Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Welche Netzteilcharakteristik ist für Audio-Endstufen sinnvoll?
Für Audio möchte man ein eher steifes Lastverhalten ... der Spannungsversorgung.Warum das denn? Erst mal will ich mit den gegebenen Mitteln hohe Leistung erzielen. Die Dauerleistung ist aber bei Audio - solange es sich um Musik oder Sprache handelt - immer weit niedriger als der Spitzenwert. Dazu braucht es doch eigentlich kein steifes Lastverhalten... oder?
Ich bin gespannt auf Eure Meinungen und Begründungen dazu.
capslock
19.02.2021, 17:43
Nennt sich power supply rejection ration (PSRR). Wenn sich die Spannung ändert, ändert sich auch die Verstärkung. Das kann zB heißen, wenn Du eine ordentliche Last schiebst, bricht Dir die Spannung ein und damit die Verstärkung, was sich dann in Verzerrungen äußert. Bei Klasse AB ist die PSRR vor allem vom Differenzverstärker am Eingang bestimmt. Den Endstufentransistoren ist die Betriebsspannung in allererster Näherung egal, so lange sie noch nicht clippen. Tatsächlich lässt aber auch bei ihnen die Verstärkung nach, wenn sie der jeweiligen Betriebsspannung näher kommen, da dann die Kollektor-Emitter-Spannung sinkt.
Bei Class D wird der Ausgang zwischen den beiden Betriebsspannungen hin- und hergeschaltet, d.h. Änderungen der Betriebsspannung schlagen direkt durch. Die Schleifenverstärkung regelt natürlich das Pulsverhältnis nach, aber das ist mehr das Pflaster auf einer großen Wunde.
Class AB Endstufen haben in aller Regel eine starke Gegenkopplung die diesen Effekt perfekt ausregelt - solange der Amp nur genügend Bandbreite hat.
Und im Prinzip gilt das genau so für Class D. Du schreibst ja selber,
Die Schleifenverstärkung regelt natürlich das Pulsverhältnis nach,auch hier kommt es nur darauf an, dass schnell genug nachgeregelt wird, es ist also auch wieder eine Bandbreitenfrage.
Weiß jemand noch mehr dazu?
capslock
19.02.2021, 18:32
Stell Dir nur einen klassische doppelte Emitterfolger-Endstufe ohne Gegenkopplung vor, die mit +/- 20 V betrieben wird. Am Eingang liegen beispielsweise 5 V an. Am Ausgang kommen dann 5-0,6-0,6, also 3,8 V an. Die U_CE des Endstufentransistors beträgt 16,2 V. Nun breche die Betriebsspannung auf 18 V ein, U_CE sinkt also auf 14,2 V. Das ist dem Transistor in erster Näherung egal. Wenn man genauer in die Datenblätter schaut, sinkt seine Stromverstärkung. Die Spannungsquelle am Eingang wird also stärker belastet, und wenn ihr Ausgangswiderstand nicht 0 ist, dann sinkt die die effektive Eingangsspannung und somit das Ausgangssignal. Das ist aber ein Effekt zweiter Ordnung. In erster Näherung ist der Endstufe ganz ohne Gegenkopplung schon die Betriebsspannung egal.
So, jetzt sagen wir noch, dass es sich um eine komplementäre doppelte Emitterfolger-Endstufe handelt. Es gibt einen Biasgenerator, der eine Vorspannung von 2,4 V macht. Wenn ich parallel dazu einen 1:1-Spannungteiler schalte, dann kann ich am Mittelpunkt 5 V einspeisen und bekomme auch 5 V hinten raus, abgesehen von den oben angerissenen Nichtidealitäten der Transistoren.
Eine Änderung der Spannung schlägt also nur um den Faktor 50 oder mehr abgeschwächt auf die Verstärkung durch, d.h. die Gegenkopplung hat nicht viel zu tun. Es gibt sogar AB-Verstärker, die komplett open loop betrieben werden. Gab mal eine dänische Firma beispielsweise.
capslock
19.02.2021, 18:58
Bei einem Class D - Verstärker, der auch mit +/- 20 V betrieben werde, stelle ich ein Taktverhältnis von 3 : 5 ein, um eine Ausgangsspannung von 5 V zu bekommen. Sinkt die Betriebsspannung um 10% auf +/- 18 V, bekomme ich nur noch 4,5 V. Die Betriebsspannung geht also 1:1 in die Open-Loop-Verstärkung ein. QED.
Hallo,
die Frage nach der Netzteilleistung und Belastung ist durchaus kritisch: Die die meisten Tischnetzteile (zB Meanwell) haben eine ‚harte‘ Strombegrenzung. Das heisst ein 90W/20Watt Netzteil regelt bei 4,5A sofort ab und die Ausgangsspannung bricht sofort ein. Sofort bedeutet innerhalb ein paar Millisekunden, da so gut wie keine Ausgangskapazität in diesen Netzteilen verbaut ist. Der verbaute interne Kondensator mittelt die Spitzenströme nicht. Ein 90Watt Netzteil mit 20V Ausgangsspannung an einem Class-D BTL Verstärker und Vollaussteuerung an einem (!) 4Ohm Lautsprecher bricht bei Vollaussteuerung zusammen, weil 20V/4Ohm =5A.
Das 90Watt Netzteil mit 4,5A Spitzenstrom schafft nur 3,2Aeff Audio. Das entspricht an einem 4Ohm Lautsprecher über Class_D (100% Wirkungsgrad angenommen) nur 41Watt Audioleistung also weniger als di3 Hälfte, zwei mal 20 Watt im Stereobetrieb, egal ob dauerhaft oder Spitze. Das ist echt mager....
Zu dieser ‚Leistungsreduzierung‘ kommt hinzu, dass die meisten Tischnetzteile keine zusätzlichen Elkos am Ausgang ‚vertragen‘. Ein zusätzlicher sehr großer Elko am Ausgang könnte eine höhere Audioleistung und auch höhere Spitzenleistungen liefern. Viele Netzteile schaffen es nicht einen zusätzlichen großen Elko am Ausgang innerhalb einer bestimmten Zeit auf die Höhe der Nominalausgangsspannung zu laden und die interne Strombegrenzung schlägt an und geht in einen sogenannten Foldback. Das bedeutet, dass die so schön hohe Strombegrenzung bei 4,5A plötzlich nur bei ein paar hundert Milliampere liegt. Am Ende braucht es ewig bis die Ausgangsspannung wieder erholt und nur im Leerlauf... Bei aufgedrehter Lautstärke bricht die Ausgangsspannung völlig ein und nichts geht mehr...solange man nicht das Laustärkepoti extrem abregelt. Erst dann steigt die Netzteilspannung wieder an... Das bedeutet in der Praxis dass sich der Verstärker bei einem zu hohen Strompuls sozusagen aufhängt....Will man einen großen zusätzlichen Elko verbauen und in den genuß maximaler Spitzenströme kommen, benötigt man eine Zusatzschaltung zwischen Elko und Netzteilausgang.
Eine Möglichkeit ist es LED Netzteile zu besorgen die eine Strombegrenzung ohne Foldbackfunktion haben. Damit kann man beliebige zusätzliche Elkos am Ausgang zuschalten. Diese Netzteile sind etwas teurer.
Spezielle Audionetzteile sind davon nicht betroffen.
Gruß von Sven
gesperrter_benutzer_ct
20.02.2021, 14:16
Das 90Watt Netzteil mit 4,5A Spitzenstrom schafft nur 3,2Aeff Audio. Das entspricht an einem 4Ohm Lautsprecher über Class_D (100% Wirkungsgrad angenommen) nur 41Watt Audioleistung also weniger als di3 Hälfte, zwei mal 20 Watt im Stereobetrieb, egal ob dauerhaft oder Spitze. Das ist echt mager....
Wahrscheinlich glaubt du auch, daß ein 12 V/5V Abwärtswandler bei 5 Ampere auf der 5-Volt-Seite auch 5 Ampere auf der 12-Volt-Seite zieht.
Ein BTL-SMPA schafft, mit 20 Volt betrieben, an 4 Ohm prinzipbedingt nicht mehr als 45 Watt Sinusleistung und lutscht dabei etwa zwoeinhalb Ampere aus dem Netzteil.
Habe mir gerade von Douglas Self das "Audio Power Amplifier Design Handbook" geholt......ich vermute schon, dass die Stromieferfähigkeit des Netzteils ein nicht zu unterschätzendes Design-Kriterium ist......bei der Power-Stage selber mache ich mir keine Illusionen es besser machen zu können, als z.B. ein TDA7294......
gesperrter_benutzer_ct
20.02.2021, 15:20
Darin beschreibt Self aber, zumindest in meiner 3. Auflage, ausschließlich lineare Verstärker, keine getakteten.
59280
Der TDA 7294 ist ja auch ein AB und ich will kein Schaltnetzteil dazu......also schön oldschool....nicht von DMOS täuschen lassen....
https://www.st.com/resource/en/datasheet/tda7294.pdf
3eepoint
20.02.2021, 15:32
Darin beschreibt Self aber, zumindest in meiner 3. Auflage, ausschließlich lineare Verstärker, keine getakteten.
59280
In der 6. Auflage tut er das ab S.485, geht dort aber nicht auf die Abhängigkeit von der Betriebsspannung ein und generell streift er das Thema nur. Wäre mit Sicherheit auch genug für ein eigenes Buch...
Ansonsten wäre das etwas das man sicher sehr gut mit Spice nachvollziehen könnte.
Bei einem Class D - Verstärker, der auch mit +/- 20 V betrieben werde, stelle ich ein Taktverhältnis von 3 : 5 ein, um eine Ausgangsspannung von 5 V zu bekommen. Sinkt die Betriebsspannung um 10% auf +/- 18 V, bekomme ich nur noch 4,5 V. Die Betriebsspannung geht also 1:1 in die Open-Loop-Verstärkung ein. QED.
Für einen fremdgetakteten - also die klassische Variante mit Dreicksgenerator - Class-D ist das korrekt. Ein selbstschwingender Class-D hat eine sehr hohe PSRR, die einem gegengekoppelten AB in nichts nachsteht.
Wahrscheinlich glaubt du auch, daß ein 12 V/5V Abwärtswandler bei 5 Ampere auf der 5-Volt-Seite auch 5 Ampere auf der 12-Volt-Seite zieht.
Ein BTL-SMPA schafft, mit 20 Volt betrieben, an 4 Ohm prinzipbedingt nicht mehr als 45 Watt Sinusleistung und lutscht dabei etwa zwoeinhalb Ampere aus dem Netzteil.
Angenommen der Lautsprecher zieht 5A Spitzenstrom an 4Ohm an 20V Momentanspannung. Die Versorgungsspannung des Class-D ist 20V und dieser wird voll aufgesteuert, das bedeutet der obere Highside Mosfet schaltet im Scheitelpunkt des Stromes voll durch, dann fliesst in genau diesem interessierenden Spitzen-Arbeitspunkt der gleiche Strom aus dem Netzteil über den Class-D in den Lautsprecher. Wenn das 20V Netzteil 100Watt hat, dann bringt das Netzteil gerade den 5A Spitzenstrom auf der in direkt in Lautsprecher geht. Wir haben dann am 4Ohm Lautsprecher 20V Spitze, ca 14Veff und damit eine Audioleistung von maximal 50Watt, die das 100Watt Netzteil gerade so schafft. Ist die Audioleistung höher als die ca 50Watt, bringt die höhere Spitzenleistung das 100Watt Netzteil in die Knie und wir kommen ins Clipping oder zum Abschalten des Netzteils wie erklärt.
Eine höhere Versorgungsspannung im Netzteil von zb 40V nützt auch nichts. Dann haben wir zwar bei 20V Aussteuerung und 5A Lautsprecherstrom einen geringeren Netzteilstrom in Höhe von 2,5A durch die Umsetzung im Class-D, aber eine 100Watt Netzteil mit 40V kommt halt auch bei 2,5A an seine Grenze.
Also sollte man für diese einfachen Tischnetzteile die Leistungsangabe für eine gegebene Audiospitzenleistung doppelt so hoch ansetzen.
Das Thema hat so wie ich es verstehe nichts mit PSRR zu tun....das betrifft eher den Class-D, also wie hoch dieser Versorgungssschwankungen unterdrückt.
Gruß von Sven
gesperrter_benutzer_ct
20.02.2021, 19:12
Angenommen der Lautsprecher zieht 5A Spitzenstrom an 4Ohm an 20V Momentanspannung. Die Versorgungsspannung des Class-D ist 20V und dieser wird voll aufgesteuert, das bedeutet der obere Highside Mosfet schaltet im Scheitelpunkt des Stromes voll durch, dann fliesst in genau diesem interessierenden Spitzen-Arbeitspunkt der gleiche Strom aus dem Netzteil über den Class-D in den Lautsprecher.
[_] Du hast verstanden, wie ein SMPA funktioniert.
[X] Du glaubst immer noch, daß ein Abwärtsschaltwandler am Eingang den gleichen Strom lutscht, wie am Ausgang abgezapft wird.
Ja glaube ich...für diesen für die Aussteuerung wichtigen Arbeitspunkt. Die Umsetzung funktioniert bei Gleichspannung und Gleichströmen, aber nicht wenn der Class-D AC mäßig voll durchgeschaltet hat und genau diese Vollaussteuerungsarbeitspunkt ist eben der interessante was die maximale Audioleistung betrifft.
Ich habe mich auf den ersten Blick auch gewundert, wieso man aus den Tischnetzteilen eigentlich verhältnismäßig wenig Audio-Leistung rausbekommt. Die erste Idee war, Netzteil ist Schaltnetzteil mit fast 100% Wirkungsgrad und Class-D hat auch etwa 100% Wirkungsgrad (für diese kurze theoretische Betrachtung) dann müssten doch die 100Watt aus einem Netzteil auch voll am Lautsprecher ankommen. Das ist es leider nicht.... Man kann leider nur maximal mit der Hälfte rechnen...Das ist auch der Grund warum häufig empfohlen wird diese Netzteile überzudimensionieren.
Profinetzteile für Audio haben entweder am Ausgang zusätzliche Elkos die selbst 20Hz Scheitelströme das Netzteil nur den Audio-Effektivstrom sehen lassen, oder am Eingang massive Elkos (ohnehin benötigt für den meist hohen Eingngsspannungsbereich 85V...270V und zur Netzausfallreserve). Ein schneller Netzteilregler reflektiert hohe Strompulse am Ausgang auch auf seinen eingangsseitigen Elko.
Zusammen mit einer festen Strombegrenzung ohne Foldbackcharakteristik können zusätzliche Elkos angeschlossen werden. Gerade diese so gern eingesetzte Foldbackcharakteristik ist für den Audiogebrauch kontraproduktiv...
Gruß von Sven
gesperrter_benutzer_ct
20.02.2021, 19:43
Profinetzteile für Audio haben entweder am Ausgang zusätzliche Elkos die selbst 20Hz Scheitelströme das Netzteil nur den Audio-Effektivstrom sehen lassen, oder am Eingang massive Elkos (ohnehin benötigt für den meist hohen Eingngsspannungsbereich 85V...270V und zur Netzausfallreserve).
Ja. Sieht man zum Beispiel an den ICEpower (https://icepower.dk/products/amplifier-power-modules/asx-series/), die riesigen Elkos...
Für den Fall, dass auf der Class-D Platine ein Sack von richtig dicken Kondensatoren an der Versorgungsspannung angeschlossen wäre, und zwar soviel, das aus der Sicht des Netzteils selbst ein 20Hz Laststrom bei Vollausteuerung nur Gleichstrom sehen würde, wäre das dann die gleiche Situation wie zusätzliche Elkos an den Ausgängen des Netzteils. Üblicherweise sind auf einfachen Class-D Platinen nicht so viele Caps platziert, weil man davon ausgeht, dass das Netzteil die Pulsströme liefern kann und an den Tischnetzteilen am Ausgang auch nicht.
Wie auch immer. Zusammengefasst mittelt der massive Einsatz von Elkos auf der Class-D Platine den Scheitelstrom, das angeschlossene Netzteil muß jedoch die vielen Caps beim Hochstart vertragen und es sollte keine Foldbackfunktion haben, damit das Netzteil bei einem richtig massiven Strompuls die Elkos in kurzer Zeit ohne Fehlermeldung bzw. Foldback wieder aufladen kann. Wenn die Elkos an der Versorgungsspannung nicht in ausreichender Menge vorhanden sind, sieht das Netzteil an der Clipplinggrenze den Scheitelstrom des Audiosignals.
Gruß von Sven
gesperrter_benutzer_ct
20.02.2021, 20:23
Üblicherweise sind auf einfachen Class-D Platinen nicht so viele Caps platziert, weil man davon ausgeht, dass das Netzteil die Pulsströme liefern kann und an den Tischnetzteilen am Ausgang auch nicht.
Weich doch nicht aus! Die ICEpower werden direkt ans Netz angeschlossen, wo, bitte, sieht du da irgendwelche dicken Elkos?
Du hast nach wie vor nicht verstanden, wie ein SMPA funktioniert! Hint: Speicherdrossel.
Ich werde mich nicht weiter hier beteiligen. Das ist von meiner Seite alles.
Gruß von Sven
Sorry, eine klassische doppelte Emitterfolger-Endstufe arbeitet nicht ohne Gegenkopplung. Ja, man kann Endstufen so auslegen, dass sie open loop, also ohne über-alles-Gegenkopplung arbeiten. Aber Du schreibst ja schon selbst
Gab mal eine dänische Firma beispielsweise.Selbst wenn vielleicht noch heute jemand sowas herstellt: "klassisch" ist das gewiss nicht. Klassischerweise sind Endstufen gegengekoppelt, weil das die einfachste Methode ist sicherzustellen, dass das Ausgangssignal sehr genau dem Eingangssignal folgt, oftmals bis auf wenige hundertstel oder sogar tausendstel Prozent genau, nur eben linear verstärkt.
Und das völlig ungeachtet eventueller Schwankungen der Versorgungsspannung, solange der Amp nur nicht ins Clipping geht, was - natürlich - von der Charakteristik, der "Härte" des Netzteils abhängig ist. Natürlich ist die Stromlieferfähigkeit des Netzteils von entscheidender Bedeutung, das sehe ich schon auch so.
Ein Schaltnetzteil mit Foldback-Charakteristik ist in der Tat völlig ungeeignet für Audio Amps.
Ich muss zugeben, ich war auch lange der Meinung, ein steifes Netzteil wäre Grundvoraussetzung für gutes Endstufendesign. Lange wurde ja auch gepredigt, nicht die Musik- sondern die Sinusleistung wäre wichtig.
Aber Musik ist nun mal kein Sinus. Wenn ich heute eine Endstufe bauen würde dann würde ich das Netzteil ähnlich wie in PA Amps auslegen. Wenn man sich deren Specs mal anschaut und dabei auch ein wenig mitdenkt dann könnte man ins Grübeln kommen. Da gibt es welche mit Gesamtausgangsleistungen (alle Kanäle zusammengenommen) bis 16 kW (http://hoellstern.eu/1_DE/050_download/20_datenblaetter/Datenblatt-DELTA204DSP_DE.pdf). Aber gespeist werden sie einphasig aus 230V, und eine Absicherung mit mehr als den haushaltsüblichen 16 A ist nicht erforderlich. Wie kann das sein? 230 V x 16 A = 3,7 kW, wie kann da hinten 16 kW rauskommen???
Es ist klar dass das nicht die Dauerleistung sein kann, und das ist auch gar nicht nötig solange normales Audio - Musik und Sprache - wiedergegeben werden soll. Die Endstufen müssen die Spitzen, die mit der Musik kommen, unverzerrt wiedergeben können. Die durchschnittliche Leistung liegt bei Musik weit niedriger, entsprechend "mager" oder "weich" kann man das Netzteil auslegen.
Klar, es ist technisch gesehen besser wenn das Netzteil steif ist - mehr Leistung ist ja auch schön zu haben. Aber wirtschaftlich sinnvoll ist es nicht, und bei gutem Schaltungsdesign ist es auch nicht nötig.
capslock
21.02.2021, 06:22
@ JFA: Habe mich noch nicht im Detail mit UcD beschäftigt. Warum hat UcD eine so gute PSRR? Liegt es vielleicht an der höheren Schleifenverstärkung? Denn die Endstufe, also die Halb- bzw. Vollbrücke kann ja anders als ein Emitterfolger keine eigene PSRR haben. Ich weiß, dass Hypex den ncores zuschreibt, supply agnostic zu sein, und die SMPS von denen sind ungeregelt, aber steifer als ein lineares Netzteil mit großem Ringkerntrafo.
@ wus: Natürlich hat ein Emitterfolger lokale Gegenkopplung. Das ist ja genau der Grund für seine intrinsische PSRR.
Ich gebe Dir auch absolut Recht, dass ein Verstärker mit ausreichender PSRR kein steifes Netzteil braucht. Und wenn Du ein steiferes Verhalten über einen dicken Trafo erreichen willst, ist das natürlich unwirtschaftlich bzw. sieht so aus, als sei das Netzteil auf Sinusleistung ausgelegt. Aber ein SMPS kann man durchaus regeln mit geringen Mehrkosten und ohne schlechteren Wirkungsgrad.
Nur bei meinem ursprünglichen Post ging es um ein Netzteil für TPA3116, der nur gute 60 dB PSRR hat. Wenn ich da ein Netzteil mit weniger Ripple und Noise, besserer Netz- und Lastregelung und noch höherem Wirkungsgrad bekommen kann, dann ist das doch wohl vorzuziehen?
Einen Aspekt, den wir noch nicht hatten: Bus Pumping. Die Hypex-Netzteile sind wohl drauf ausgelegt, dass sie da gut performen. Ausnahme sind die ganz großen (SMPS2000 oder 3000?), da steht im Datenblatt, dass sie nicht mit Modulen mit Halbbrücke, also z.B. nc500 betrieben werden sollen, außer man betreibt mehrere gegenphasig.
@ JFA: Habe mich noch nicht im Detail mit UcD beschäftigt. Warum hat UcD eine so gute PSRR? Liegt es vielleicht an der höheren Schleifenverstärkung? @JFA: ich bin gespannt auf Deine Antwort!
Denn die Endstufe, also die Halb- bzw. Vollbrücke kann ja anders als ein Emitterfolger keine eigene PSRR haben. Ist denn bei Class D der Ausgangs-Tiefpassfilter generall außerhalb der Gegenkopplungsschleife?
@ wus: Natürlich hat ein Emitterfolger lokale Gegenkopplung. Das ist ja genau der Grund für seine intrinsische PSRR.Ich bin gar nicht mal von der intrinsischen lokalen PSRR ausgegangen, sondern verlasse mich da ganz auf die Gesamt-Gegenkopplung.
Habe da gerade ein wenig "Blut geleckt" ....aber keine Ahnung......also der ST TDA7294 ist gesetzt.....es geht also allein um das Netzteil: Schaltnetzteil oder klassisch mit dickem Trafo und Kondensatoren.....
capslock
21.02.2021, 12:10
Habe da gerade ein wenig "Blut geleckt" ....aber keine Ahnung......also der ST TDA7294 ist gesetzt.....es geht also allein um das Netzteil: Schaltnetzteil oder klassisch mit dickem Trafo und Kondensatoren.....
Ist der besser als der TDA7498E? Davon hatten wir es vor ein paar Tagen:
https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?threads/topping-pa3-review-stereo-amplifier.20085/
capslock
21.02.2021, 12:14
@JFA: ich bin gespannt auf Deine Antwort!
Ist denn bei Class D der Ausgangs-Tiefpassfilter generall außerhalb der Gegenkopplungsschleife?
Ich bin gar nicht mal von der intrinsischen lokalen PSRR ausgegangen, sondern verlasse mich da ganz auf die Gesamt-Gegenkopplung.
Gibt beides. Hypex ist immer mit. Die TPA3155 und so kann man so oder so betreiben, wobei post filter feedback auch nur 6 dB weniger Verzerrungen bringt.
Der Ausgangspunkt war, dass ein Emitterfolger eine intrinsische PSRR hat, der Class D aber nicht. Bei gleicher Schleifenverstärkung ist es für einen Class D also deutlich enger.
Hier noch ein kleiner Artikel von TI zu dem Thema:
file:///C:/Users/E/Downloads/PSRR-Open%20Loop%20Vs%20Closed%20Loop.pdf
Was heisst besser? der 7294 ist Class AB und der 7498E eine Class D Typologie.....
capslock
21.02.2021, 12:43
Ok, dann war ich auf dem falschen Dampfer.
gesperrter_benutzer_ct
21.02.2021, 18:51
Hier noch ein kleiner Artikel von TI zu dem Thema:
file:///C:/Users/E/Downloads/PSRR-Open%20Loop%20Vs%20Closed%20Loop.pdf
Ähh... Du verlinkst auf Deine eigene Festplatte. Hast Du noch den Link zu TI?
capslock
21.02.2021, 19:53
https://e2e.ti.com/cfs-file/__key/communityserver-discussions-components-files/6/PSRR_2D00_Open-Loop-Vs-Closed-Loop.pdf
https://www.tij.co.jp/jp/lit/an/slea049/slea049.pdf?ts=1613937075557&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
gesperrter_benutzer_ct
21.02.2021, 21:10
Dankeschön.
https://e2e.ti.com/cfs-file/__key/communityserver-discussions-components-files/6/PSRR_2D00_Open-Loop-Vs-Closed-Loop.pdfHier draus:
Finally, we showed how the closed-loop Class-D amplifier was able to compensate for
the power-supply noise, while the open-loop amplifier was not. In the hyper-competitive
consumer electronics market cost is king, and the ability of closed-loop architectures to
reduce system cost is a very important design consideration.
capslock
22.02.2021, 07:44
Hier draus:
Ja, das steht ja völlig außer Frage, dass man sich mit Rückkopplung ein schlechteres Netzteil erlauben kann. Aber ob man es sollte, hängt davon ab, was man erreichen will (z.B. Smart Speaker oder Laptop-Tröte vs. Hifi).
Kurze Zusammenfassung des TI-Artikels.
- Class D - Endstufen haben keinerlei intrinsische PSRR.
- Bei Brückenschaltung wird doch eine hohe PSRR gemessen, weil die Störungen als Gleichtakt-Signal vorliegen.
- Das vertuscht aber das Problem, dass die Netzstörungen in jeder Halbbrücke mit dem Signal mischen und auch im Differenzsignal nachher Intermodulationsprodukte zwischen dem Träger und den Störbeiträgen vorkommen.
- TI zeigt ein Bild, dass ihr Chip mit Rückkopplung "keine" Intermodulationsprodukte hat.
Das mag in dem low-end Marktsegment auch zur Differenzierung von Konkurrenzprodukten reichen. Aber man sieht auch, dass die 2. bis 4. Harmonische bei ~-70 dB liegen, die höheren bei -55 bis -60. Da reicht die Schleifenverstärkung offensichtlich nicht mehr, die Nichtlinearitäten der Schaltung auszuregeln, und wahrscheinlich auch nicht, um ein unter Last einbrechendes Netzteil wegzustecken.
Zurück zum TPA3116, der mich zum ursprünglichen Kommentar veranlasst hatte. Der ist vorn im Datenblatt mit - 70 dB typ PSRR angegeben. In den Graphen sieht man aber, dass es eher -65 dB sind, ab 3 kHz -55 dB. Und da das alles nur in Brückenschaltung gilt, dürfen wir davon ausgehen, dass der trotz closed-loop ein gewisses Problem mit einem rauschenden oder weichen Netzteil haben wird.
Sorry, wenn ich hier etwas schräg hineingrätsche, aber es gehört irgendwie doch auch zu der Fragestellung - und hier sind gerade einige Kenner der Materie versammelt..
Wie steht es um die Haltbarkeit von SMPS / LPS und Class-D / Class-AB?
Die Alterung durch Wärmeentwicklung wird wohl geringer sein bei Ersteren, aber was würdet Ihr kaufen bei angenommen gleichem Preis und in Summe gleichwertigem Klang, wenn die Endstufe nicht den ganzen Tag läuft (Stromverbrauch) und lange ihren Dienst verrichten soll?
capslock
22.02.2021, 10:09
Sagen wir so, beides kann man vernünftig und haltbar bauen.
Bei klassischen linearen Netzteilen können die Speicherelkos nachlassen, außerdem kommen gelegentlich defekte Gleichrichter oder ausgelöste Thermosicherungen (gerne eingewickelt in den Ringkern :mad:) vor. Schaltnetzteile hat jeder Dutzende bis Hunderte im Haus (insbesondere wenn man Handylader und LED-Birnen mitzählt). Da kommen durchaus Ausfälle vor, aber die Industrie hat längst gelernt, wie man es eigentlich machen soll (mal abgesehen von Hypex mit den SPMS600, die ihre eigenen Primärspeicherelkos gegrillt haben).
Class AB fällt häufiger durch defekte Ausgangsrelais auf, gelegentlich gibt es auch gegrillte Transistoren, weil die Überlastungsschaltung doch zu simpel war. Class D ist hier weniger anfällig, außer die Kühlmassnahmen wurden zu sparsam ausgelegt.
@capslock: Dank für Deine Antwort!
Wollte meinen halbwegs offtopic Post nicht zu lang machen, jedoch: so in etwa habe ich auch schon gedacht, aber die angesprochenen Teile in LPS und Class-AB sind halt relativ einfach zu ersetzen, ein Händler bietet den Ersatz von Elkos und Gleichrichter in Einzeldioden schon gleich als Tuning beim Kauf an. Da schaut der Hersteller pikiert:(.
Hauptsächlich denke ich daran, dass solche mehr oder weniger standardisierten Teile bei SMPS und Class-D schwieriger zu beschaffen und einzubauen(!!) sind, also meist ein Neukauf bei einem Fehler nach drei Jahren ansteht, was bei den von Dir angesprochenen Kleingeräten weniger kostspielig ist. Bleibt wohl eine persönliche Entscheidung...:confused:
Kleinhorn
22.02.2021, 13:51
Hi..
Ich ziehe für mich aus diesem Thread mal keinen Schluß....es gilt eigentlich nach wie vor die richtige (Über)dimensionierung...
Egal ob herkömmlich, Trafo mit Siebung oder ein Schaltnetzteil. Etwas größere Siebung, wobei nicht sofort mehrere 1000µf, Schaltnetzteil nicht knatsch ausgelegt mit etwas mehr Watt als die eigentliche Leistungsangabe des Amps....
Beides aber nur dann, wenn ich die Endleistung voll ausschöpfen will.
Ansonsten kann ich nur auf die Architektur des Amps achten....soviel Ahnung, ob die 100% der Herstellerapplication entspricht, hab ich da aber nicht. Grad bei den Chinakrachern werden ja oft Bauteile einfach mal weggelassen oder kleiner dimensioniert.
Der TPA1163 ist da ein gutes Beispiel, ich hab ja mal einen "getunt". :rolleyes:
Zu Defekten, wie grad angesprochen kann ich wenig sagen...viel ist nicht kaputt gegangen...:)
Einmal hat sich ein Connex SMPS verabschiedet...nicht im Betrieb. War beim Einschalten tot...
Ansonsten laufen ICEpower und Anaview seit Jahren. Einen ClassAB Ausfall hatt ich noch nicht...
Aber ist schon so...Schaltnetzteile sind mittlerweile überall verbaut.
Pedda
capslock
22.02.2021, 14:22
Allerdings können nicht alle geregelten Netzteile beliebig viel Siebung ab.
Kleinhorn
22.02.2021, 15:27
Allerdings können nicht alle geregelten Netzteile beliebig viel Siebung ab
Jap, dem ist so. Kapazitive Lasten sind mitunter nicht gut an einem SNT..lieber von Anfang an was Vernüftiges...:rolleyes:
Pedda
@ JFA: Habe mich noch nicht im Detail mit UcD beschäftigt. Warum hat UcD eine so gute PSRR? Liegt es vielleicht an der höheren Schleifenverstärkung? Denn die Endstufe, also die Halb- bzw. Vollbrücke kann ja anders als ein Emitterfolger keine eigene PSRR haben. Ich weiß, dass Hypex den ncores zuschreibt, supply agnostic zu sein, und die SMPS von denen sind ungeregelt, aber steifer als ein lineares Netzteil mit großem Ringkerntrafo.
