[Psychopotamien]

Ich beschäftige mich seit einer weile mit den Grundsätzen von Digitalen Verstärkern (auch wenn ich bis jetzt noch keinen gebaut habe).
Ich bin auf volgendes Problem gestoßen dass sich in der zeit wo die Gatekapazität des einen mosfet entladen und die andere geladen wird theoretisch für kurze Zeit Strom durch beide MOSFET von der positiven Versorgungsspannung zur negativen fliest.
Ich habe zwar eine theoretische lösung gefunden aber bleibt das Tastverhältnis nicht gewahrt

ohne signal am AD-Wandler wird aus den 50:50 zb 45:45
aber bei 70:30 werdens dann 65:25 was nicht mehr Quotientengleich wäre

[Basstler]

Hallo...
Ja das Problem ist bekannt, gemeinhin als Querstrom bezeichnet.
Das einzigste was dort hilft, ist im Umschaltaugenblick eine Verzögerung einzubauen.
Wie auch immer, entweder schon vor dem Gatetreiber oder direkt über die Gatevorwiderstände.
Schlimmer noch als das überschneidene Schalten der Fets, ist die Inversdiode im Fet.
Bin da auch schon drauf reingefallen (Danke alfsch !).
Da nach dem Abschalten des (Bsp.) oberen Fets, die Inversdiode als Freilauf wirkt, fliesst Strom vom Ausgangsfilter zurück in die Spannungsversorgung. Abklingender Vorgang.
Schaltet nun der untere Fet, sollte die Diode am Besten schon zu sein, isse aber nicht .
Stichwort Sperr-Verzugs-Zeit, trr im Datenblatt.
Diese Zeit muss man in der "Deathtime" (amtlicher Fachausdruck für die Verzögerung) Erzeugung mit vorsehen.

In diesem Thread gehts um das Thema...auch in anderen...
http://include.php?path=forum/showthread...readid=275

[Basstler]

Denke mal das Schalbild ist nur Schematisch gemeint, funktion sei mal dahin gestellt (AGND vom unteren Treiber müsste auf -Ub, und getrennte Spannungsversorgung für oben oder unten).

Das Verhältnis muss ja nicht so heftig sein, es geht um Nanosekunden.
In der Grössenordnung 10-100ns zusätzlich, bei 300kHz Modulation was 3,4µs Periodendauer entspricht.

[Psychopotamien]

hab mir gerade im datenblatt die daten der source-drain-diode meines irf540 durchgelesen (das war einfach der erste der herging)
dort war zu entnehmen dass an ihr maximal 1,5V im Vorwärtsbetrieb anliegen. Könnte man das Problem also mindern indem man eine früher/schneller schaltende Diode (zb: shottky) verwendet

[Basstler]

Ja, nein....
Das ist nur der Spannungsabfall über der Diode, wenn sie leitet. Wie bei jeder Diode.
Das Problem ist die Sperrverzugszeit. Ich hab das Thema gerade im HILFE Thread mit den Foren "Götter" alfsch und Rumgucker (bedingt durch ihre Erfahrung und dem Fachwissen).
Der erste Schritt die, leider nicht so brauchbare, Inversdiode vom Mosfet lahm zu legen, ist parallel zur Drain Source Strecke ist eine schnelle Diode. Niedrigere Flussspannung (beim IRF540 <1.3 V) macht das ganze perfekt.
Wenn die Diode halt früher leitet (bedingt durch die niedrigere Spannung) und schneller abschaltet, als die Inversdiode im Fet, hat man einen schneller schaltbaren Fet bekommen -> Deathtime kann kleiner sein (= weniger Verzerungen) und der gesamt Wirkungsgrad wird besser, da keine, oder weniger bis keine Querströme mehr fliessen.
Aufbohren kann man es noch, in dem man in Reihe zum Fet (an Drain) noch eine Diode zwischen schaltet (Kathode an Drain) und die besagte "Bypass"-Diode zu diesem Konstrukt parallel schaltet. Also Bypass Anode an Source und Kathode an Anode der Reihen Diode.
In dem HILFE Thread ist auch ein Ausschnitt aus dem Schaltplan einer professionellen PA-Endstufe. Dort sieht man das besser.
Bei Bedarf könnte ich das auch mal aufzeichen und als Bild reinstellen...

