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SODFA-Modulsystem für professionelle Anwendung
#1
Hier die erste Skizze zu meinem neuen SODFA-Projekt:

[Bild: socfams75gq.jpg]

Die einzelnen Schaltungen werden natürlich just in time hier veröffentlicht, der Übersichtsplan soll nur schon mal meine Intention verdeutlichen.

Zu erkennen ist ein 2-Wege System mit Aktivweiche, das anstelle der üblichen Passivweiche ebenfalls als ?nackte? Platine in der LS-Box ( Satellit ) untergebracht ist und ganz ohne externen Kühlkörper auskommt. Dabei habe ich vor allem an professionelle Anwendungen gedacht, wo eines der Hauptprobleme die Verkabelung ist. Arbeitet man mit einem zentralen Verstärker und passiven Lautsprechern, werden zur Überbrückung langer Wege sehr dicke und teure Kabel erforderlich, ansonsten geht der Dämpfungsfaktor in den Keller. Ein Paradebeispiel für Steinzeittechnik ( mit entsprechendem Sound ), die aber immer noch in Gebrauch ist, ist in diesem Zusammenhang die so genannte ?100V-Technik?, wobei ein Hochvoltverstärker über ein relativ dünnes Kabel einen weit entfernten Lautsprecher über einen an diesem montierten NF-Übertrager ansteuert.

Viel günstiger sieht die Sache aus, wenn man den Verstärker in die Lautsprecherbox verlegt und dessen Betriebsspannung über den weiten Weg transportiert. Der Dämpfungsfaktor bleibt erhalten, es entsteht ?nur? Leistungsverlust. Ein Rechenbeispiel mit der Aufgabe, 200WRMS über eine Distanz von 50m an eine Last mit 4Ohm zu transportieren:

Ein analoger Brückenverstärker braucht dazu etwa 46V und erreicht ca. 60% Wirkungsgrad. Es werden also insgesamt 330W und damit 7.2A bei 46V benötigt. Verlegt man nun als knauseriger Gastwirt die üblichen 2x0.75mm2, so geht das voll in die Hose. Der Kabelwiderstand beträgt 2.3Ohm, der Lautsprecher erhält weniger als 50% der geforderten Leistung.
Bei einem PWM-Verstärker in der Lautsprecherbox ist das Kabel aber völlig ausreichend! Zunächst einmal werden allenfalls 220W Gesamtleistung benötigt. Dann hilft ein weiterer Trick: Wir geben einfach 80V auf die PWM-Brücke und begrenzen den Modulationsgrad mittels bekanntem LDR-Limiter auf 50%. Weitere Verluste entstehen dadurch kaum, denn der PWM-Verstärker ist ja gleichzeitig ein praktisch verlustfreier Tiefsetzsteller ( synchronous buck converter ). Der Betriebsstrom beträgt jetzt nur noch 2.75A, Verlustspannung am ( 08-15 )-Kabel nur noch 6.3V. Das ist locker zu verkraften, denn wir haben bei einem maximalen Modulationsgrad von z.B. 90% immerhin 32V Reserve, bevor die Ausgangsleistung des PWM-Verstärkers überhaupt angeknabbert wird.

So weit, so gut. Jetzt wird aber noch das NF-Steuersignal für den Verstärker benötigt. Dessen störungsfreie Übertragung füllt ja bekanntlich ganze Bibliotheken. Die folgende Lösung dieses vielschichtigen Problems ist aber kaum in der Literatur zu finden:

[Bild: nfcurrenttransmissionms71ei.jpg]

Auf der Sendeseite wandelt eine präzise spannungsgesteuerte Stromquelle ( mit LMH6654 ) die NF-Spannung in einen auf Masse bezogenen proportionalen Strom um. Dieser lässt auf der Empfängerseite die ursprüngliche NF-Spannung an einem 20Ohm-Widerstand direkt am Eingang abfallen und zwar gänzlich unabhängig davon, was auf der Übertragungsstrecke mit dem Signal passiert ( zumindest solange der Kabelwiderstand nicht so groß wird, dass die Sende-Stromquelle in die Begrenzung geht ) ! Als Empfänger dient der Instrumentenverstärker AD8221, der dafür sorgt, dass Störungen über die Masse praktisch vollständig eliminiert werden.

