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High Power IGBT-Endstufe
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WARNUNG: Da hier mit großen Leistungen hantiert wird, sind Kenntnisse mit hohen Strömen und Spannungen erforderlich. Beim potentiellen Nachbauen übernehme
ich keinerlei Haftung für irgendeiner Art von Fehlfunktion und möglichen Auswirkungen. Die hier vorgestellten Beispiele wurden hauptsächlich selber erarbeitet. Bei Verstößen gegen vorhandene
Copyright-Bestimmungen übernehme ich keine Haftung, bitte aber um Benachrichtigung.
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Hinweis: Die hier vorgestellte Endstufe befindet sich derzeit in Entwicklung.
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Weiterer Hinweis: Diese Endstufe ist (noch) nicht für KFZ-Betrieb ausgelegt!! Die hierfür notwendigen Schaltregler und deren Baupläne und Erklärungen würden den Rahmen
hier sprengen. Also bitte keine Fragen der Art “Hey, dees Ding könnt ii ja in mei Audo neibaua...”! Vielleicht werde ich demnächst eine
KFZ-Variante entwerfen...
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Inhalt dieser Seite:
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Wie es dazu kam...
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Wie auch andere Musikfanatiker höre ich gerne laute Musik. Mit der Zeit, ich war damals erst 15 und experimentierte mit POWER-MOS-Transistoren, wollte ich genau wissen, wie eine
Audio-Endstufe funktioniert. Das erste Opfer (ein defekter 2*80W-Verstärker) war schnell gefunden. Nach ersten Reparaturversuchen, die Mangels technischen Kenntnissen eher ein Bauteileaustauschen war,
verstand ich schemenhaft das Funktionsprinzip der Endstufe. Mit 18 baute ich nach mehreren Bausatzverstärkern meine erste Transistorendstufe, die aus einem OP als Vorverstärker und mehreren Darlingtons
als Emmitterfolgern bestand. Die damaligen Probleme mit den für solche Endstufen typischen unsauberen Nulldurchgängen war durch experimentieren nach einiger Zeit behoben. Diese Endstufe, die immerhin
schon bis ca. 200W Sinusgesamtleistung brachte, wurde daraufhin in die Partybox, ein mobiles Audiosystem, eingebaut. Mit der Zeit kam ich über eine gewisse
Internetseite günstig an IGBT-Module ran. Die Module, die zuerst für die Fortsetzung des Millennium III Gokarts herhalten sollten, lagen dann seitdem unbenutzt im Regal herum. Ich hatte mir Zeitweise auch schon überlegt, diese Halbbrückenmodule für eine Endstufe herzunehmen, da laut Datenblättern diese Transistoren extrem hohe Verlustleistungen wegstecken können und einen guten Frequenzgang besitzen, doch dies scheiterte Anfangs an mangelnden Schaltungsideen.
Dies hat sich aber Anfang 2003 geändert, als ich die Prinzipschaltpläne von MOS-Endstufen in die Finger bekam. Kurz darauf war auch schon die erste  Versuchsschaltung (Bild links) auf einem großen Strangkühlkörper aufgebaut, die aus einer
aktiven Halbbrücke bestand, und mit einer OP-Ansteuerschaltung mit Ausregelung versehen schon eine relativ gute Klangqualität herbrachte. Die Leistung war aber noch relativ
mies. Wenn nun dieses Prinzip bei einer höheren Betriebsspannung und in Form einer Vollbrücke angewandt wird, ist rein theoretisch eine Maximalleistung möglich, die (je nach
Dimensionierung der Kühlung) das Doppelte des Verlustleistungsgrenzwertes aller Transistoren beträgt. Mögliche Werte wären also 800W, 1600W, bis hin zu 4000W und
mehr (!!), je nach Modulen. Derzeit arbeite ich an einer Variante, die Betriebsspannungen über dem OP-Niveau ermöglicht und zugleich ein verzerrungsfreies Signal hergibt, um die
Ausgangsleistung zu erhöhen. |
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Doch was sind denn eigentlich...
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... IGBT’s ?
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IGBT steht für:
Isolated
Gate
Bipolar
Transistor
was soviel bedeutet wie:
Bipolarer Transistor, der über eine MOS-FET ähnliche Gateansteuerung verfügt, und somit die Vorteile beider Bauteile beinhaltet.
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Ein kleiner Haufen verschiedener IGBT-Module, die günstig als Gebrauchte oder andersweitig Ausgesonderte zu bekommen sind.
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Da Leistungs MOS-FET’s für Anwendungen im Bereich oberhalb 600V zu hochohmig sind, müßten mehrere dieser Transistoren parallel geschaltet werden. Dies würde das Schaltungskonzept verteuern. Man suchte daher nach Lösungen zur Verbesserung dieses Nachteils, jedoch unter Beibehaltung der Vorteile des MOS-Bauelements. Das brauchbarste Resultat ist der “IGBT”. Mit seinen heutigen Eigenschaften entpuppte er sich zu einem fast idealen Schalter für hohe Spannungen und
Ströme. Die anfänglichen Probleme zur Neigung zum thyristorartigen ‘Latch-Up’ bei hohen Strömen und höheren Temperaturen sowie den kurzzeitigen großen Verlustleistungen während des Abschaltens wurden
weitgehendst beseitigt. Im allgemeinen kann man sich den heutigen IGBT als einen großen bipolaren Transistor vorstellen, der durch eine MOS-ähnliche Struktur angesteuert wird. Daher auch die
Anschlussbezeichnungen G (Gate) C (Collektor) und E (Emitter). IGBT’s gibt es heutzutage in Form von Modulen mit einer bis zu einigen 100 kW großen Schaltleistung, sowie als Kleinbauteile (TO und
ISOTOP-Gehäuse) für ‘kleine’ Umrichter und Schaltnetzteile. (Siehe auch Elektronik - Anwendung von Power-MOS-Transistoren)
Wahrscheinlich wird man sich gerade die Frage stellen, warum ich eigentlich solche Monsterbauteile verwende... Dies lässt sich mit folgendem begründen: 1. Man kann solche Module günstig als
funktionsfähige Gebraucht- oder Ausschussware bekommen. 2. Aufgrund ihrer Bauform verkraften sie sehr hohe Verlustleistungen. 3. Und das bei sehr hohen Spannungen 4. Sie besitzen für diese Leistung einen
ungewöhnlich guten Frequenzgang, und schließlich 5. Sie lassen sich wie MOS-Transistoren handhaben, d.h. eine analoge Verwendung stellt kein größeres Problem dar.
Nun kann es endlich losgehen:
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Module, die für eine Endstufe in Frage kommen...
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(Da soll man nicht Größenwahnsinnig werden? ;-)
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Die Innenbeschaltung dieser Module:
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Wie hier unschwer zu erkennen ist, handelt es sich bei den beiden Halbbrücken um Einzel-IGBT’s, die intern in Reihe geschaltet sind. Die Mittelanzapfung ist dabei herausgeführt. Als
Elektroniker wird man bereits hier schon ein Problem erkennen, und zwar die fehlende Möglichkeit, zwischen beiden Transistoren Messwiderstände zu schalten, um so einen Überlast- und Kurzschlussschutz zu
erhalten. Hier wäre es Schaltungstechnisch Sinnvoller, die Einzeltransistoren zu nutzen, welches sich aber bei ‘kleineren’ Endstufen in punkto Platzbedarf negativ auswirkt.
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Prinzipschaltung eines Endstufenkanals mit Halbbrücken:
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Erster funktionierender Endstufen-Aufbau:
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Die erste funktionierende IGBT-Endstufe. Mit einer Ausgangsleistung von immerhin 30Wsin im Halbbrückenmodus gegen Masse ist dies der erste Beweis für ein Funktionieren der analogen
Ansteuerung der IGBT-Module. Zwar generiert diese Schaltung noch geringe Verzerrungen, die sich hauptsächlich in der Nähe der Nulldurchgänge befinden, aber dennoch fast nicht mehr hörbar sind. Was mich
bei dieser Schaltung verwunderte, war der ungewöhnlich gute Frequenzgang (bis ca. 100kHz) und der bei größeren Aussteuerungen ziemlich klare Klang. Im Folgenden wird die Schaltung anhand eines
Schaltplanes näher beschrieben:
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Wie man schon im Schaltplan sehen kann, wird das Modul direkt per OP angesteuert und ausgeregelt, wobei der negative Teil über einen PNP-Transistor das Steuersignal bekommt. Ein Teil-OP des
Doppel-OP’s 1458 wird zur Vorverstärkung herangezogen, der andere dient für die Endstufenausregelung. Diese Endstufenschaltung kann nur für eine Betriebsspannung von max. +-22V verwendet werden, kann
dafür aber sehr niederohmige Lasten betreiben. (Wer also einen größeren E-Motor singen lassen will, hier ist die Schaltung dazu...)