Das ist nicht nur UcD, sondern alle Selbstschwinger. Wenn die Betriebsspannung schwankt dann ändern sich halt die Pulsbreiten dementsprechend. Und ja, das ist natürlich ein Effekt der notwendigen Rückkopplung.
capslock
23.02.2021, 06:04
Hier mal ein frisches Beispiel von einem Class AB, vermutlich mit linearem Netzteil:
https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?threads/emotiva-basx-a-100-review-stereo-amplifier.20644/
Jede Menge Netzdreck, kann bei dem kleinen Gehäuse auch durchaus aufgrund mangelnder Abstände eingekoppelt sein. Interessanterweise scheint auch was mit dem 1 kHz-Signal zu intermodulieren, trotz der Gegenkopplung. Eventuell haben sie der Eingangsstufe keine eigene Stromquelle gegönnt? Der Schleifenverstärkung geht auch schnell die Puste aus, wie man weiter unten am Graphen THD+N vs. level für diverse Frequenzen sieht. Das ist recht typisch für solche Designs, muss man aber nicht so machen.
Hi Capslock!
Interessant! Ja man kann im Web Bilder finden mit offenem Gehäuse. Ist ein Ringkern drin.
Wenn das Rauschen vom Netzteil kommt, ist das Gerät schlecht konstruiert. Kostet ja fast auch nichts. Da werden vermutlich blind irgendwelche Baugruppen miteinander verbunden ohne das Gesamtgerät zu optimieren.
Gruß
Arnim
Sooo billig finde ich 220$ dann auch nicht. Ansonsten aber schönes kompaktes Gerät, auch wenn es messtechnisch einige Flaws hat.
Wäre interessant ob man den PS noise tatsächlich hören kann, bei Betrieb mit gängigen LS. Mal schauen ob Amir antwortet.
find ich auch - um das geld ..... kann man sich zumindest was solides und tadel-loses erwarten.
gruß reinhard
capslock
23.02.2021, 12:09
Amir ist diesbezüglich eine Fundgrube.
https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?threads/review-and-measurements-of-onkyo-m-282-amp.6165/
Das Service Manual vom M-282 ist leicht zu ergooglen. Es handelt sich um einen klassischen AB-Verstärker, Stromquelle für Differenzverstärker wurde nicht eingespart, Emitterdegeneration (etwas viel?) im Differenzverstärker, keine Kaskode, kein Stromspiegel, gesteuerte Stromquelle (VAS) ohne Verbesserung (Darlington-VAS oder Kaskode), Darlington-Emitterfolger (also leider kein Triple), aber mit ordentlichen Transistoren und mit gemeinsamem Emitterwiderstand zwischen den Treibern. Der verschenkte Faktor 2 vom fehlenden Stromspiegel wird reingeholt durch eine zweite VAS, die über eine Kaskode eine zweite VAS steuert, also dann eine Push-Pull-VAS ergibt.
Die Verzerrungen sind hoch (-78 dB 2. Harmonische bei 5 Watt). Woran liegt es? Aufgrund des fehlenden Stromspiegels könnte der Differenzverstärker aus dem Gleichgewicht geraten, müsste mal nachrechnen, wo der Arbeitspunkt bei verschiedenen Bauteiltoleranzen landet. Das würde den hohen K2 erklären. Die Ansteuerung der zweiten VAS scheint mir auch nicht sauber, die Diode ist sicher zur Temperaturkompensation, aber ist sicher nicht so sauber wie ein richtiger Stromspiegel oder eine unkompensierte gesteuerte Stromquelle.
Netzbrumm ist sicher nicht hörbar, die Intermodulationsprodukte bei -108 dB zwischen Brumm und 1 kHz-Testsignal sicher auch nicht. Aber die Verzerrungen gehen schon ab 3 W wieder hoch. Woran das liegt, zeigt sich am Bild unter dem mit der FFT. Bei 150 W (an 4 Ohm, nur ein Kanal?) nimmt die Verzerrung breitbandig zu, weil das vermutlich sehr weich ausgelegte Netzteil schlapp macht. Es liegt nicht an der Schleifenverstärkung, das sieht man daran, dass der Anstieg oberhalb von 2 kHz aufgrund abnehmender Schleifenverstärkung eher sogar besser als bei 1 und 5 W ist (was die braun gestrichelte Kurve ist, weiß ich nicht). Besonders interessant an der 150 W - Kurve: unterhalb von 50 Hz machen auch die Elkos schlapp!
Auch High-End-Produkte haben erstaunliche Netzteilmängel:
https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?threads/review-and-measurements-of-accuphase-e-270-amplifier.6220/
Auch dessen Service Manual ist online, habe aber noch nicht reingeschaut.
Intermodulationsprodukte bei -118 dB (nicht weiter schlimm), eine deutlich bessere Vorstufe mit einem verbockten XLR-Eingang, zudem wohl Probleme, dass die Spannungsversorgung der Vorstufe bei hoher Ausgangsleistung der Endstufe einknickt (Amir schreibt es im Text, die Messung dazu habe ich noch nicht gefunden). Der zum Vergleich angeführte NC400 wurde mit nur einem SMPS600 betrieben (eigentlich ist eines pro NC400 vorgesehen oder ein SMPS1200) und wurde noch besser, nachdem Amir einen Kanal abgeklemmt hatte.
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