Galliumnitrid (GaN)

[stoneeh]

What The Hell Is a GaN (Gallium Nitride) Amp and Why Is It Changing the Way Audiophiles Now See Power Amps? - Future Audiophile Magazine (https://futureaudiophile.com/what-the-hell-is-a-gan-gallium-nitride-amp-and-why-is-it-changing-the-way-audiophiles-now-see-power-amps/)

Kürzlich drübergestolpert. Mag jemand mich bzw. die Allgemeinheit erleuchten, ob die in dem Artikel angeführten Punkte / Vorteile real bzw. signifikant (also mehr als 0,0xx %) sind, oder nur Marketinggeschwurbel?

[quecksel]

Ist hauptsächlich Quatsch.

Punkt eins, ja du kannst schneller schalten. Das interessiert das Ohr aber jetzt nicht besonders ob du bei 400 oder 800 kHz schaltest. Dann lieber gleich die Schaltfrequenz runtersetzen und minimal höheren Wirkungsgrad genießen.

Punkt zwei bis sechs haben alle nichts inhärent mit dem Transistortyp zu tun und sind also irrelevant.

[JFA]

Hmm, der Artikel kommt mir komisch vor. Was vergleicht der da? Class-D gegen A/AB? Dazu braucht es kein GaN.

Aber ansonsten: GaN hat auf jeden Fall Vorteile gegenüber dem klassischen Silizium. Das Dreieck Stromtragfähigkeit - Spannungsfestigkeit - Transitfrequenz wird deutlich vergrößert. Das bedeutet bei A/AB-Verstärkern eigentlich nichts, weil deren Performance von der Beschaltung abhängt. Bei ClassD bedeutet das bei gleicher Schaltfrequenz deutlich geringere Verluste bzw. bei gleichen Verlusten deutlich höhere Schaltfrequenzen. Hintergrund ist dabei, dass die Schaltzeit hauptsächlich von der Gate-Source-Kapazität abhängt - die ist bei ansonsten gleichen Parametern kleiner gegenüber klassischem Silizium - und je geringer die Schaltzeit desto geringer die Verluste.

So, nach dem Marketinggelaber jetzt die Realität. Ein tauglicher ClassD-Verstärker hat irgendwas um 95% Wirkungsgrad. Das heißt, dass ein 400 W Verstärker satte 21 W Verlustleistung zieht. Oder anders ausgedrückt: in seinem praktischen Anwendungsbereich mit nur wenigen Watt effektiver Ausgangsleistung ist der Wirkungsgrad katastrophal. Ein GaN-ClassD nimmt stattdessen, bei gleicher Schaltfrequenz, vielleicht die Hälfte? Also nur noch 10,5 W. Im Realbetrieb dann also keine absolute Katastrophe mehr, aber gut ist das noch lange nicht. Zumindest kann man dann nochmal kleiner bauen, allerdings: wenn wir uns die aktuellen Plate-Amps anschauen, dann ist Kühlung auch nicht mehr ernsthaft ein Problem, oder?

Apropos Wirkungsgrad: wenn der Lautsprecher selber nur 1% hat, was soll dann das Gesuche nach höheren Wirkungsgraden im Verstärker? In Mobilanwendungen, wenn es auf jedes kleine bisschen Watt ankommt um die Laufzeit zu maximieren, oder wenn es ganz eng wird und nochmal kleiner gebaut werden kann, dann ist das alles gut und schön. Aber im Hifi/HighEnd?

Nehmen wir den anderen Vorteil, die Schaltfrequenz. Normale Schaltverstärker arbeiten so um 400 kHz die Rekonstruktionstiefpässe sind so zwischen 30 bis 50 kHz (ich bitte um Korrektur, ich bin da auf 20 Jahre altem Stand). Bei einem idealen Tiefpass und der üblichen beidseitigen Dreiecksmodulation müsste die Schaltfrequenz lediglich beim Pi-fachen der Tiefpassgrenzfrequenz liegen, also bei 30 kHz Tiefpass so knapp 100 kHz. Was genau gewinnt man denn dadurch, dass man die Schaltfrequenz auf zB 800 kHz erhöht? Meiner Meinung nach: nix.

Der quecksel spricht etwas an, was ich auch erwähnen wollte aber vergessen habe: wenn die Schaltfrequenz gesenkt wird steigt der Wirkungsgrad, weil das Verhältnis aus Anstiegszeit und On-Zeit sinkt.

[stoneeh]

Danke für eure Einschätzungen.

In meinem Fall geht's um einen China-PA-Amp, der in neuester Version mit GaN ausgestattet ist.

Ich hab den Vertrieb mal kontaktiert, und die meinen dass die GaN Version stabiler bei niederohmigen Lasten wäre :confused:. Vll. haben die mir aber auch nur erzählt was sie dachten dass ich hören will, denn ich hatte in der gleichen Mail danach gefragt wie sich ihre Amps, die als 2 Ohm stabil angegeben sind, unter 2 Ohm verhalten.

[JFA]

Linear oder Schaltverstärker?

[stoneeh]

So ein Klasse D, 12 Trillionen kW auf 1HE Ding :)

[JFA]

Tja, schwer zu sagen. "Instabil" bei selbstschwingenden ClassD-Verstärkern heißt sowas wie "hört auf zu schwingen" oder "fängt auf einer nicht so geplanten Frequenz zu schwingen". Im ersten Fall wird dann der Lautsprecher gebraten, weil der Verstärker auf entweder high oder low stehen bleibt, im zweiten himmelt es den Verstärker, weil die "nicht geplante Frequenz" üblicherweise deutlich höher liegt und die FETs nur noch mit Schalten, nicht mehr mit Halten beschäftigt sind. Beides doof, und beides kann durchaus passieren, wenn falsche Lasten angeschlossen werden. Ich meine, Bruno Putzeys hat dazu mal näheres geschrieben, aber ich weiß nicht mehr ob es bei NCore oder Purifi war.

Im zweiten Fall könnte GaN weniger zerstörerisch sein, weil die halt tierisch schnell schalten können. Den ersten kann man damit imho nicht verhindern.

Aber es besteht natürlich die nicht ganz übegründete Vermutung, dass die sich das einfach aus der Nase gezogen haben.

[saddevil]

Bei höheren Schaltfrequenzen kann die Spule am Ausgang kleiner ausfallen.
Damit ist der Ausgang niederohmiger.

Bei 1ohm oder 2ohm Last sind die anteiligen ohmschen Verluste im Filter deutlich kleiner.

Kleinere Gate Kapazität heißt auch weniger umladungsverluste
Der Treiber wird nicht so stark belastet

Der kleinere Rdson heißt: bei gleicher Belastung kann der billigere Baustein genutzt werden.
Oder bei gleicher Größe kann mehr Strom durch

[JFA]

Stimmt, man kann den Ausgangsfilter höher auslegen, das verringert die Lastabhängigkeit.

[saddevil]

Ja und das Feedback kann einfacher ausfallen
Damit generell weniger Gegenkopplung

Netzteiltechnisch aber anspruchsvoller!!!