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Weiterhin möchte ich noch anmerken, dass diese Schaltung keinerlei Überlast und Kurzschlussschutz besitzt. Da dies nur eine Versuchsschaltung war, möchte ich im Folgenden nicht weiter darauf
eingehen.
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Möglichkeit für Überlast/Kurzschlussschutz...
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Erster Schaltungsversuch für HV Audio-Endstufe:
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Ein theoretischer Schaltungsentwurf (NICHT nachbauen!!) (Klick für Grossbild)
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Hier ein Schaltungsversuch, der als Verstärkerhalbbrücke ausgeführt ist. Um eine Vollbrücke zu erhalten, benötigt man zwei Schaltungen dieser Art, die mit invertierten Signalen angesteuert
werden (müssen). Ausgelegt ist diese Schaltung für eine Betriebsspannung von max. +-60V gegen Masse (GND), und +-15V für die OP’s.
Besonderheiten der Schaltungsvariante: 2 OP’s für die
Grundverstärkung und Ausregelung. T6, T7, T10 und T11 für eigentliche Signalverstärkung. T8 und T9 als erweiterter Zweigkurzschlussschutz. Bei dieser Schaltung kann die Endstufenspannung Ub ein
mehrfaches der OP-Spannung sein, trotzdem ist eine Rückkopplung und Ausregelung vorgesehen. T12 und T13 dient zur besseren Arbeitspunkteinstellung. Die Übertragung erfolgt NICHT linear, sondern muss von
einem Regler korrigiert werden. (IC1)
Nach Aufbau und Test dieser Grundschaltung traten interressante Effekte auf, wie zum Beispiel:
- Selbsttätiges Anschwingen im kHz bis MHz-Bereich, welches schliesslich zu einem Kurzschluss am Versorgungsteil führte,
- nach mehreren Schwingungsunterdrückungsversuchen
undefinierbare Ausgangssignale, die zwar teilweise ausgeregelt wurden, aber nicht als Audiosignale bezeichenbar waren,
- schliesslich nach Arbeit im Bereich bessere linearere Analogverstärkung
eine vollautomatische Selbstzerstörung des Vorverstärkers!!
Diese negativen Erfahrungen des ersten HV-Versuches waren ausschlaggebend für eine komplette Konzeptänderung im Bereich der Vorverstärkung.
Es gab aber auch EINE positive Erfahrung mit
dieser Schaltung, welches zu folgendem Endstufenprinzip führte:
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PWM-Signalfähige HV Audio-Endstufe:
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Ein theoretischer Schaltungsentwurf für eine Audio-PWM-Signalverstärkung (Klick für Grossbild)
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Hier eine Weiterentwicklung der vorherigen missglückten Schaltung. Diese Schaltung kann man zwar nicht für die direkte analoge Verstärkung nutzen, dennoch kann man hiermit digitalisierte
Analogsignale, speziell im Bass-Bereich, verstärken. Hierzu ist jedoch eine PWM-Ansteuerung nötig, die abwechselnd entweder ein positives, negatives oder GND-Signal am PWM-IN1 anlegt. Der Eigenbau einer
dazu nötige Modulationsschaltung gestaltet sich aber eher schwierig, da eine PWM-Digitalisierung eines Audiosignales gewissen Anforderungen gerecht werden muss, worauf hier (vorerst) nicht näher
eingegangen wird. Als weitere Beigabe enthält diese Schaltung auch eine Überlast/Überstromerkennung und Begrenzung, welche durch die Messhunts R1 und R2 einstellbar ist. Die Erkennungsschaltung liefert
an den Ausgängen OD-pHB und OD-nHB bei einer Zweigüberlastung ein Signal, welches sich über eine einfache Widerstands-ZDiodenschaltung für eine digitale Weiterverarbeitung verwenden lässt.
(Overdrive-Erkennung für Mikrokontroller etc.)
Die Vorteile und Eigenschaften dieser Schaltung äussern sich in einer großen Schaltgeschwindigkeit, einer TRI-STATE-Fähigkeit (pos., null und neg.) bei sehr hohen Ausgangsströmen und einer
(bauteileabhängig) hohen Betriebsspannung. Es wurden mit dieser Konstruktion Schaltfrequenzen im Bereich 100kHz-400kHz bei einer Ub von +-45V und einem Rext von <2Ohm gen Masse erreicht. Somit wäre
diese D-Endstufenschaltung gut geeignet für eine Audioverstärkung vorzugsweise im Bass-Bereich. Darüber hinaus wäre sie auch als Treiberstufe für (Sinus-)Wechselrichter, (NS)Wechselstrommotoren und
(NS)Drehstrommotoren geeignet.
Kommen wir nun wieder zur Analogendstufe:
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Zweiter Schaltungsversuch für (analoge) HV Audio-Endstufe:
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Diese Schaltung bedient sich der am Anfang gewonnen Kentnisse der Audioverstärkung direkt über eine OP-IGBT-Ansteuerung. Um hier höhere Betriebsspannungen zu erlauben, habe ich mich
entschlossen, einen Operationsverstärker anzuwenden, der ein großes Betriebsspannungsfenster aufweist. Das IC TDA7293, welches eigentlich als eigenständige 100W-Endstufe gedacht ist, wird nun für die
Signalverstärkung und die IGBT-Treiberei herangezogen. Mit einer Betriebsspannung von max. 120V (+-50V) kann dieses OP-IC ideal als Vorverstärker verwendet werden, der die Ausregelung gleich mit
übernimmt. Weiterhin spare ich mir die fehleranfällige Dimensionierung der Einzelbauteilverstärkerschaltung, da quasi alle nötigen Komponenten im IC integriert sind.
Derzeit warte ich noch auf die
Lieferung des IC’s. Sobald diese Endstufe (hoffentlich) funktioniert, werde ich dies hier veröffentlichen.
Nachtrag: IC’s sind da, und in den nächsten Tagen werde ich hoffentlich ein Resultat
präsentieren können
23.03.2003, Nachtrag:
Endlich ist es mir gelungen, diese neue Endstufenkonstruktion zum Laufen zu bringen. Bereits im ungebrücktem Versuchsaufbau wurde eine Sinusleistung größer als 100W erreicht, und das bei
einem Frequenzgang von ca. 10Hz bis ca. 100kHz VERZERRUNGSFREI!!
Hier die funktionierende Testschaltung:
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Die IGBT-Endstufe mit einem TDA7293 als Vorverstärker - Testaufbau (funktioniert größtenteils) (GROSSBILD)
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Dies ist der Beweis, das mit diesem Prinzip eine PA-Endstufe mit IGBT-Modulen machbar ist. Wie im Schaltplan ersichtlich, wird mit einer Diodenreihe, die beliebig angezapft werden kann, eine
leichte Aufsteuerung der Module sowie eine Einstellung des Arbeitspunktes erreicht. Der OP-IC in dieser Schaltung wurde mit Minimalbeschaltung betrieben. Das einzige Problem, das bis jetzt aufgetreten
ist, ist im Bereich der Temperatur zu finden, die beim Ansteigen die Halbleiter dazu veranlasst, besser zu leiten. So ist es nicht verwunderlich, dass nach einer ‘Aufwärmphase’ die Endstufenkonstruktion
mit nur einer Halbbrücke bereits 80W im Leerlauf braucht. Nach einer halben Stunde Musik ist die Leerlaufleistung schon auf über 150W pro HB. (Nach einer Stunde und 200W habe ich abgeschalten!)(4 Halbbrücken werden es im Endzustand sein!!) Dieses Problem kann nur mit einer Lüfterbatterie oder einer Temperaturkompensierung behoben werden.
Auf letzteres wird im folgendem Beispiel eingegangen:
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Schaltungsversuch für effizientere HV Audio-Endstufe:
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Die IGBT-Endstufe mit einem TDA7293 als Vorverstärker und einfacher Ruhestromausregelung
Testaufbau für +-30V (Erfolgreich getestet und korrigiert. Siehe Text) (GROSSBILD)
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Wie selbst ein Laie erkennt, ist die Schaltung im Prinzip gleich mit der vorigen Version - dazugekommen ist lediglich die Bauteilekombination im Lastzweig, die die Diodenreihe beeinflusst.
R13 und R14 dient hier zur Strommessung. Sie können wahlweise auch größer als 1R gewählt werden (ausprobieren!). Die Dioden D16, D17 dienen zur Verlustbegrenzung an den Messwiderständen. Je nach Wahl
dieser Dioden sind die Verluste im Lastzweig im 1-2Volt-Bereich. (Es müssen unbedingt Leistungs-Siliziumtypen verwendet werden. Keine Schottky-D’s!) Die Transistoren T4 und T5 haben dann die Aufgabe, die
Abschwächung des entgegengesetzten Last-IGBT’s über dessen Vortransistor zu bewirken. Dies hat den Sinn, dass bei Ansteuerung eines IGBT’s der entgegengesetzte IGBT gesperrt wird. So wird sowie im
Ruhezustand als auch unter Last eine (hoffentlich) optimale Stromaufnahme erreicht.
Ob dies so hinhaut, habe ich noch nicht getestet, werde dies aber bald tun.
Nachtrag, 01.04.2003:
Nun ist es offiziell: Die IGBT-Endstufe wurde erfolgreich mit dem oben vorgestelltem Vorschlag zur Aufnahmeleistungsverringerung erweitert. Dies bedeutet im Einzelnen, dass die
Leerlaufverlustleistung pro Modul und seine Ansteuerung von 200W(!!) auf ca. 15-20W gesenkt werden konnte, und dies bei kaum vorhandenen Klang- und Frequenzgangeinbußen. Zudem hat bei einer Aussteuerung
von ca. 100mV bis Maximum ein 50kHz-Sinussignal noch einen ziemlich exakten Sinusverlauf. Allerdings ist nun ein leichtes Leerlaufrauschen im 20mV-, 100-500kHz-Bereich vorhanden, welches sich durch
Abschirmung theoretisch beheben ließe, aber auch so bedingt durch die hohe Frequenz kaum auffällt.
Es wurden zur Anpassung der Erweiterung folgende Änderungen im Bezug auf den obigen Schaltplan durchgeführt:
- R13 und R14 sollten mehr als 1Ohm betragen. Gute Ergebnisse wurden mit 2Ohm erreicht. Eine weitere Widerstandsvergrößerung dürfte Klangeinbußen mit sich bringen. Ausprobieren!
- R15 und R16 wurden von 10kOhm auf 1kOhm reduziert.
Nun ist ein Funktionierendes Schaltungsprinzip vorhanden, welches im Folgenden weiter ausgebaut werden kann. Unter anderem ist nun eine Brückung fällig, um die derzeit Ausgangsseitige
150Wsin auf über 500Wsin zu erhöhen. Zudem mache ich demnächst noch Tests an höheren Betriebsspannungen bis +-50V.
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Bilder des HV-LP-Endstufenaufbaus:
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Der Endstufenaufbau. Ein-Halbbrückenmodus. Links der Trafo, unten die Ansteuerung.
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Eine bessere Sicht auf den Aufbau
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IGBT-Versuchsaufbau Steckbrief:
- Betrieb an +-32V
- Leerlaufleistungsaufnahme: 15-20W
- Maximalleistung: ca. 100Wsin an 4Ohm
- mit extrem niedrigen Impedanzen belastbar
- Frequenzgang: 0Hz(GS) bis ca. 100kHz
- (Nennlast-)Wirkungsgrad: ca. 60-70%
- 1 aktives IGBT-Modul
- Aufbau: chaotisch
- Ansteuerung: TDA4290 mit Nachführtransi-
storen und LLL-Ausregelung
- gute Linearität
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Die IGBT’s. Das Gewurschtel obendrauf ist die Leistungsverringerungserweiterung
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Die Ansteuerung mit dem TDA4290
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Extremtests mit der Einhalbbrücken-IGBT-Endstufe:
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Nun habe ich mich doch einmal dazu überwunden, ein paar Extrembelastungstests an der Experimental-1Halbbrücken-IGBT-Endstufe durchzuführen. Hierzu habe ich zuerst die Betriebsspannung auf
+-55V erhöht (absolute Grenze!!). Hier ist dann, bei einer guten Kondensatorstützzung eine Sinusausgangsleistung von ca. 250W(!!!) erreichbar. Und das bei nur einer aktiven Halbbrücke gegen Masse, und
einem 4Ohm-Lautsprecher. In Brückenkonfiguration wäre dann theoretisch die 1000Wsin-Grenze pro Kanal erreicht. Allerdings ist der Wirkungsgrad in diesem Betriebsmodi “unter
aller Sau”. Anders ausgedrückt: bei Halblast ca. 30%-50%. Bei Volllast geht dieser dann gegen 60%-70%. Weiterhin habe ich festgestellt, dass nun Schwingungen ab 50%-iger Aussteuerung im negativem
Halbwellenbereich auftreten, sowie andere Unregelmäßigkeiten in Kommutationsnähe des Signals vorhanden sind. Für reine Bass-Anwendungen kein Problem. Bei allgemeinen Audio-Anwendungen wird dies als
leichtes Kratzen hörbar. Um eine Behebung dieser Probleme werde ich mich im weiteren bemühen. Allgemein könnte man diese Probleme durch Verringerung der Symmetrierlastwiderstände erreichen, was leider
wieder mit einer Leerlaufleistungsvervielfachung quittiert werden würde. Eine andere Möglichkeit wäre ein kleines abgestimmtes Kondensatornetzwerk, welches bei Aktivitäten die Rückstellfähigkeit der
IGBTs mittels Steuersignalkorrektur verbessert. Desweiteren wäre noch zu erwähnen, dass, bedingt durch die Belastbarkeit der IGBTs, selbst ein ausgangsseitiger Kurzschluss oder Überlast die Endstufe
nicht aus der Fassung bringt. Somit könnte man diese Konstruktion auch als Sinus-, Frequenz oder Wechselrichterendstufe verwenden, oder andersweitig zweckentfremden.
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Nachtrag 04.04.2003: Nach ein paar Verbesserungsversuchen in punkto Signalqualität haben sich folgende Änderungen bewährt:
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Verbesserungen der 1-Halbbrücken-Ansteuerung (für +-50V):
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Die IGBT-Endstufe mit korrigierter Ruhestromausregelung mit Hochpass und einem TDA7293 als Vorverstärker Aufbau für +-50V
(Erfolgreich getestet und korrigiert. Siehe Text) (GROSSBILD)
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Dies hier ist nun eine Weiterentwicklung der IGBT-Endstufe, die auf den Erkentnissen des Extremtests basieren. Unter anderem fiel mir auf, dass eine grobe Vergrößerung der
Strommesswiderstände R13/R14 die Ausgangssignalqualität nur minimal beeinflusst,
wodurch der Leistungsbedarf im Leerlauf weiter gesenkt werden kann. Desweiteren wurde experimentiell die optimale Größe der Reglertransistor-Basiswiderstände mit 2kOhm ermittelt. Als Erweiterung sind die Kondensatoren C4/C5 hinzugekommen, welche die Aufgabe haben, unabhängig vom Spannungsabfall am Diodennetzwerk einkommende Signaländerungen direkt zu den Nachführtransistoren zu leiten. Dies verbessert wesentlich das Handling der Endstufe. Mit dieser Änderung wurden alle störenden Schwingungen im negativen Halbwellenbereich eliminiert. Allerdings konnte das Problem der Kommutierung nicht ganz behoben werden. So ist also noch ein kurzer Nadelimpuls nach jedem Übergang in den negativen Aussteuerungsbereich vorhanden. Bei Frequenzen von 0Hz - 10kHz ist dies weiter kein Problem. Sobald sich die Frequenz im Bereich 20-40kHz und die Aussteuerung über +-10V befindet, ist ein kurzzeitiger Spannungseinbruch während der negativen Sinushalbwelle zu betrachten. Inwieweit dies die Musikqualität beeinflusst, würde ich als vernachlässigbar einstufen, da dies keine hörbaren Frequenzen mehr sind..Bei Frequenzen über 50kHz bis max. 200kHz ist dieses Kommutationsproblem wieder verschwunden, und eine eingehende Sinusform wird allmählich zu einer leicht gestauchten Dreiecksform. Doch wer hört in diesem Bereich noch was... (==> Super für BASS-Anwendungen!!)