[Psychopotamien]

Ausgehend von 1/3MHz Schaltfrequenz , also 3µs Periodendauer und einer Deathtime (=Totzeit oder bedeutet das dt. Wort was anderes) von 10ns entspräche das 0,33% der Periodendauer.
Wenn ich keinen Denkfehler habe ergibt das bei 0,66% nichtlineare verzerrungen (allein der Mosfettreiber),da ja 2mal pro takt diese deathtime vorhanden ist.
Hinzu kommt ,dass das Gate nach dieser Pause erst noch geladen werden muss,das sich eine Ladung von bis zu 110nC erlaubt, bei sagen wir mal einer Ab-bzw Anstiegszeit von 10ns (damit das Gate nach der Deathtime auch komplett entladen ist) hätten wir einen Ladestrom von 11A (von einer konstantstromquelle ausgehend, die reale ladekurve wurde hier noch nicht berücksichtigt)

evtl war einfach der Schultag zu lang und ich kann nicht mehr denken da ich mir nicht vorstellen kann dass oben geschreibenes stimmt (aber wenn man in referaten sachen hört wie "über die agp-schnittstelle wird der monitor angeschlossen" ist man einfach nervlich bisl fertig)

[Basstler]

Grien...
Ja, Schule kann nerven, hab das auch noch (oder wieder) an der Backe.
...
Naja, so dramatisch (die %) ist das dann doch nicht. Weiss nicht mal ob man das so pauschal berechnen kann.
Die Deathtime, also Todzeit zwischen dem Abschalten des einem und dem Einschalten des anderen Fets ist vorhanden, ja.
Aber das ist nur die Modulationsfrequenz, noch nicht die des Audiosignals.
Wenn man das (falls möglich) runterskaliert, also 300kHz zu 20kHz haben wir ein 15tel, also rund 0,045%,
Passt ja fast....
Bisher habe ich nur gesehen, das es messtechnisch nachgewiesen wurde.
Ich denke mal, dass das Filter am Ausgang einen bedeutenden Einfluss auf die Verzerrung hat. Wären der Deathtime gibts (oder sollte) es keine Kommutierung in den Halbleitern geben, also fliesst aus der Endstufe selber kein Strom.
Aber das LC-Filter am Ausgang speichert ja Energie und kann sie auch freigeben. Was ich meine, die Deathtime erzeugt definitiv eine messbare Verzerrung, aber das Filter fängt es im gewissen Rahmen ab. Bzw. kompensiert die Deathtime-bedingte (quasi Übernahme-) Verzerrung.
Daher ist das wenig berechenbar, höchstens per direkter Schaltungssimulation, aber nicht Pi mal Daumen.

[alfsch]

jaja, grundlagen vom d-amp ...
effekt der death-time:


wenn du nebenbei etwas englisch üben willst, hier der ganze grundlagen-text:
d-amp

[Basstler]

Hab mir letztens nochmal die AN von IRF durchgelesen und neidvoll festgestellt das sie es schaffen die Deathtime so einzustellen, dass trr gar nicht stört.
Man muss es nur schaffen, dass der "andere" Fet genau dann schaltet, bevor die Diode leitend wird.
Aber wie bekommt man das hin ? alleine die Verzögerungen der gängigen Treiberschaltungen sind zu lang.
Und eine Deathtime von 15ns...wie das zum Teufel ???

Gut, wenn man die Messtechnik hat, kann man sich eventuell besser rantasten, aber wie treibt man die Fets so schnell ??

