Class D Design

[MT200]

Mal ne Frage die villeicht so semi passend ist. Was haltet ihr denn von Switchmode Assisted Linear Amplifier? Wie sowas z.B. https://www.researchgate.net/publication..._Amplifier

Cool, dank Dir für den Link, kannte ich nicht. Ich habe mir tatsächlich schon Gedanken über Kombinationen aus Linear und Geschaltet gemacht, jedoch bin ich immer wieder zum Schluss gekommen, dass eine fullrange Endstufe für mich keinen Sinn macht. Ich verwende keine Breitbänder, und seit es DSPs gibt, würde ich nicht mehr passiv trennen. Also brauche ich auch keine fullrange Endstufen. 
Class D spielt die Stärken voll bei großen Subwoofern aus, im HT/MT Bereich (Heftige PA mal ausgenommen, da nur im HT) kann man wunderbar linear arbeiten oder halt kleine Class D mit sehr hohen Taktfrequenzen.

Das ist jetzt halt meine persönliche Einschätzung aufgrund meiner Bedürfnisse.

[3eepoint]

Ich fand es spannend weil mir die Schaltung im Vergleich zu vollem Class D recht einfach vorkam. Hab aber auch noch keinen Class D Amp geplant/Gebaut also was weiß ich schon =D Würde aber erklären warum da nie mehr von kam als das gezeigte.

[TomBear]

Ich habe zwar gar keine Ahnung von der Materie und lese nur mit.
Aber arbeiten nicht die Verstärker von Devialet mit einer Mischung aus A und D? Meine sowas gelesen zu haben.

Gruß Tommi

[MT200]

Was es sehr viel gibt (nennt sich glaube ich class T oder TD), ist eine Kombination einer Linearendstufe mit Stepdown für die Railspannung. Im PA-Bereich aus den LAB Gruppen (und Klonen) bekannt, die in zwei HE über 10 kW machen (ja, das kommt da auch wirklich raus, lebt natürlich vom Crestfaktor an Schuko).
Man kann so auch die Transistoren weitaus härter rannehmen, da ja theoretisch (an ohmscher Last) immer nur eine sehr geringe Uce an dem leitenden Transistor anliegt, und auch der Sperrende immer deutlich geringere Spannung sieht, muss aber bei Phasenversciebungen ganz böse aufpassen, hab da schon viele der Klone sterben sehen. Hab dann die Endtransistoren gegen welche mit höherer Uce und mehr Verlustleistung getauscht, dann läuft es in der Regel auch an kritischen Lasten.

[JFA]

Aber arbeiten nicht die Verstärker von Devialet mit einer Mischung aus A und D? Meine sowas gelesen zu haben.

Machen sie auch. Und zwar ganz clever - aus Marketingsicht. 

Die Idee hinter jeder dieser Kombinationen aus Class A und Class D ist, dass man mit der Class A die Fehler der Class D kompensiert. Statt Class D könnte man auch Class B nehmen und landet dann beim klassischen Current Dumper (war doch so zusammengepfriemelt, oder?). Bei ClassD hat man dann, im Gegensatz zum linearen Current Dumper, das Marketing-Problem, dass der Ripple verhindert, dass der Class A Verstärker eine hohe Bandbreite haben kann, weil er sonst furchtbar warm wird. Denn er will den ausregeln, und muss dann richtig kräftig arbeiten. Um das zu verhindern müsste man dessen Bandbreite genauso begrenzen wie die des Class D. Die Kreativabteilung hätte aber ganz gerne eine hohe Bandbreite, also fällt das aus. Devialet macht dann einen Riesenaufwand (Autoformer, phasenversetzte Ansteuerung der MOSFETs, T-Filter mit Notch im Ausgang) um den Ripple wegzufiltern damit die Class A ungestört arbeiten kann - in einem Frequenzbereich, in dem eh nichts mehr los ist. 

Wozu dann noch die Class A, fragt ihr? Na ist doch klar, nur dann kann man glaubhaft von hoher Bandbreite und High Resolution salbadern, und Class A klingt doch auch immer gut. Man muss auch die Zeit bedenken, das war Anfang der 10er Jahre, da waren ClassD-Verstärker im HighEnd noch ziemlich pfui bäh, da musste man sich schon was einfallen lassen, dass man sowas in teurem, verchromten Gerät einsetzen kann.

[kboe]

Ich glaub, die geschaltete Railspannung wird als class H vermarktet.

Ich les hier aufmerksamst mit, auch wenn ich hauptsächlich Bahnhof verstehe.

[MT200]

Genau, class H ist diskret geschaltet (z.B. QSC MX3000a mit drei Spannungen, +-40/80/120 V) und T(D) ist kontinuierlich mittels Stepdown z.B. FP14000 von lab gruppen.

[phase_accurate]

Ich besitze eine Yamaha Endstufe von dieser Serie hier:
https://usa.yamaha.com/products/proaudio...ngine.html

Da ist Class-d in Serie mit den Class-ab Ausgangsstufen. Also eine art Class H mit class-d gekreuzt. Sie funktioniert sehr gut. Hat temperaturgesteuerte Lüfter, welche bei mir nur angehen wenn ich meine "schwachen fünf Minuten" habe.
Die Labgruppen funktionieren auch so.

Bei den Verstärkern, welche aus einer Parallelschaltung aus class-d und linear Amp bestehen gibt es grundsätzlich zwei Prinzipien:

A) ein Linearverstärker, welcher durch einen Schaltverstärker abhängig vom Ausgangsstrom unterstützt wird. Also ein current-dumper wie von JFA erwähnt. Sollte der Verstärker höherfrequente Nutzsignale unterstützen können, muss der Linearverstärker kurzzeitig hohe Ströme liefern können.
Es gibt aber auch noch die Möglichkeit
B) , bei welcher der Schaltverstärker der eigentliche Hauptverstärker ist. An seinem Ausgang wird ein Feed Forward  Korrektursignal addiert, welches von einem Linearverstärker stammt, welcher nur eine kleine Ausgangsspannung abgeben kann aber eine kurzzeitig hohe Stromlieferfähigkeit aufweist. Eine Möglichkeit zum Einspeisen dieses Korrektursignals ist z.B. das kalte Ende des Kondensators vom Ausgangsfilter oder der Fusspunkt der Last.

Ich habe vor etwa 20 Jahren mal Simulationen von A) durchgeführt, bei welchem der Schaltverstärker eine Stromquelle bildete, welche mit einer einfachen delta-sigma modulation angesteuert wird. Obschon die Resultate vielversprechend aussahen, habe ich das Prinzip nie praktisch ausprobiert. Reine class-d ist interessanter und hat heute ein extrem hohes Niveau erreicht.

Gruss

Charles

[JFA]

Ich besitze eine Yamaha Endstufe von dieser Serie hier:
https://usa.yamaha.com/products/proaudio...ngine.html

Da ist Class-d in Serie mit den Class-ab Ausgangsstufen. Also eine art Class H mit class-d gekreuzt. Sie funktioniert sehr gut. Hat temperaturgesteuerte Lüfter, welche bei mir nur angehen wenn ich meine "schwachen fünf Minuten" habe.
Die Labgruppen funktionieren auch so.

Verstehe ich das richtig, dass die Betriebsspannung von der ClassD erzeugt wird? Also im Grunde ein aufgebohrtes Schaltnetzteil? Warum?

Dein B) entspricht glaube ich eher dem, was Devialet macht.

[MT200]

Jup, macht man um beim leitenden Zweig das Uce und damit die Verluste zu minimieren. Der Linearteil glättet quasi nur noch die Spannung, somit muss der class D Teil nicht so präzise sein, bzw. bei kleinen Leistungen arbeitet die Endstufe komplett linear.

[kboe]

Weil wir gerade bei schrägen Verstärkerkonzepten sind, ein wenig off topic:
Kennt jemand die magnetic field amps von Carver? Waren offenbar schon in den 70ern sehr leistunsdicht und effizient.
https://www.manualslib.com/manual/101579...tml#manual

[phase_accurate]

Die Carver haben zwei Spezialitäten:
1. Ein Netzteil, welches auf hohe Peak Leistungen und nicht so hohe Durchschnittsleistung gezüchtet ist. Unter anderem haben die einen Trafo, welcher bei andauernder Nenn-Netzspannung an der Primärwicklung durchbrennen würde. Der Primärwicklung ist eine Phasenanschnittsteuerung vorgeschaltet, welche Teil einer Regelung der Netzteilspannung ist.
2. Ist die Endstufe selber eine Class H Schaltung. Ich habe selber so ein Ding in meiner Sammlung. Diese leistet fast 1 kW peak pro Kanal und arbeitet mit drei Betriebsspannungen. Ob es beim Carverwürfel auch drei oder nur zwei Spannungen sind, weiss ich nicht. Die PA versionen arbeiten definitiv mit drei.

Der Name Magnetic Field Amplifier ist also Marketing BS.

Gruss

Charles

[MT200]

Echt sau innovativ für die Zeit!

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Ich wollte ja nochmal was richtig kompaktes bauen, halt ohne Netzteil, direkt mit den 320 V als Rail für die Endstufe. Eingang einfach Toslink. Ausgang über Speakon, am Ende haben die dicken Endstufen ja ohnehin mittlerweile so hohe Spannungen. macht halt vieles einfacher. Natürlich braucht es dicke Siebung, blöd ist, ich habe massig 10 mF/500 V Eimer da, aber 500 V für nur 320 zu nehmen ist halt echt Verschwendung. Könnte natürlich eine PFC davor bauen und auf 450 V gehen.
Idee ist dann damit 4 18er in Serie zu betreiben.
Die SiC die ich da habe, können ja 650 V 50 A, da geht schon was. Wäre nur mit einem (also in Summe natürlich 4) genug für fast 20 kW an 8 Ohm...

[kboe]

Klotzen statt kleckern! :-)

[JFA]

Jup, macht man um beim leitenden Zweig das Uce und damit die Verluste zu minimieren. Der Linearteil glättet quasi nur noch die Spannung, somit muss der class D Teil nicht so präzise sein, bzw. bei kleinen Leistungen arbeitet die Endstufe komplett linear.

Das iste mir klar, aber dann kann ich doch gleich das demodulierte PWM aus den Ausgang geben? Das ganze macht nur Sinn, wenn die ClassD Kernschrott ist und man nachbessern muss. 
Dann scheint mir die Serienschaltung allerdings cleverer als das parallele von Devialet (und das, was ich damals veranstaltet habe).

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Der Primärwicklung ist eine Phasenanschnittsteuerung vorgeschaltet, welche Teil einer Regelung der Netzteilspannung ist.

 Äh, hat man dann nicht die ganze Zeit den Kern aufmagnetisiert und das brummt fleißig vor sich nin? Oder dreht es mir gerade in den Hinrwindungen falsch herum?

[phase_accurate]

Zu Yamaha:

Dort hat es natürlich keine echte class-d Endstufe drin, sondern je einen geschalteten Längsregler pro Speisespannung pro Kanal. Diese müssen natürlich nicht von gleicher Qualität sein wie eine richtige class-d Endstufe.

Zu Carver:

Ist ja Wechselspannung und nicht Gleichspannung. Aber lärmig könnte es trotzdem werden, wegen den Oberwellen, welche vom Trafo mechanisch effizienter abgestrahlt werden können und auch auf der elektrischen Seite besser "durchschlagen" können als die 50 Hz Grundfrequenz.
Aber wenn ich richtig überlege kann es natürlich schon auch zu geringen DC Anteilen kommen wenn die Regelung von Halbwelle zu Halbwelle den Winkel des Phasenanschnitts verstellt.
Der Teufel steckt bekanntlich ja immer im Detail.

Ich hatte den Link von kboe gar nicht angeklickt weil ich dahinter irgend etwas oberflächliches wie z.B. einen Prospekt erwartet hatte. Aber dort ist tatsächlich das Servicemanual vom Carver Würfel. Der hat tatsächlich auch drei Speisespannungen wie meine PA Version.

Gruss

Charles

[kboe]

Wenn ich technische Infos erbettle, dann verlink ich auch ordentliche Info, soweit ich halt kann ;-)

[MT200]

Diese Thyristor Vorregelung war tatsächlich bei großen Netzteilen verbreitet. Klar, man darf nur sehr langsam regelnund niemals DC erzeugen! Dennoch kann man so Netzteile oftmals nicht am B16 Automat betreiben, weil beim Lastsprung die Sicherung fliegt, was zeigt, das es eben doch zu DC und so zur kurzzeitigen Sättigung kommen kann...

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Das mit der parallelen Kompensation ist halt ein anderer Weg, der aber in meinen Augen auch schwieriger ist als die weit verbreitete Methode Tiefsetzsteller mit Linearendstufe.
Da ich aber selbst nur letzteres auch einmal aufgebaut habe, kann ich da nicht soviel zu sagen. Generell verwendet man meist Tiefsetzsteller mit Freilauf, also einquadranten Steller, da sonst durch das hin und herladen des Ausgangs die Zwischenkreisspannung unkontrolliert steigen kann, wenn die Last zu klein ist.
In meinen Augen mittlerweile unnötig geworden, da reine class D einfach gut funktionieren. Ich vermute (weiß es aber nicht), dass im PA Bereich dadurch aufgrund der hohen Leistungen und langen Kabel von Endstufe zu Box Probleme mit EMV aufgetreten sind, die man dadurch vermeiden wollte.

[JFA]

Dort hat es natürlich keine echte class-d Endstufe drin, sondern je einen geschalteten Längsregler pro Speisespannung pro Kanal. Diese müssen natürlich nicht von gleicher Qualität sein wie eine richtige class-d Endstufe.

Schon klar, aber der muss ja ebenfalls per PWM o.ä. angesteuert werden, dahinter muss ein (LC)-Filter sein, der Regler muss schnell genug arbeiten denn man braucht ja auch bei 20 kHz volle Betriebsspannung... dann kann ich gleich eine ClassD-Ausgangsstufe nehmen.

TI macht sowas mit seinem HybridPro, ein Schaltverstärker mit integriertem DSP, der über einen PWM-Ausgang einen Boost-Converter steuern kann. Da geht es aber um Maximierung der Effizienz bei kleinen bis mittleren Aussteuerungen im Akkubetrieb und Minimierung der notwendigen Kühlfläche. An Netzspannung betriebenen Rack-Verstärkern macht das meiner Meinung nicht viel Sinn, das letzte Quäntchen Strom muss man nicht sparen und zur Kühlung ist genug Gehäuse zur Verfügung.

Ist ja Wechselspannung und nicht Gleichspannung. Aber lärmig könnte es trotzdem werden, wegen den Oberwellen, welche vom Trafo mechanisch effizienter abgestrahlt werden können und auch auf der elektrischen Seite besser "durchschlagen" können als die 50 Hz Grundfrequenz.
Aber wenn ich richtig überlege kann es natürlich schon auch zu geringen DC Anteilen kommen wenn die Regelung von Halbwelle zu Halbwelle den Winkel des Phasenanschnitts verstellt.

Stimmt, man kann auf der anderen Halbwelle wieder entmagnetisieren. Muss dann halt zueinander passen ^^

[MT200]

Man sollte nie vergessen, das manches eben nur gemacht wird, weil es eben anders ist, als ein Konzept was an sich auch funktioniert, aber so Patente umgangen werden.