Dimensionierung Netzteil für PA-Endstufe

Moin,

habs schon mit der Suchfunktion probiert, aber nichts gefunden.
Falls ich was übersehen haben sollte, bitte mit der Nase drauf stoßen.

Es geht um folgendes, habe in den letzten 12 Monaten einen Verstärker mit drei Endstufen Kanälen gebaut. Wurde meine Projektarbeit zum Abschluss der Technikerausbildung.
Angepeilte (und erreichte) Leistung sind 1x 1kW an 8Ohm (BTL) und 2x 450W an 4Ohm. Alle Endstufen in PWM-Technik. Läuft alles, nicht der Punkt.

Was mich aber etwas verwundert, wenn ich meinen Verstärker mit den "amtlichen" vergleiche, wie bekommen die die Leistung aus den RKTs ? Ich meine 3kW in 2 HE OHNE SNT.
Mein Netzteil besteht aus zwei 1000VA RKTs und aufgrund der technisch bedingten Bauform sind da schon locker 2 HE weg !
Gut das Gehäuse hat keinen halben Meter Tiefe (340mm), aber in der Regel findet sich dort nur ein Trafo und der macht nicht das meiste Volumen aus, mehr die Kühlkörper und die Siebelkos.

Bin ich mit meiner Dimensionierung (alles auf echte Sinus-Leistung angelegt) etwas zu elektrotechnisch ran gegangen ?
Wird bei "amtlichen" Amps es in kauf genommen, dass durch den Crestfaktor von Musik eh nie die volle Leistung aus dem Trafo gezogen wird. Oder aber nur als Impulslast auftritt und somit der Trafo im Mittel weniger bringen muss ?
Dann könnte man von ausgehen, dass mein verbautes Netzteil bezogen auf die Musikleistung mehr bringt. Habe noch keinen 2 Ohm Test gemacht, wollte den Verstärker nicht vor der Präsentation abbrennen lassen. Wird aber bald nachgeholt.

Was ist nun besser um die Leistung zu bestimmen, Sinus oder Rauschen ?
Bisher hab ich es mit einem reinen Sinussignal und dem Oszilloskop gemacht. Ausgesteuert bis erste Verzerrungen sichtbar werden, zurück geregelt und über die Amplitude den effektiven Spannungswert ermittelt.
Mit Wert des Lastwiderstandes dann die Leistung errechnet.
Elektrotechnisch korrekt, aber "amtlich" ????

Ich hoffe das mich mal einer aufklärt.
Die "großen" müssen sich doch auch irgendwie an die Regeln der ETechnik halten....oder doch nicht ??? :roll:

Schöne Grüße aus Berlin,

Sebastian

Nabend,

erstmal Danke für die Antwort, war schon mittelschwer verwirrt, aber nun ist es wieder klarer.

Zitat

Heute wird wohl Rauschen genommen. Aber die Messung mit Sinus geht auch. Du solltest aber nicht nur bei einer Frequenz messen, sondern die Leistungsbandbreite bestimmen, damit Du dann guten Gewissens schreiben kannst: 2x 450W von 20Hz ... 20kHz.
Eigentlich müßte man auch mit einem Klirrfaktormesser ran.

Ja....bissel mehr Meßtechnik wäre schon nicht schlecht. Gut, Leistungsbandbreite kommt demnächst mal ran, hab die Leistung bisher bei 100Hz und 1kHz gemessen. War aber noch im Laboraufbau, mit etwas suboptimalen Trafos (musste immer mit Stelltrafo die Spannung nachführen).

Zitat

Nun, Du könntest vielleicht auch 2x 750W erreichen, bei einem Burst von 150ms Dauer und 10% Klirr ... Es ist immer die Frage, wie die Randbedingungen aussehen.

Ja, könnte man machen....nur weiss ich dann nur in etwa, wie groß die Siebelkos sind. -> PMPO
Ich will dann doch eher "ernst zunehmende" Meßwerte haben.

Was mir aber immer noch fehlt, ist das Verhältnis von Ausgangsleistung (für Musik) zur Leistungsaufnahme aus dem Netzteil. Hab schon versucht über diverse Manuals von Amps da an einen Wert zu kommen, aber dort wird meist die aufgenommenden Leistung bei zB. 50% von Pmax angegeben. Vielleicht meinen sie damit die Nennleistung des Trafos

Mir war so, dass ich mal im PA-Forum nen Thread gefunden habe wo das mal gegenüber gestellt wurde, finde den nur nicht wieder :oops:

Zitat

PS: du bist doch aus dem sodfa forum oder?

Treffer, versenkt !

Zitat

Die Auslegung sieht typischerweise so aus:
Kernleistung: ca 1/2 der Ausgangs "Sinus" Leistung
Spannung : im Leerlauf so hoch, dass sie unter Nennlast soweit einbricht
dass eben diese geliefert werden kann.
Die Wärmekapazität des Trafos "integriert" die Verlustleistung, sodass
es im Mittel wieder stimmt.

Das leuchtet ein, was auch die hohen Dämpfungsfaktoren erklärt.
Starke Gegenkopplung, da Spannung im Leerlauf hoch "hängt" und bei Belastung geht sie zurück, bleibt aber im Bereich den die Rückkopplung noch abfangen kann.
Einzige Manko bei der Lösung, man muss das ganze für eine höhere Spannungsfestigkeit auslegen. Wird aber wohl günstiger sein, als ein grösserer Trafo und leichter.

Jetzt weiss ich wenigstens, was für ein Leistungspotential in meinem Eigenbau steckt. (Sobald das Rauschen aus der Vollbrücke ist (oder die Vollbrücke zwei Halbbrücken gewichen ist) und der Mikrocontroller nicht bei harten Bässen abstürzt (Stromspitzen))

Ja, danke soweit, denke meine Frage ist beantwortet.

So, sorry es geht wieder los...

Es ist ja schön und gut, dass ja nicht mit Sinus belastet wird, ABER was viel dramatischer ist, zumindest bei Endstufen mit konventionellen Netzteil, die verzerrungsbedingte Blindleistung !
Sitze hier seit 3 Tagen vor Pspice und simuliere an einem Netzteil rum und muss mit grossen Schrecken feststellen, dass die Scheinleistung vs. Wirkleistung dramatisch größer ist. Ist irgendwie auch klar, da die Ströme im Trafo nicht mehr rein sinusförmig sind (Nachladen im Scheitelpunkt !).
Momentan zeichnet sich ab, dass bei Belastung mit rosa Rauschen (6dB Crest) die Scheinleistung 1,5 mal so hoch ist, wie die Wirkleistung im Gleichstromkreis. Also bei simulierter RMS WIRKleistung von 550W muss der Trafo 850VA verarbeiten. Zudem werden die Stromspitzen zum Teil im Innenwiderstand des Trafos verheizt.

Vielleicht will/kann das mal einer kommentieren....

Nabend...
Die Simu läuft mit Vsin Quelle mit reihen Widerstand als Innenwiderstand (700mOhm), berechnet über Spannungsabfall aus Uleerlauf zu Ulast (5% Abfall).
Ausgegangen bin ich nicht, das der die halten kann, wie auch..
Aufgebaut ist das Netzteil für eine Vollbrücke (mono,Sub) mit 1kVA Trafo 110Vac, also unter Last rund 135Vdc (bei 12mF Siebung), versuche nur jetzt auf vergleichbare Leistungswerte zu kommen. Getestet wurde sie schon mit 900W@8Ohm mittels Sinussignal (80Hz). 45 Minuten ohne Probleme.
Da sich mit Rauschen und nur mit standart Oszi nicht besser die Leistung bestimmen lässt, versuche ich nun wenigstens mittels Simulation die Leistungsfähigkeit des Netzteils zu überprüfen.
Bisher hab ich das Netzteil nur bis 2kW RMS virtuell gequält, mit 36mF Siebung geht das ganz gut, Ub liegt bei ca. 135V.
Wenn ich das aber bis 107V treiben würde(1/3 Abfall), kommt die Gegenkopplung nicht mehr klar->Limiter von Nöten (gerade bei Class-D). Ist im Moment auf 120Vs eingestellt (38,6dB).
Denke mal, das bei der Belastung Schein und Wirkleistung ziemlich dicht zusamen kommen, im Moment schaffe ich bei hoher last (2kW / 1kVA Trafo) max. 0,82 Leistungsfaktor. Ist schon völlig ok.

...
Special to Manuela :

Wie soll man sinnvoll die Gegenkopplung einstellen, wenn man in kauf nimmt, dass die Spannung bis auf zB. 106V einbricht ? Das würde in meinem Fall eine wesentlich höhere Leerlaufspannung vorraus setzen, um die Nennleistung zu bringen.
Bin halt erst NACH Auslegung meiner Endstufen auf die Seite hier gestossen.
Daher auch die eher altmodische Auslegung, Sinus Dauerleistung.
Meine Schaltungsauslegen war (ist) bisher max. 180V (+-90V bei Halbbrücke), durch den Trafo (1kVA@110V AC) verringert auf ca. 140-150V (bzw. +- 75-70V). Daher 120Vs bzw. 60Vs max. mit Rückkopplung.( Geplant waren/sind zwei Schaltnetzteile (Kern PM74, eins schon aufgebaut) eines für die Sub Endstufe, eins für die beiden Top Endstufen.)
Für Impedanzen <4 Ohm könnte man das Netzteil mehr quälen, aber nur mit Limiter. Denke (aufgrund was ich bisher von Dir lesen konnte), Du weisst wie ein PWM-Verstärker auf Übersteuerung reagiert....Lets fetz Fets....
Aber gut, das ist (bestimmt nicht) die Letzte Endstufe, die ich baue....
Nächstes mal höhere Spannung ansetzen ??....Möglich, ja....nur die Fets über 200V sind nicht mehr sooo toll, im Moment komme ich noch mit einem Paar pro Halbbrücke aus (IRFB38N20D). Parallel packen bei 250kHz...puh....versuchen... :roll:

Naja von Hause aus reagiert er eben nicht so, da ist etwas Schaltungstechnik gefragt, das die Modulation nicht überschritten wird (80-90%), aber gut. Ich würde dazu am Komparatoreingang die Spannung überwachen und mit einem VCA die Eingangstufe abregeln. Dann hat sich das auch mit dem Sniffen der Versorgungsspannung, sackt die ein will der Feedbackkreis mehr Dampf haben, das merkt man am Komparatoreingang wiederum und s.o.

Stromgegenkopplung ?

Audioverstärker sind ansich per Definition Spannungsquellen.
Eine reine Stromgegenkopplung wäre ziemlich Fatal, erstens nur mit einer definierten Impedanz sinnvoll und was macht die wohl erst bei der schwankenden Impendanzkurve bei Lautsprechern ?
Und das bei fehlender Last (i=0) die Endstufe voll aufreisst und es Probleme mit dem Filter gibt, ist klar. Wobei ich mir mehr Sorgen um die Mosfets machen würde....die müssen alles was aus der Induktivität zurück kommt in die Spannungsversorgung schaufeln, bis Ub>=Uds. Was danach passiert muss man nicht weiter erklären. Lagerfeuer auf dem Kühlkörper.

Verstehe nicht was das bringen soll....

Eine Kombination aus U/I Feedback wäre eine Alternative, aber auch dort bleibt der Effekt ähnlich.
Bei klassischen A/B Endstufen mag das nen Sinn ergeben, wenn man die Blindströme verheizen will, aber das kann man sich doch bei Class-D sparen. Dank Induktionsgesetz wird die Speicherdrossel im LC-Filter den ankommenden Strom mal fix in eine Spannung wandeln und über die Inversdiode vom Fet in die Versorgung pumpen. Ist die Siebung nicht zu klein, bleibt die Spannungsschwankung im Rahmen. Und man spart Energie !

Das funktioniert sogar ohne Feedback. Probe : Halbbrücke aufbauen, mit 50% Modulation takten und am Ausgang einfach mal probieren einen kräftigen Sinus mit 10Vs rein zu schicken. Die Energie wird auf die Versorgungsspannung geschoben.

Bin ja lernfähig/willig nur kann ich mit der nackten Aussage, Stromgegenkopplung bzw. Was will man mit der Ausgangsspannung ?
leider nicht viel anfangen.

Daher Gegenfrage, was will ich mit dem Strom ?? :roll:

Ok....dann verstehen wir uns Bin ja neuen bzw. "anderen" Ideen völlig aufgeschlossen, nur muss mein Hirn bissel in die Richtung gelenkt werden, in die es soll.
Habe mich ein wenig Schlau gemacht, und auch ein paar Konzepte gefunden, die diesen Weg einschlagen, Currentfeedback...
Bsp.: http://www.abacus-electronics.de/product2.htm
Da liegen auch die Pläne der Endstufe rum, ziemlich wenig Bauteile und Dank Shunt im "heißen" LS Anschluss auch mit der Möglichkeit der überlagerten Spannungsgegenkopplung.
Ausprobieren werde ich das definitiv mal und aufgrund des Mangels an Messtechnik auch nur mit den Ohren prüfen...

BTW...
Habe es nebenbei simuliert, hat schon was...
Optimal wäre es, wenn die Endstufe wirklich alles im Griff hat, sowohl Spannung als auch Strom. Also die totale Kontrolle der Membran.
So fest, das die Membran sich nicht mal mehr von Hand bewegen lässt, weil die Endstufe sie in der Zange hat.
Damit könnte man die Resonanzfrequenz des Chassis quasi "abschalten", der Verstärker liefert einfach mehr Spannung bei Bedarf.

Ich habe schon ein wenig gegrübbelt, interessant ist das Konzept schon, nur würde ich ein Spannungsfeedback der ganze Sache als äusseren Begrenzer hinzufügen. Schwierig bleibt nur das Auslegen des Verstärkers, der Strom bei 4 Ohm kann u.U. an 8 Ohm schon dramatisch viel Spannung fordern.
Denke die Verstärkung ist dann von der Impedanz abhängig, wie immer eigentlich..nur anders :roll:
Ich hab noch nen Versuchsaufbau hier rumliegen, werde mal den Modulator wieder zusammen flicken und der Endstufe einen Shunt verpassen....

Welche Auslegung sollte man probieren ? Strom-Spannungsgegenkopplung oder komplett Strom-Stromgegenkopplung, also auch Strom von der Vorstufe.
:idea:

Moin...

18TBX46

Zitat

Netzteil: die Spitzenwertgleichrichtung ist halt nicht wirklich elegant.
Der Blindleistungsbedarf ist ist da und muss über den Kern; ohne zusätzliche
reaktive Bauteile (die groß schwer und teuer sind..) lässt sich dass mE auch
nicht ändern, zumindest nicht bei Einphasenbetrieb.
Cos Phi 0,82 bei Volllast sollte doch ok sein.

Sag ich ja, mir ist halt nur mit Schrecken wieder klar geworden, was Gleichrichter für einen "Müll" erzeugen. Einigermassen gut arbeitet das Netzteil nur unter Last.
Zum SNT, das Ding macht noch etwas Ärger mit der Regelung, der Versuch dort einen PI-Regler aufzubauen war nur für die Halbleiter Hersteller von Erfolg. Je nach Last fing der Regler an zu schwingen, bis es die Mosfets zerlegt hat (und alles was noch dran hängt, Treiber und Regler). Habe den I-Teil jetzt entfernt und es läuft stabil.
Anderes Problem bleibt aber, durch die Taktfrequenz (150kHz) gibts lustige Interferenzen mit der Taktfrequenz von den Class-D Endstufen. Dort bleibt nur die Möglichkeit, aus der "Master-Clock" - dem Modulator für die beiden Halbbrücken mit Teiler die passende Frequenz abzuleiten (Wurde für die langsamere Sub-Vollbrücke schon gemacht, 62,5kHz).
Das SNT ist zwar aufgebaut, aber muss noch diverse Tests über sich ergehen lassen.

Zitat

ich weiß jetzt nicht mehr genau was du gebaut hast (UcD, Sodfa, etc..)
aber mit der Topologie ist die Gegenkopplung nun mal festgelegt.