[alfsch]

Peitsche?

[alfsch]

JohnW nannte das mal den "sweet spot" ...
wenn (!!) man es schafft, dass bei fallendem strom im einen fet der strom im anderen passend ansteigt,
bekommst du : minimale verluste, ca. 0 deadtime, keine back-dioden aktiv !
leider driften bekanntlich einige parameter mit der temperatur, somit kommt dann entweder shoot fet-fet
oder diode-fet doch wieder ins spiel; den sweet-spot stabil zu halten, dürfte nur mit ausgeklügelter (temp-)korrektur gehen

[Basstler]

Boah....das hört sich nach arbeit an.
Vorallem diese kurzen Schaltzeiten, frag mich nur welcher Treiber das schafft.
Sebst eine diskrete Lösung braucht dafür schon sehr fixe Transistoren und eine ausgeklügelte Schaltung. Und ob das selbst mit SMD noch aufbaubar ist....

[Basstler]

Dabei fällt mir ein, ich habe bei der Bestellung der neuen Fets, auch mal zwei IR2010 kommen lassen.
Die sind schonmal schneller als die 2110, aber machen aufgrund der kürzeren Zeiten,
EMV Ärger. Was aber auch wieder merkwürdig ist, da die Zeiten super mit den Fets passen müssten. Theorie und Praxis...
Sobald ich wieder mehr Zeit für Experimenta habe, probiere ich mal, mit denen eine Endstufe aufzubauen.

[alfsch]

na, so extrem schnell muss dazu nicht geschalten werden, der dreh is:
passende überschneidung, ideal: wenn der strom im einen fet 50% gefallen ist, der strom im anderen auf etwa 50% ansteigt
die "schalt"-zeit könnte zb 100ns sein
1. problem dabei: on und off erstmal etwa gleich-schnell zu bekommen
2. unter versch.begingungen *leerlauf+voll-last* verschieben sich dummerweise die schaltzeiten unserer lieben mosfet

[Basstler]

JA, leider.
Bleibt wieder nur probieren und messen.
Das mit ON-OFF ist einleuchtend, das könnte man noch hinbekommen. Nur die wärme bedingten Verschiebungen...achne...

[Basstler]

So, nun das leidige Thema mit den Gatewiderständen.

Der grobe Unterschied zwischen dem IRFB31 und dem 38 sind,
tr 38 zu 95 ns und tf 19 zu 47.
die delays sind gleich.
also brauchen die etwas länger für den anstieg und länger für den abstieg.
daher war meine naive hoffnung, dass es sich gut kompensieren würde, iss aber nicht. Gibt wohl überschneidungen, zwar ohne störungen (emv) aber mit wärmeverlust.
Müssten shoots sein, da ohne laststrom. und "nur" das umladen vom filter, kann nicht so dramatisch sein.
Also bleibt nur R-Gate vergrössern, nur um welchen faktor ? von 15 auf 20 ohm ? oder gleich höher ? kann man das nicht vernüftig berechnen ?

[alfsch]

ts, ts, ts

nicht raten..., erstmal messen!
wie sieht zb vom lo-fet, das gate signal denn aus?
flanke + delay?

[Basstler]

Puh, müsste ich erstmal die Büchse wieder aufmachen, Deckel drauf damit Lüfter zieht.
Ehm,Delay ? Von Gate bis Drain-Source ?
Wird voraussichtlich nicht zu messen sein, mit dem Oszi hier.
Ich probiere es mal....

edit:

Ehm, laut DB nen delay on/off von 19/29 ns. mit 200ns/div als kleinstmögliche Ablenkzeit, werde ich da nicht viel messen

[Basstler]

Bild sagt ja mehr als ....
Hier Gate Source und Drain Source bei 500ns/div und 5V. Die als erstes High ist, ist das Gate

[alfsch]

nee, einfach am gate...

da gibts info: im prinzip siehst du hier, was der mosfet macht: