Kombination aus Class-D und Class A/B

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WhyLee
Stammgast

#1 erstellt: 23. Jun 2011, 19:01

Wir wissen ja alle, daß Class A/B bzgl. Stromverbrauch nicht so fein ist, weil die Differenz zwischen Versorgungsspannung und Ausgangsspannung immer über den Transistor je nach Strom ordentlich Verlustleistung erzeugt.
Aber so ein Teil klingt ja bekanntlich nicht so schlecht.

Bei Class-D schaltet man zwischen zwei Spannungen sehr schnell hin und her und filtert mittels eines Tiefpassfilters auf ein halbwegs brauchbares Signal mit einer gewissen Restwelligkeit im HF-Bereich.
Dabei findet man immer wieder mal einfache PWM-Ausgänge, die nur bei einem idealen Widerstand als Verbraucher funktionieren.
Da aber Lautsprecher dran hängen, deren Last alles andere als ein konstanter Widerstand ist, bringt ein reiner PWM-Ausgang nicht die Erfüllung.
Ich denke mal, es wird auch Regelkreise geben, die das Schalten in Abhängigkeit der Differenz zwischen Ein und gefilterten Ausgang machen um den "Schaden" am Ausgang halbwegs gering zu halten.

Was mich aber interessiert ist, ob es schon Chipsätze oder interessante Schaltungen/Fertigmodule etc. gibt, die beides kombinieren.
Ich stelle mir das so vor:
Ich hab dann nicht eine konstante Versorgungsspannung von +-40 V für die A/B-Endstufentransistoren, sondern eine Versorgungsspannung, die im groben dem Sollausgangssignal +/-5V entspricht.
Also quasi ein Spannungsversorgungsschlauch ein Paar Volt um das Sollsignal herum. (versteht ihr, was ich meine)

Oder sind da übliche A/B-Endstufentransistoren nicht mehr so glücklich in ihren Eigenschaften, wenn die Versorgung des Kollektors nur noch 5V oder vielleicht nur noch 3V vom Emitter 'entfernt' ist.

Der Vorteil wäre aber, daß an den Endtransistoren nicht meh r so viel Leistung verbraten wird, weil die Versorungsspannung quasi mit dem Signal mitwandert und man ein 'saubereres' Signal am Ausgang erhält im Vergleich bei Class-D.

Der Nachteil (welchen seht ihr in diesem Konzept noch?) ist der, daß man für die Versorgungsspannugen einen höheren Realisierungsaufwand hat. Also jeweils eine gepulste, gefilterte Spannungsversorgung für + und -.

Da es aber noch viele andere schlaue Köpfe gibt wird es da wohl schon ganz gute Konzepte geben, die das gut Kombinieren.
Habt ihr da Infos oder sogar Erfahrung zu diesem Thema?

Danke für eure Infos,
WhyLee.

mrlongie
Stammgast

#2 erstellt: 23. Jun 2011, 19:14

Stichwort: Class H und im entfernteren Sinne auch Class G.

Mfg,
Markus

Captain-Chaos
Hat sich gelöscht

#3 erstellt: 23. Jun 2011, 20:09

In den 90ern hatte Technics eine sog. ClassAA-Schaltung, die nach dem von dir genannten Prinzip arbeitet.

Bang und Olufsen haben mit den

ICEpower Modulen einen ähnlichen Weg auf digitaler Ebene erfunden, absolutes High Tech.

pelowski
Hat sich gelöscht

#4 erstellt: 23. Jun 2011, 23:32

WhyLee schrieb:

...Bei Class-D schaltet man zwischen zwei Spannungen sehr schnell hin und her...

Naja, wenn 0V auch ´ne Spannung ist...

...und filtert mittels eines Tiefpassfilters auf ein halbwegs brauchbares Signal mit einer gewissen Restwelligkeit im HF-Bereich...

Was soll daran nur halbwegs brauchbar sein?

...Dabei findet man immer wieder mal einfache PWM-Ausgänge, die nur bei einem idealen Widerstand als Verbraucher funktionieren.
Da aber Lautsprecher dran hängen, deren Last alles andere als ein konstanter Widerstand ist, bringt ein reiner PWM-Ausgang nicht die Erfüllung...

