösung aufweist. Wenn dieser quasi gleich das korrekte PWM-Signal ausgibt, mit dem eine Halbbrücke oder Vollbrücke angesteuert werden kann, wäre das wunderbar.

Leider finde ich dazu und auch zu der I²S-Schnittstelle, die für die Kommunikation zwischen den ICs sorgen könnte, kaum nützliche Informationen. Vielleicht stlle ich mich bei der Suche aber auch etwas blöde an.
Wenn mir also jemand zumindest Hersteller entsprechender Bausteine und Bücher oder Links zu entsprechender Theorie nennen könnte, wäre mir sehr geholfen.
Ein paar ICs für solche Anwendungen habe ich gefunden, allerdings waren sie allesamt mit Merkmalen ausgestattet, auf die ich zunächst mal gerne versichten würde, wie DSPs oder einfachere klangregelnde Elemente.


Habe nun auch Zugriff auf die Beiträge des Forums und die Buchtipps, das heißt, vielleicht werde ich da schon fündig.

Gruß, Florian

[Rumgucker]

Hallo Florian,

herzlich Willkommen!

Ein "perfektes" PWM-Signal ist ein in der Zeitdauer analog (= stufenlos) geregeltes Digitalsignal.

Sobald ADCs und Controller ins Spiel kommen, wird das digitale Signal obendrein zeitdiskret. Um diesen systembedingten Nachteil zu mindern, muss man mit besonders schnellen Komponenten gegenanhalten.

Wenn es bei Dir dagegen nur um einen Verstärker geht, so würde ich die rein analoge PWM-Modulation bevorzugen. Dazu braucht man keine Controller.

Wozu brauchst Du eine I2C-Schnittstelle?

Gucki

[Loje]

hallo Gucki,

absolut richtig! Die Pulsweite ist nur dann analog, wenn sie durch einen komparator erzeugt wird. Wenn man den Umweg durch ADCs und PWM-Generatoren geht wird das Signal wert- und zweitdiskret.
Allerdings meine ich zu wissen, dass bei vielen heutzutage erhältlichen Verstärkern, die signalbearbeitende Funktionen aufweisen, das Signal erstmal digitalisiert wird (Stichwort: 96kHz/24Bit AD-Wandlung), und danach wird daraus wieder das analoge Signal gewonnen (uabhängig von der Verstärkerklasse). Solche Möglichkeiten sind bei einer reinen Endstufe natürlich nicht gefragt.
Auf was ich letztendlich hinaus will, ist, wie es heutzutage in industriellen Serienprodukten umgesetzt wird? Komparatoren und externe Signalbearbeitung oder alles in einem Baustein und mittels ADC digitalisiert?

gruß, Florian

[voltwide]

Es gibt beide Welten. Wobei bei der Konsumelektronik der Trend klar in Richtung rein digitale Konzepte geht. In Verbindung mit Mikrokontrollern,
I2Cbus etc ist das vor allem die billigste Lösung fürs Heim (Beispiel: Texas Instruments).

Andererseits gibt es die Ansicht, dass die analoge PWM der digitalen klanglich überlegen sei. Auch dafür gibt es (noch) voll integrierte Lösungen, z.B. MP7720 von Monolithic Power Systems.

[Gitarrenmann]

Willkommen,

3 Bauteile für rein analogen Aufbau, die dir vielleicht helfen:

-LT1016 (schneller Komparator)
-IR2110 (Treiber)
-IRFB4212 (Mosfet)

Vom Standpunkt der digitalen D-Verstärker aus bist du wirklich eher im Consumersektor. Für große Studiomonitore z.B. werden im Bassbereich sehr gern rein analoge D-Verstärker aufgebaut. Das musst du entscheiden! Controller hat den Vorteil, dass du damit natürlich im Nachgang noch Änderungen usw machen kannst. Man denke nur an die Möglichkeiten die man mit VHDL und nem FPGA hätte. Wahnsinn... wahnsinnig teuer XD

Grüße

[Loje]

Hallo,

vielen Dank für eure Antworten, das macht schon Sinn, so wie ihr das sagt. Die IC-Tipps sind gut, insbesondere der für Digitalverstärker optimierte FET, den ich bisher noch gar nicht kannte.

Ich benutze als Treiber momentan den LM5101A, da ich keine so hohe Versorgungsspannung habe und als FET den STD20NF06L.

So wie ich das sehe muss man sich beim IR2110 aus dem erzeugten PWM-Signal allerdings noch die invertierten PWM-Signale für Highside- und Lowsideansteuerung inklusive Totzeit erzeugen (wegen den getrennten LIN und HIN).... Da hilft ein Controller halt ungemein.

Ich werd mich jetzt mal schlau machen, was es noch so an speziellen FETs für klasse D Anwendungen gibt. Der genannte Typ scheint ja insoweit für Klasse D optimiert worden zu sein, als dass er eine extrem hohe Junction-Temperatur verträgt und außerdem eine sehr niedrige gatekapazität aufweist.
Es sind also sehr steile Schaltflanken möglich, um das Signal nicht zu verfälschen...

Gruß, Florian

[Gitarrenmann]

huhu,

vor allem is das teil ziemlich billig zum experiementieren ich hab jedenfalls ewig gesucht und keinen besseren gefunden was das verhältnis angeht. jedenfalls sollte es nicht an dem ding scheitern. die totzeiten machst du über vorgeschaltete widerstände soweit ich das verstanden habe. damit verzögerst du das laden etwas. entladen wird dann über diode. also schnell. d.h. anschalten langsamer als ausschalten. da würde ich garnicht mit controllern hantieren.

aber du kannst ja auch mal schauen ob du natürliche pwm machen möchtest und dann vielleicht mit offset ne totzeit erzeugen. dann bräuchtest du aber mehr komparatoren. also einen mit offset usw. da is dann das problem temperaturstabilität usw. sonst verschiebt sich das wieder alles. oder is des mist? was sagt der könig?

grüße

[Loje]

Tach,

Der König( )sagt, dass er das jetzt mal mit Controller umsetzt und dort auch die Pulsweite und die Totzeit einstellt. Hauptsächlich deswegen, weil die Planung nun schon die ganze Zeit in diese Richtung ging, die Platine schon fertig ist und der Eingangsteil schon in Betrieb genommen wurde...

Wenn sich dein erster Absatz auf den Halbbrückentreiber bezieht (das kommt irgendwie nicht ganz rüber...), dann passt das mit der Totzeit nicht ganz. Diese wird bei diesem HB-Treiber nicht durch die Beschaltung des ICs eingestellt. Das Signal für beide FETs inkl Totzeit muss schon fertig am IC (bzw. HighIN und LowIN) ankommen. Der LM5101 ist soweit ich weiß nicht mal intern "gegen Kurzschlüsse gesperrt", d.h. es wäre per se möglich, dass es überhaupt keine Totzeit gibt... mit allen bekannten Folgen.

Das mit der Temperaturstabilität habe ich allerdings noch nicht ganz verstanden. Wenn ich einen Baustein habe (in diesem Fall den µC), der mir ein PWM-Signal generiert und ich darauf achte, dass der µC thermisch innerhalb der zulässigen Grenzen betrieben wird, dann sollte das auch keinerlei Auswirkungen auf das PWM-Signal (bzw. bei mir sinds ja zwei getrennte PWM-Signale für HighFET und LowFET) haben. Oder meinst du was anderes?

Ich glaube ich muss demnächst mal den Schaltplan online stellen...

Gruß, Florian

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von Loje
Der König( )sagt...

Es kann keinen anderen König geben neben mir!!!

[Loje]

Entschuldingung vielmals, Majestät,

bin mit der Adelshierarchie des Forums noch nicht so vertraut...

[Rumgucker]

Ich hab Euch ja schon den Vorschlag gemacht, dass Ihr mich zum Kaiser wählt ;deal2 . Dann wäre ich bei Nebenbuhler-Königen wesentlich gelassener .

[voltwide]

In diesem erlauchten Zirkel gibt es nicht nur seine Majestät, sondern auch seine Induktivität. Ein Titel, den ich bei aller gebotenen Bescheidenheit für mich alleine beanspruche!

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von voltwide
In diesem erlauchten Zirkel gibt es nicht nur seine Majestät, sondern auch seine Induktivität. Ein Titel, den ich bei aller gebotenen Bescheidenheit für mich alleine beanspruche!

Eine Induktivität ist normalerweise eine Ladehemmung für Elektronen. ICH hätte mich niemals getraut, Dich als personifizierte Ladehemmung zu bezeichnen. Aber wenn Du drauf bestehst....

...denn sehet:

<---- er ist ein verständnisvoller König

[alfsch]

...und wenn euer Induktiviät mal daneben liegt, kann man dann sagen:
Ihr seid wohl falsch gewickelt
oder
Ihr wart wohl zu eng gewickelt ?

[voltwide]

Da ich Spulen interessanter finde als Kondensatoren, sehe ich mich nicht als Kapazität, sondern Induktivität auf meinem Spezialgebiet.
Wohl dosierter Stromfluß in der Primärwicklung eines Sperrwandlers
erweckt Vertrauen in die Beherrschbarkeit des Energietransfers und
senkt auf diese Weise die Stressbelastung des Entwicklers/Testers signifikant.
Aber natürlich gibt es für die Freunde des ungehemmten Stromflusses immer noch Kondensatoren und Null-Ohm-Widerstände

[Rumgucker]

Man könnte demnach "induktive Charaktere" vielleicht am besten als "progressive Salamisten" umschreiben.

Einfache "Salamisten" wenden die "Salamitaktik" an. Scheibe für Scheibe.

Ein "progressiver Salamist" dagegen schneidet immer größere Scheiben ab. Bis er zum Schluss mit gänzlich ungeschnittenen Salamis um sich wirft. So ne Art Kettenreaktion auf zwei Beinen im Schlachterkittel.

MIR macht diese Vorstellung einen gewissen Stress, muss ich zugeben.