Im allgemeinen kann ich sagen, dass eine Vorentwicklung der 1-HB-Endstufe abgeschlossen ist. Es sind natürlich noch weitere Verbesserungen anstrebenswert, doch ich werde demnächst erst
einmal versuchen, ein einheitliches Platinenlayout zu erstellen. Mit Hilfe zweier solcher Platinen und einem Signalinvertierer werde ich im (über-)nächstem Teil eine Brückenansteuerung testen (also
2-HB-Endst.), die dann Ausgangsleistungen über 500Wsin, bis idealerweise 1kWsin an 4Ohm erzielen soll.
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Signalverläufe der verb. 50V-1HB-IGBT-Endstufe mit TDA-IC:
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Schaltungsversuch gebrückte HV Audio-Endstufe mit TDA-IC:
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Probleme mit der HV Audio-Endstufe mit TDA-IC als VV:
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13.04.2003: Aufgrund Technischer Probleme, die speziell den TDA7293-IC betreffen, wird von einer Verwendung dieses IC’s als Vorverstärker unter folgenden Bedingungen abgeraten:
- Endstufe wird mit wechselnder Belastung betrieben (Trafo/Motor am Ausgang)
- TDA-IC wird für eine Signalendausregelung herangezogen
- Bei stark störenden Geräten in direkter Nähe des Aufbaus (Handy!)
- Unbegrenzten oder übersteuerten Eingangssignalen
In allen Fällen führt dies zu einer Fehlfunktion des Vorverstärkers. Dies hängt höchstwahrscheinlich mit einer zu minimalen Belastung des IC’s zusammen. Die Probleme führten zu einem
unkontrollierbaren Anschwingen der VV-Stufe, die in zwei Extremfällen in der Zerstörung des VV endeten. Hiervon waren zum Glück nur die zwei Entkoppelungsdioden und der IC selbst betroffen, das teure
IGBT-Modul sowie alle anderen Bauteile blieben verschont. Angesichts der Tatsache, das der IC selbst nicht gerade billig ist, habe ich mich entschlossen, bei Extremanwendungen der IGBT-Endstufe eine neue
Transistor-Vorverstärkerstufe zu entwickeln.
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Für normale Audioanwendungen kann der TDA-IC verwendet werden. Hier sollte aber auf eine zusätzliche Absicherung des Vorverstärkers negativ- und positiverseits geachtet werden, um größere Schäden zu vermeiden. Hier wäre der Einsatz eines Microcontrollers zur Überwachung sinnvoll, der bei einer Störung entweder die gesamte Endstufe abschaltet (TRIAC/Schütz vor den Trafos), oder bei PA-Anlagen den betreffenden Endstufenteil vollautomatisch umgeht, und die LS auf einen anderen Port umschaltet, während das Eingangssignal kurz abgekoppelt wird. Der Phantasie zur Vollautomatischen Störungsbehebung sind hier keine Grenzen gesetzt.
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Wer mir bei den TDA-Problemen weiterhelfen will und kann, der darf sich natürlich gerne melden.
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HV Audio-Endstufe mit Transistor/OP-Vorverstärkerstufe:
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kommt noch...
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Bildmaterial des neuen Endstufenaufbaus:
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Diese zwei Trafos werden die endgültige Endstufe mit ‘Saft’ versorgen. Jeder Trafo ist für etwas mehr als 500W bei ca. 35V ausgelegt. Gestützt wird die
Spannung mit 2 Kondensatoren der Größe 20000µF (80V). Erzielen will ich mit dieser Endkonstruktion eine Sinusgesamtleistung von ca. 1kW.
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Derzeit in Arbeit...
Weitere Dokumentation folgt noch...
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Literatur:
MOSFET’s, IGBT’s und Co.:
Schaltungsanregungen & Co.
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