Du solltest deine Kritik schon etwas fundierter vorbringen und dazusagen, welche Daten "...nicht die Erfüllung..." bringen.

Vielleicht vorher hier mal lesen - auch wenn es recht umfangreich ist:

http://hifiakademie....3LjE4OS4xNjAuMTQ4fCA

Grüße - Manfred

killersnake
Stammgast

#5 erstellt: 24. Jun 2011, 07:26

WhyLee schrieb:

Dabei findet man immer wieder mal einfache PWM-Ausgänge, die nur bei einem idealen Widerstand als Verbraucher funktionieren.
Da aber Lautsprecher dran hängen, deren Last alles andere als ein konstanter Widerstand ist, bringt ein reiner PWM-Ausgang nicht die Erfüllung.

Dann dürfen ja die ganzen Motorsteller/Regler. vom einfachsten 1Q bis x100KW Frequenzumrichter ja gar nicht funktionieren

Wo hast du das her?
Was ist ein einfacherPWM-Ausgang? Gibts auch komplexe?

jogi59
Inventar

#6 erstellt: 24. Jun 2011, 08:07

Ganz abgesehen davon, daß gute Class-D Verstärker keinen reinen PWM-Ausgang haben, gibt es deine Idee schon zu kaufen

Lab-Gruppen

Krümelmonster
Inventar

#7 erstellt: 25. Jun 2011, 12:48

Class AA war so viel ich weiß, nur mit dynamisch angepasstem Ruhestrom! Keine Mischung aus AB und D
bei 0 Signal, wenig Ruhestrom
bei wenig Signal, viel Ruhestrom um die Übernahmeverzerrungen (um die es ja geht) möglichst gering zu halten
bei viel Signal, weniger Ruhestrom, weils nicht mehr ins Gewicht fällt.

Das was Du bschreibst, hab ich schon in Netzteilen gesehen. Der 50HZ Trafo wird mittels Triacschaltung vorgeregelt und die Gleichspannung vor dem Linear-Transistor ist immer nur wenige Volt höher, als die benötigte Ausgangsspannung. Allerdings ist hier keine hoche regel-Geschwindigkeit nötig.

Da dann die Regelkarakteristik der 'Spannungsregler' extrem schnell sein muß, schätz ich das nicht so einfach ein!

Wie weiter oben schon beschrieben als Class H ist es da eher sinnvoll, zwischen 2 oder mehreren verschieden hohen Versorgungsspannungsrails schnell und Signalamplitudengesteuert umzuschalten. Beispiel:
PA-Verstärker QSC MX3000a die zwischen ungefähr +-60V, +-100V und +-142V umgeschaltet werden kann.
Bei normalem Musiksignal geht bei einer Class H Schaltung der Wirkungsgrad dann schon sehr weit nach oben!

Eine weitere Möglichkeit, hab ich mir bei meinen selbstbau Projekten überlegt, wäre ein Schaltnetzteil zu bauen, das sich das Ausgangssignal 'anschaut' und wenn es 'merkt', da is die ganze Zeit über nur 10% Aussteuerung, daß es die Versorgungsspannung immer weiter senkt. Kommt ein hoher Impuls, kann der evtl. aber dann mal kurz verzerrt sein. Hier muß das NT dann schnell hochregeln können und von dort aus dann wieder ganz langsam zurückregeln.

Hab ich aber noch nicht realisiert. Hab sowas ähnliches allerdings in einer hochwertigen Eton-Autoendstufe gesehen.

[Beitrag von Krümelmonster am 25. Jun 2011, 12:52 bearbeitet]

WhyLee
Stammgast

#8 erstellt: 28. Jun 2011, 12:05

pelowski schrieb:

...und filtert mittels eines Tiefpassfilters auf ein halbwegs brauchbares Signal mit einer gewissen Restwelligkeit im HF-Bereich...

Was soll daran nur halbwegs brauchbar sein?
...
Du solltest deine Kritik schon etwas fundierter vorbringen und dazusagen, welche Daten "...nicht die Erfüllung..." bringen. :.