Fazit: Das System gestattet es, Audioleistungen von mehreren 100W praktisch verlustfrei und in audiophiler Qualität über große Entfernungen zu transportieren ? und das mit einem popeligen 3-adrigen 3x0.75-Kabel, womit auch gleich das Steckverbinder-Problem gelöst ist: Der bekannte 3-polige ?Kaltgerätestecker? ( mit dem ausdrücklichen Hinweis versehen, das andere Ende NICHT mit einer 230V-Steckdose zu verbinden! ).

Noch eine Bemerkung zum Ein- und Ausschalten:

Es wäre jetzt hochgradig inkonsequent, eine zusätzliche Strippe zum Einschalten der Satelliten-Verstärker zu legen. Es wird also einfach mit der Betriebsspannung geschaltet. Alle Spannungen für die Vor- und Treiberstufen ( +-5V, +12V ), sowohl auf der Sende-, als auch auf der Empfängerseite werden mit kleinen SMD-Schaltwandlern ( z.B. LM2594HV ) aus der positiven Hauptversorgungsspannung ( natürlich auch ein SMPS ) generiert. Wird die Hauptversorgungsspannung ausgeschaltet, sinkt diese aufgrund der Ladekapazität im Gesamtsystem relativ langsam ab, wobei die daraus getakteten Hilfsspannungen natürlich zunächst stabil bleiben und die Musik noch eine kurze Zeit verzerrungsfrei zu hören ist. Sinkt die Hauptversorgungsspannung dann unter einen bestimmten Schwellenwert ( z.B. 40V ), wird zunächst nur die +12V für die MOSFET-Treiber der PWM-Endstufen abgeschaltet, womit das Audiosignal knackfrei abschaltet.
Beim Einschalten der Hauptversorgung fahren zunächst die Spannungswandler für die +-5V mit hoch und erst ab einer Hauptspannung von z.B. 50V wird mit einer zusätzlichen Verzögerung die +12V-Treiberspannung hochgefahren, wobei das Audiosignal wieder knackfrei einschaltet, sobald die interne Schwellenspannung der MOSFET-Treiber überschritten ist.


 
#2
Die folgende Schaltung beschreibt mein neues PWM-Steuermodul:

http://img119.imageshack.us/img119/8113/socfdms76fr.jpg

Auf den ersten Blick darf man sich fragen, wie eine PWM-Steuerung nur so abartig kompliziert ausfallen kann. Die Schaltung stellt aber meiner Meinung nach die einfachste Möglichkeit dar, die Frequenz des PWM-Verstärkers sowohl unabhängig von der Betriebsspannung, als auch unabhängig vom Modulationsgrad konstant zu halten, ohne dabei die Signalverarbeitungsqualität zu beeinträchtigen. Solange das ganze jetzt, wie von mir geplant, auf ein SMD-Modulplatinchen von 30mm x 45mm untergebracht werden kann, soll mir die schaltungstechnische Komplexität egal sein.

Schaltungsbeschreibung:

Die SODFA-Grundschaltung ist zu erkennen um U1B und U2. Als Komparator ist hier der zum LT1016 pinkompatible AD8561 vorgesehen. Eine Klangverbesserung ist dabei nicht unbedingt zu erwarten, aber zumindest hat der AD8561 bei ansonsten vergleichbaren Eigenschaften keinen so abartig hohen Ruhestrom, wie der LT1016.

Am Ausgang arbeitet wieder der bewährte LT1720 als Totzeitgenerator, die MOSFET-Treiber ( HIP2101 oder LM5101A ) sind auf die Hauptplatine verlegt.

Der Eingangs-Differenzverstärker mit U1A und der schnelle Differenzverstärker für die Gegenkopplung mit U4 bedürfen wohl keiner weiteren Erklärung.

In Erweiterung zur SODFA-Grundschaltung liegt R7 nicht direkt am Ausgang von U4, sondern es ist der ultraschnelle Analogmultiplizierer U3 zwischengeschaltet, der wiederum vom Multiplizierer U5 moduliert wird. Der AD835 erzeugt an seinem Ausgang die Spannung U(X1, X2, Y1, Y2) = ( UX1 ? UX2 ) * ( UY1 ? UY2 ). Bei U3 liegen die Eingänge X2 und Y2 auf Masse, sodass die Ausgangsspannung von U3, die über R7 die Hysterese von U2 bestimmt, direkt mit der Ausgangsspannung von U5 an X1 von U3 multipliziert, bzw. skaliert wird. Letztlich führt das dazu, dass die symmetrischen Komparatorschwellen von U2 ( bei M=0 sind es +-1V ) bei steigendem Modulationsgrad abgesenkt werden, und zwar exakt in dem Maße, dass die Schwingfrequenz konstant gehalten wird. Dafür muß die Ausgangsspannung von U3 mit dem Faktor ( 1-M*M ) skaliert werden.
Genau diesen Faktor erzeugt U5 ( in Verbindung mit U6A und U6B ). An den Eingängen von U5 liegen die Spannungen X1=+1V und Y2=-1V und X2=Y1 sind mit dem Ausgang von U1A und damit direkt mit dem NF-Eingangssignal verbunden, das bei theoretischer Vollaussteuerung des Verstärkers ( M=1 ) ebenfalls bei Ue=+1Vmax oder Ue=-1Vmax liegt. Somit gilt M= I Ue I und die Ausgangsspannung von U5 hat die Form ( 1 ? M ) * ( 1 + M ) = ( 1 ? M*M ), wie gewünscht.
Damit ist die Frequenz nun zwar unabhängig von M, aber noch nicht gleichzeitig unabhängig von der Betriebsspannung Vplus, denn wenn Vplus unter Last absinkt, muß bei gleicher analoger Ausgangsspannung Ua der Modulationsgrad steigen, sodass nicht mehr gilt M=Ue. Um das wiederum zu kompensieren, sind die beiden OPs U6A und U6B vorgesehen, die die symmetrischen Spannungen UX1 und UY2 an U5 direkt proportional aus der Betriebsspannung Vplus erzeugen.

Hallo Rumgucker,

ich wäre dir dankbar, wenn Du den Autor dieses Threads von "Gast" in "Beobachter" korrigieren würdest. Ich habe mich hier zwar schon zig mal "eingeloggt", irgendwie werde ich aber immer wieder "ausgeloggt".

Mit freundlichem Gruß

Beobachter



 
#3
Das kann ich nicht so einfach ändern. Dazu müßte ich direkt die Datenbank patchen.

Was ist denn geändert, daß Du immer rausfliegst? Hast Du den Explorer oder sonstwas bei Dir geändert? Oder hängt es mit der Adresse http://www.sodfa.de vs. http://sodfa.de.vu zusammen? Hier hat sich jedenfalls nichts geändert.

Bitte gib mal mehr Infos. Sonst kann ich die Ursache nicht orten....
 
#4
Es ist mal wieder eine vollständige Tag- und Nachtschicht daraus geworden, aber die Maloche hat sich gelohnt. Hier die Unterseite ( Lötseite ) meines neuen SOCFA ( Self Oscillating Constant Frequency Amplifier ) ? Treibermoduls. Die Abmessungen sind 45mm x 23mm:

http://img344.imageshack.us/img344/8216/...rd73mk.jpg

Und hier die Oberseite mit immer noch weitestgehend geschlossener Massefläche trotz irrwitziger Packungsdichte ( merkt man immer daran, wenn keine Chance mehr besteht, den Bestückungs-Aufdruck noch leserlich anzubringen ):

http://img344.imageshack.us/img344/474/s...rd73xb.jpg

Das Trimmpoti für den Offset-Abgleich ist so angebracht, dass es genau zwischen die Leistungs-MOSFETs passt. Somit kann das Modul direkt senkrecht zur Hauptplatine davor gesetzt werden. Die 4 MOSFETs stehen nicht in einer Reihe nebeneinander, sondern sich Paarweise gegenüber an beiden Seiten des Kühlprofils. Die MOSFET-Treiber sind auf der Lötseite der Hauptplatine unter den Ausgangsdrosseln auf der gegenüberliegenden Seite des Kühlprofils. Damit wird insgesamt eine wesentlich bessere Masseführung möglich, als bei meinem ersten Versuchsaufbau.

@Rumgucker

Als ich diesmal bei "Ersteller" "Beobachter" eintrug, wurde der Beitrag abgelehnt mit der "Begründung", dieser Name sei schon vergeben. Ich hoffe es klappt jetzt, wenn ich "ich" eintrage. Angry

 
#5
MfG

Beobachter

( Mann, ist das hier ein Kreuz mit der Autorenschaft. )
 
#6
Beobachter, wenn Du meine Fragen nicht beantwortest (Explorer, URL), tappe ich vollends im Dunkeln.

Versuch mal bitte den direkten Zugang zu dieser Seite:

http://sodfa.ohost.de


 
#7
@Rumgucker

Ich habe weder an meinem Explorer, noch an meiner Internet-Adresse irgendwas verändert. Dieses Forum erkennt mich, oder meine immer noch gleiche email-Adresse offensichtlich nicht als "Beobachter", und wenn ich versuche, mich als "Beobachter" neu einzuloggen, wird das verweigert mit der Begründung, der Name sei schon vergeben.

Gruß, Beobachter
 
#8
Von welcher Adresse aus ich in das Forum gelange, spielt dabei keine Rolle.

Beobachter
 
#9
Ich mach mal einen Versuch (vieleicht ist was in unserer Datenbank krank?)

Ich werde jetzt mal Dein Passwort patchen. Ich kanns zwar nicht lesen, aber ich kanns überschreiben. Und dann versuche ich mal, mit Deinem Account reinzukommen.

 
#10
Ganz neue Perspektive.... Big Grin Das gibt Möglichkeiten:



Ich, der ich Beobachter bin, gelobe hiermit feierlich, daß ich diesem Forum zumindest noch die allerelementarsten Messungen zum bestehenden SODFA zeitnah anfertigen und diese ungeschönt veröffentlichen will.





Also es geht: Du hast jetzt das Paßwort "hallo" (Kleinschrift). Versuchs nochmal, bitte.
 
#11
Oh wie erfreulich. Das hören wir gern, lieber Stefan. lachend

Also ran, ran. Was hält Dich noch? misstrau
 
#12
Dein login könnte noch schiefgehen, wenn Du Cookies verboten hast. Die Forumssoftware braucht unbedingt Cookies!
 
#13
Und daß keiner als Beobachter selbst versucht mit seinem neuen Passwort "hallo" reinzukommen motz

Ich werde Beobachters login mit Argusaugen verfolgen. Nicht, daß sich da ein Kuckuck ins Nest setzt.
 
#14
@Rumgucker

Nix funktioniert! Schmeiß doch einfach mal alles unter "Beobachter" ( bis auf meine Beiträge natürlich ) ganz raus und ich werde mich dann ganz neu mit "Beobachter" unter neuem oder auch altem Passwort anmelden. Alles andere scheint nicht zu funktionieren.

Beobachter

( schick mir doch bitte eine direkte email, wenn Du mich rausgeschmissen hast )
 
#15
Alles erledigt:

include.php?path=forum/showthread.php&threadid=160&postid=3831
 
#16
@Rumgucker

Erst mal vielen Dank, meine Autorenschaft scheint wieder gesichert.

Damit sich dieser Thread nicht immer auf doppelte Bildschirmbreite aufbläht, könntest Du die beiden Schaltpläne am Anfang nachträglich als Link zum Plan umbasteln? Bei den nachfolgenden Plänen habe ich ja immerhin bereits herausgefunden, wie das geht.

Beobachter
 
#17
Respekt, aber etwas complex fur DIY, gibst es auch einer einfacher losung fur die fixed-freq? Oder viellicht konnst du meiner SODFA umbasteln nach einer fixed-freq? Ich wollte das gerne mal probieren und sie dan am bench testen, ich habe die lotkobln dieser ganze woche im hande.

Mit fruendlichem GruB,

Sander Sassen
http://www.hardwareanalysis.com
 
#18
@Sander

Ich habe tatsächlich jahrelang über dem Problem gegrübelt und am Ende immer noch Monate gebraucht, um einen Patentanwalt zu finden, der in der Lage war, das ganze überhaupt zu verstehen und "patentjuristisch" umzusetzen.

Wenn es tatsächlich eine einfachere Möglichkeit geben sollte, die Frequenz stabil zu halten, ohne den Klang zu beeinflussen, so habe ich jedenfalls ( noch ) keinen blassen Schimmer, wie das funktionieren sollte.

 
#19
Mein DC-DC-Wandler zur Versorgung der Vor- und Treiberstufen ist fertig! Zunächst der Schaltplan:

http://img399.imageshack.us/img399/7531/...ms71hk.jpg

Der LM2594HVxx verträgt Eingangsspannungen bis zu 60V. Um den Eingangsspannungsbereich noch zu erweitern, befindet sich vor jedem Wandler eine SMD-Leistungs-Zenerdiode, sodass auch Spannungen bis 80V gefahrlos heruntergeregelt werden können. Da es hier um die Versorgung empfindlicher Audio-Schaltungen geht und nicht um die Versorgung von Glühbirnen, ist jedem Wandler noch ein zusätzliches LC-Glied zur Siebung nachgeschaltet. Damit die Wandler auch nicht strahlen, habe ich für L1, L3 und L5 abgeschirmte SMD-Hochleistungsdrosseln verwendet ( Epcos B82462..). Die Siebdrosseln sind vom Typ Neosid Ms50, die auf nur 20mm2 Platinenfläche einen Energiegehalt von immerhin 6uWs aufweisen. Der max. Ausgangsstrom beträgt für alle drei Spannungen 400mA, was in der Praxis immer ausreichend sein dürfte.
Zur Schaltung um T1: Ich habe lange an einer Schaltung geknobelt, die mit minimalstem Aufwand gleichzeitig die Funktionen Unterspannungsschutz, Überlastschutz, Einschaltverzögerung, sowie knackfreies Ein- und Ausschalten allein über die Hauptstromversorgung ermöglicht. Das alles kann die Schaltung um T1 mit nur 4 zusätzlichen Widerständen und einem Kondensator. Wer jetzt meint, dass C19 doch ein ziemlich dicker Klotz sein müsste, der irrt. Ist eine Neuentwicklung von Siemens in der Bauform 0805! und kostet lächerliche 12cent!

Unglaublich, aber wahr. Die komplette Schaltung passt auf gerade mal 6 Quadratzentimeter! Ich habe das Platinchen beidseitig flächendeckend mit SMDs bestückt ( Tantalelkos und Drosseln oben, aktive Bauteile und alle Rs unten ):

http://img399.imageshack.us/img399/3663/...rd77wh.jpg

Dennoch ist sogar bei dieser ( beidseitig maximalen ) Packungsdichte eine geschlossene Massefläche realisierbar ( obwohl ich mir manchmal gewünscht habe, ich hätte 4 Lagen zur Verfügung ):

http://img399.imageshack.us/img399/8073/...rd73pm.jpg