[voltwide]

Das ist so natürlich völlig korrekt wiedergegeben. Man nähert sich progressiv dem angepeilten Ziel. Und dann, schwupp, schaltet man ab.
Und Ruhe is. Also keine Panik, mein Könich

[Rumgucker]

So verhält sich ne Kapazität. Da ist nach dem Stromabschalten tatsächlich Ruhe. Eine gespannte Ruhe. Aber zumindest eine Ruhe.

-------

Ganz anders die Induktivität.

Wenn ihr mitten in der wachsenden Gier der Strom abgeschaltet wird, so wird sie regelrecht hysterisch. Sie versucht alles, um zumindest an die gleiche Menge des begehrten Stoffes zu kommen. ALLES.

Zuerst steigert sie die Spannung ins Unermessliche, um sich über die Luft zu versorgen. Und wenn ihr das nicht gelingt, so zerstört sie sich selbst und durchschlägt ihre eh schon oft zu dünnen Isolationshäute.

Oder - fast noch schlimmer - es handelt sich um einen verkappten dämonischen Zwitter, der auch das kapazitive Monster in sich beherbergt. In der unbefriedigten Gier nach mehr Nahrung erweckt die Induktivität den in ihr Schlafenden.

Ein fürchterlicher Fehler, denn die Kapazität saugt der sterbenden Induktivität auch noch die restliche Lebensenergie ab, saugt sie in sich auf, speichert sie. Ein mörderischer Parasit.

Doch kurz nach ihrem Tod wird die Induktivität zu neuem - zu inversem und daher unchristlichen Leben - erweckt. Dazu nährt der kapazitive Dämon die Induktivität mit seinem fauligen Ausfluss und beginnt mit ihr einen teuflischen Tanz, bis sich beide schließlich in der Stromlosigkeit der gedämpften Schwingung vereinigen.

Ich für meinen Teil möchte nicht als Induktivität wiedergeboren werden...

[Gitarrenmann]

heyyyy ich meinte mit könig den kaiser!

@ loje: ich hab den PowerFET IRFB... gemeint der is billig und sauschnell den ich gepostet habe. den brückentreiber IR2110 kannst du auch für vollbrücken nehmen. soweit ich das sehe hat der eine verzögerte einschaltdauer bezüglich abschaltens. d.h. ein sprung vom low pegel zum high pegel zur ansteuerung braucht länger als umgekehrt. anschalten: 120 ns, abschalten 90 ns... da haben meine signale noch 30 ns luft und treffen sich irgendwo...so ganz grob. d.h. du musst wenn du den takt nicht zu hoch wählst garnicht so viel bzw. keine totzeit einbauen. oder sehe ich das falsch? wenn du dann noch 10 ns comparatoren wie den LT1016 nimmst um den IR2110 zu steuern, dann kann da kaum was schiefgehen.

du könntest doch deine controller PWM nehmen und das signal für die brückensteuerung mit IR2110 über einen LT1016 aufbereiten... ich mache das grad so und hoffe das es klappt...

grüße

[Loje]

Hallo Leute,

ich weiß, hab mich schon lang nicht mehr gemeldet, aber meine Studienarbeit ist jetzt fertig. Ideal ist der Amp wohl nicht, aber gelernt hab ich dafür ne Menge.

Falls ich mich in Zukunft wider mal an sowas ranwage, wird?s auf jeden Fall ne Vollbrücke um die negativen Effekte vom Koppel-C zu umgehen und um ein größeres Spannungsdelta zu erreichen. Auch die AD-Wandlung ist einfach zu langsam mit dem verwendeten Controller. Das wird in Zukunft auch mit nem Komparator und Sägezahn gemacht. Lautstärkeregelung und Netztteil fehlt hier auch noch. Das ließ sich in dem begrenzten zeitlichen Rahmen einfach nicht umsetzen...

Hier der Schaltplan:



Das Layout sah dann so aus:



Eingangs- versus Ausgangssignal:



Ansteuerungssignal der Halbbrücke:



Totzeit:



Berabeitungszeit des Controllers:



Bei dem obigen Bild kann man in dem ganzen parasitären Geschwinge einzelne Stufen ausmachen. Die Rechtecksignale darunter sind ControllerPins, die ich an bestimmten Programmstellen gesetzt habe. Das erste Rechteck markiert Anfang und Ende der AD-Wandlung. Das zweite Rechteck in der Stufe markiert die Berechnung der Pulsweite und das Erzeugen derselben. Man kann also deutlich sehen wie lange ein solcher Zyklus dauert... zu lange.

Na ja, wie gesagt, alles nicht so optimal. Allerdings in Anbetracht der Zeit zumindest die prinzipielle Funktion hinbekommen.

Jetzt fallt über mich her! ;-)

Danke für jeden Input.

Bis dann, Florian

PS: bei den Bildern fehlt nach dem Hochladen irgendwie immer die Endung. IrfanView kann die Bilder zwar öffnen, aber die Endungen hats irgendwie immer abgeschnitten.

Edit: Danke für die Tipps... schaut gleich viel besser aus... ;-)