Wenn es keine Regelung gibt sondern nur einen direkten gefilterten PWM-Ausgang, dann kommt aufgrund schwankender Last nicht das an was sein soll.
Solche Schaltpläne im Netz sind mir schon untergekommen, die den D/A-Wert einfach fest in einen PWM-Wert umrechnen und das wars dann. Sowas funktioniert an einem konstanten Widerstand gut.

An einem Lautsprecher, der eine dynamische Last ist, schaut das anders an. Da gehts auch um den Dämpfungsfaktor und diesen erreicht man mit direkter PWM nicht.

D.h. man baut einen Komparator dran, der Ausgang mit Eingang vergleicht und dann wieder Saft drauf gibt wenn die Abweichung zu groß wird. Und das mit einem definierten/maximalen Takt. Somit erreicht man auch einen anständigen Dämpfungsfaktor.
Damit haben wir eine Regelung, die immer nur versucht Fehler zu minimieren im Gegensatz zu Class AB, wo ohne einer Regelung auch schon ein gutes Musiksignal rauskommen sollte, das auch einen nennenswerten Dämpfungsfaktor haben dürfte.

Gefallen tut mir das mit der verbleibenden Restwelligkeit bei Class D nicht.

tiki
Inventar

#9 erstellt: 28. Jun 2011, 14:11

Hallo,
wozu dieses Schwadronieren über längst(!) gelöste Probleme?

...sollte...dürfte...

???
Hast Du konkrete Fragen? Dann stell diese doch!

richi44
Hat sich gelöscht

#10 erstellt: 29. Jun 2011, 07:15

Hier die Schaltung eines schon recht antiquierten BGW. Die "Besonderheit" ist, dass die Treiber Q10 und Q11 in Klasse AB laufen, die Endtransistoren aber in Klasse C, also ohne Signal auch ohne Ruhestrom sind. Bei kleinen Lautstärken reicht der Strom der Treiber aus, die Lautsprecher zu bedienen. Dabei spielt der Längswiderstand von jeweils 2,7 Ohm keine Rolle, das wird durch die Gegenkopplung genügend ausgeglichen. Mit dieser Schaltung kann der Treiber eine Ausgangsleistung von knapp 0,2W liefern, bevor die Endtransistoren sich zuschalten (die Emitterwiderstände der Endtransis sind zum Toleranzausgleich vorhanden und nicht zur Temperaturkompensation!). Hätten wir so ein Gerät zuhause, würde bei vernünftiger Lautstärke meist nur der Treiber arbeiten, die Endtransis nicht (man könnte die 2,7 Ohm auf 1 Ohm verkleinern und damit die AB-Leistung auf 1.44W erhöhen). Diese Schaltung setzt eine genügend hohe Leerlaufverstärkung voraus, damit der Einsatz der Endtransis nicht mit Klirr einher geht. Dies ist aber bei diesem Ding der Fall und die Ruheleistung liegt nicht höher als bei einem Klasse D Verstärker.
Oder anders gesagt: Wenn wir einen Klasse D haben, in der meisten Zeit aber Leistungen um 1W verbraten, so ist die Klasse D nicht ausgelastet. Der tatsächliche Wirkungsgradgewinn spielt sich nämlich erst bei Volllast aus, nicht aber im Minimallastbereich.

Die gezeigte BGW Endstufe liefert im Grunde genau das, was gewünscht wird, nämlich Klasse AB im Kleinsignalbereich und klirrarme Klasse B (eigentlich immer noch AB) bei Leistungen von 400W. Und erst bei Leistungen über 20W spielt der geringere Wirkungsgrad gegenüber Klasse D eine nennenswerte Rolle. Die Momente, wo höhere Leistungen aber gefordert werden sind im normalen Wohnraum doch eher selten.

engel_audio
Stammgast

#11 erstellt: 30. Jun 2011, 18:51

ich seh das genau so wie richi44, im Heim-HiFi-Bereich kann ClassD seine Vorteile gar nicht ausspielen. Im Gegenteil: Bedingt durch den Filter im Ausgang reagiert ein solcher Verstärker u.U. stark auf die angeschlossene Last.

Das kann in der Praxis aus einem hervorragenden Lautsprecher einen mittelmäßigen machen, in abhängigkeit von dem Verlauf der Lautsprecherimpedanz