Ist kein selbst Schwinger, "einfacher" PWM-Amp mit separatem Dreieck-Generator, Komparator und Postfilter-Feedback.
Und speziell der Abgriff NACH dem Filter hat den Charme, das die "wilden" Sachen, die im Filter entstehen gut ausgebügelt werden. Und es UNTERDRÜCKT die HF um Faktor 2 ....

Zitat

Vollbrücke:
Warum fleigt dir eigentlich die Brücke um die Ohren wenn du ins clipping
kommst? Geht der Bootstarp Versorgung für die Highside die Puste aus?

Die Vollbrücke hat es bisher nur einmal zerlegt, ansich nur einen Fet. Dort war noch nicht die Puste vom Treiber raus....
Es war ein blauäugiger Versuch ohne Limiter, Tchaikowskys 1812 die neue, mit netten Kanonenschlägen, die Dynamik unterschätzt und weit aufgedreht.
Dann kam die dicke Kanone und es wurde mit 100% moduliert, die Spannung die da aus der dicken Filterdrossel zurück geflogen ist hat einen Mosfet durchschlagen (Ob nun Fets oder Inversdiode, k.a.)
Die anderen Durchschläge erkläre ich weiter unten...

Zu den Blindströmen, es ist Wurst. Es sagt ja nur aus, das dort Strom fliesst ohne Spannung. Feedback sorgt für die Spannung, der Strom wird bei einem PWM-Amp wirklich und wahrhaftig "rückwärts" von der Drossel wieder in eine Spannung "geboostet" und auf Höhe der Versorgung gepumpt. Damit kann der Strom über die Inversdiode in die Versorgung fliessen. Das ist ja ein Problem wenn die Siebkapazität zu klein ist, bei dicken Pappen und tiefen Frequenzen, pumpt sich die Versorgung dermaßen auf, dass es Probleme mit den Fets geben kann.

Witzig wäre nur, wenn man es hinbekommt, dass die Impedanz am Verstärkerausgang die selbe wird, wie die des Lautsprechers, aber mit negativen Vorzeichen.....
Dann ist nix mehr reaktiv, alles kompensiert.

Zum Filter....
Dieser nette Schwingkreis hat mir immer Ärger beim Abschalten bereitet.
Dadurch das beim Abschalten irgendwo her (OPVs, dem FPAA für den Filter oder die PGAs der Pegelstellung) ein dicker Impuls kommt, führte es zu dem bekannten PLOPP am Lautsprecher. Nur das zu dem Zeitpunkt schon die LS-Relais abfallen.... Hinzu kommt meine Brutalo-Methode mit Standart Finder Industrierelais einen sicheren DC Schutz hinzu bekommen.
Wechsler Kontakt, Arbeitskontakt liegt an der Endstufe, der Ruhekontakt auf Masse und der sich Bewegende geht zum Lautsprecher. Liegt nun harter DC-Fehler vor, wird der Lautsprecher gegen Masse gezogen und auch ein eventueller Lichtbogen -> nix passiert.
Beim Abschalten wird Dank des Plopp aber auch ein Lichtbogen mit gezogen, gegen Masse....
Und das hat in unregelmässigen Abständen einen Strompfad der Vollbrücke zerlegt. Nun lasse ich vorher mit Shut-Down die Treiber runterfahren, das verhindert zuverlässig, dass das Filter noch Energie erhält, die nicht so recht weiß wohin nun.

Zurück zum eigentlichen Thema.
Also klar ist nun, dass durch die Gleichrichter-Belastung viel Blindleistung erzeugt wird, gerade im Teillastbetrieb. Daher auch mein ursprüngliches anliegen, da ja die meisten "alte" PA-Endstufe kein anderes Netzteil haben, wie kommt die Elektrik vort Ort damit klar ?
Zum einem wird in 3-Phasen Systemen der Neutralleiter warscheinlich überlastet und die eventuell vorhandenen Generatoren dürften auch etwas Probleme bekommen. Ist da was bekannt ? Wird kompensiert ? Oder lässt man es einfach vor sich hin kochen ?
Wenn die Elektrik leicht überdimensioniert wird, kann es ja gut gehen.
Das wollte ich ursprünglich kommentiert haben :roll: