Klasse D versterker

Hallo

We hebben een klasse D versterker van 300W nodig die een blokgolf van +2,5V, -2,5V versterkt naar +200V, -200V.
Kan iemand me op weg helpen?
Deze post is bedoeld om eventuele misverstanden te voorkomen.

In de audio wereld verstaat men onder een klasse D versterker een versterker die gebruikt maakt van PWM (pulse width modulation = puls breedte modulatie). Een passief LC filter op de uitgang van zo'n klasse D versterker maakt van het pulse breedte gemoduleerde signaal weer een analoog audio signaal. Voorbeelden van klasse D versterkers voor audio zijn de Hypex UCD modules, zie www.hypex.nl.

Ik heb de indruk dat hier niet om een audio versterker gevraagd wordt, maar om een puls versterker zonder laagdoorlaatfilter op de uitgang.

Kan de topic starter dit aub bevestigen? Verder is het wel zo handig om te vermelden wat de frequentie is van de te versterken blokgolf, en hoe groot de belastings-weerstand is op de uitgang van de versterker. Verder: moet de versterker lineair zijn, of heb je altijd een blokgolf nodig met een amplitude van 400V piek-piek.
Deze versterker wordt niet gebruikt als audioversterker
maar om een 2-fasige motor(inductieve belasting) te sturen. We hebben wel een laagdoorlaatfilter na de klasse-D versterker om de versterkte blokgolf om te vormen naar een analoge signaal, in dit geval gewoon een sinus. De frequentie zal in de grootorde rond de 500khz zijn...





Maak je de sinus met behulp van PWM, of gebruik je de low-pass alleen om de blokgolf af te ronden?
500kHz is aan de hoge kant. Waarom is die frekwentie gekozen?
500kHz is inderdaad veel, je kan beter rond de 100kHz gaan zitten, dan is het rendement hoger.

Hoe ver ben je zelf hiermee? Heb je enig idee hoe je dit gaat aanpakken?
Het is nou niet echt een beginnersprojectje dit.

Is dat 2.5V signaal al 500kHz PWM? Of moet je het PWM signaal nog zelf maken?

Je moet een H-brug bouwen, die flinke spanningen en stromen aan kan. Dat is niet heel eenvoudig. Je moet de timing van de FETs goed op elkaar afstemmen, je moet het signaal die FETs goed proberen aan te sturen terwijl er een spanning van 200V op staat enz enz.
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
kan wel eens heel leuk worden die timing.
dead time niet vergeten enzo.
ga je werken met fets of igbt's? zal wat afhangen van de stroom en snelheid. maar hou het maar op 100khz dat gaat gemakkelijker gaan.
My Tube is bigger then yours
Nouja, je kan natuurlijk de timing gewoon erg ruim nemen. Dat gaat wel een beetje ten koste van het vermogen dat je eruit haalt, maar je hebt in iedergeval niet het probleem dat ineens je FETs allemaal overlijden.
Eigenlijk zou ik zoiets veel liever op een 30kHz ofzo laten werken. Dan kan je die timing in ieder geval heel erg ruim nemen, zondat dat het vermogen er erg onder lijdt. Voor die motor boeit dat toch niets. Het scheelt weer een hoop koeling voor de FETs.
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
let op! op 500khz zit het backup noodkanaal voor schepen, als je dus niet goed filtert kan je een noodoproep storen.
Het gaat idd om een pwm signaal die moet versterkert worden. Dit pwm signaal moet afgefilterd worden tot een sinus die variërt tussen de 100 en de 2000Hz. De frequentie van het PWM signaal ligt dus heel wat hoger.


ik kan verkeerd zijn maar als je een max frequentie van 2000hz nodig hebt heb je toch met een sampling frequentie van 30khz meer als genoeg??? (theoretisch is dan zelfs 15khz haalbaar maar is ni zo goed haalbaar).
My Tube is bigger then yours
Ik zou inderdaad lekker voor ene frequentie onder de 50kHz gaan. 15kHz is ook goed te doen, maar dat licht binnen het hoorbare gebied, en is dus niet handig.

Wat je met het signaal doet is het volgende: Eerst versterken, zodat je rond de 12V aan signaal heb.
Daarna vertragingen erin bouwen voor de FETs. Als je 1us tussen uitschakelen aan de ene kant en aan schakelen aan de andere kant neemt, dan zit je heel ruim. Maar met een periodetijd van 33us (30kHz) gooi je dan maar 1/15 van de schakeltijd weg.
En daarna moet je FETs aansturen. Dat kan met aparte stuurtrafo'tjes. Als de 200V erg constant is, dan kan het ook met een oplossing met een condensator en een paar diodes, maar die oplossing is wat gevaarlijker.
Fets in een H-brug configuratie.
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
Ons blokschema is verandert, we hebben nu onze 4 PWM signalen die versterkt worden naar +-190V (Die spanningsversterker zou je normaal moeten kopen in IC vorm, in zijn geheel denk ik?) Daarna zouden we een klasse D versterker gebruiken als schakelaar om 2 PWM signalen naar +-200V te krijgen. Hiervoor zouden we IGBT's of MOSFETs gebruiken (één P-kanaals en één N-kanaals)Wat komt hier nog meer bij te kijken? .Daarna filteren en onze motor sturen. In die filtering zitten we ook nog vast, doordat we een variabele frequentie en inductie hebben.
Als ik een keuze maak van mosfet, welke bandbreedte moet ik dan kiezen? want we hebben een blokgolf op de ingang, dus veel harmonischen erbij..
En in welke mate moet ik rekeningen houden met de stroom, de saturatiespanning bij geleiding, de schakelsnelheid, enz
De motor heeft een belastingsstroom van 1,6A, +-10% afwijking.
Bij een mosfet praat je niet over bandbreedte, maar over 'schakelvertragingen', gatecapaciteit, max. ds-spanning en RDSon.

Schakelvertragingen: het duurt even voordat een mosfet aan of uit gaat. Meestal blijven ze nog even aan nadat je de gatespanning weghaalt, en blijven ze nog even uit als je de gatespanning aanbrengt.
Gatecapaciteit: Je moet de gate aansturen alsof je een condensator heel snel wil op of ontladen. Houdt er rekening meer dat bij snel schakelen (hoog rendement) flinke gatestromen moeten worden geleverd. 2A is nog vrij weinig.
Drainssource spanning: De max. spanning die de drain mag hebben t.o.v. de source. Lekker ruim nemen.
RDSon: In geleiding gedraagt de FET zich als een weerstand. De meeste FETs hebben een weerstand van minder dan 100mOhm. Bij 1.6A is die RDSon dus niet zo belangrijk. Dit is niet meer dan 200mW aan warmteontwikkeling.

Het is niet nuttig om eerst het PWM signaal naar 200V op te krikken. 15V is genoeg, meer hebben de FETs niet nodig.
Dat zet je dan op een H-brug:

(waarschijnlijk heb je meerdere nodig)
De onderste FETs moeten dus 0-15V hebben, t.o.v. aarde. De bovenste 185-200V t.o.v. aarde. Hoe stabiel is de 200V? Als het redelijk stabiel is, dan kan je die 185-200V vrij simpel met een paar diodes en condensatoren van 0-15 naar 185-200V brengen.
Houdt er dus rekening mee dat het best wel flinke piekstroompjes zijn die je nodig hebt om de gates van de FETs te schakelen. Hoe minder stroom, hoe meer warmtedissipatie in de FETs. De warmtedissipatie in de FETs is recht evenredig met de schakelsnelheid! Vandaar dat je dus het best voor een vrij lage schakelsnelheid kan kiezen. Iedere keer dat de FET schakelt, dan is er een klein moment dat ie een redelijke weerstand heeft, en dus flink warmte produceert.


Het filter kan gewoon een 12dB/octaaf L-C filter zijn. (dus geen resonantiekring, maar een L en C in serie met belasting in het midden) Als je op 50kHz schakelt, en je haalt er 2kHz uit, dan zit je heel makkelijk op 40dB demping. Als je er dus 2 gebruikt kom je op 80dB demping. (in de praktijk zal het wel een stuk minder worden)
Wel erg uitkijken voor resonanties, die moet je wel goed dempen met een weerstandje.
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
Zou deze manier werken? We hebben 2 sinussen op de motor 90° verschoven dus om hem te sturen. We zorgen dat de motor niet meefiltert.



Hoe je die motor zelf precies aan moet sluiten weet ik niet. Daar heb ik geen ervaring mee. Als je daar 2 faseverschoven sinussen op moet zetten, dan zal het wel de bedoeling zijn, wat je nu doet.

Ik zie trouwens dat je FETs minimaal 600V aan moeten kunnen, want er staat 400V op...

Is die +190V en -190V nou een PWM spanning van 190V? Ik ben nog niet helemaal zeker of je begrepen hebt dat je dus op de gate van de FET een signaal van +/-12-15V ten opzichte van de source moet zetten.

Verder lijkt het wel te kloppen.
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
Het is een PWM signaal dat we dus versterken tot -+190V, deze leggen we aan de Klasse-D, dan heb je toch telkens een gate source spanning van 10V wat OK is? Op de uitgang hebben we dan een blokgolf van +200V naar -200V. Waarom minimaal 600V als we maar 400V hebben?
Volgens mij is het dan een misverstand. Je bedoelt niet dat je het signaal versterkt, maar dat je bij de wisselspanning van het signaal 190V optelt. Dus als het eerst tussen 0 en 10V zit, dat het daarna tussen 190 en 200V zit.
Als je het over het versterken van een signaal heb, dan zou ik zeggen dat signaal van 0 tot 10V naar 0 tot 190V zou zijn gegaan. Maar dat is dus NIET de bedoeling!

Als de ene FET geleid, en de andere niet, dan is de drain-source spanning 2*200V=400V. En om het betrouwbaar te laten werken kan je beter een 50% hoger gaan zitten. Die 20cent extra kosten zullen het probleem niet zijn. Het zijn niet voor niets 'absolute maximum values'. Ze moeten niet overschreden worden, en bij normaal gebruik moet je er niet in de buurt komen. Dan maakt een toevallige piek in de spanning ook niet zoveel uit.
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
Eerst had ik een spanning van +2,5V die ik naar 200V moest krijgen, maar dan heb ik een te grote Ugs spanning.
Daarom zou ik eerst de die 2,5V naar 190V brengen met een apart versterkertje (in IC-vorm)en daarna die 190V aan de gate bij die D-klasse hangen. Bij een positieve periode komt dan +200V op de uitgang en bij de negatieve periode de -200V.
En dat klopt dus niet. Want dan zet je op de FET een spanning (t.o.v. source) van een paar volt voor uit (niet netjes 0V), tot 400V voor aan. Een FET mag maar tot zo'n 20V aan gatespanning krijgen. Als het meer is, dan gaat ie kapot.

Nee, je moet die 0 tot 2.5V versterken tot iets tussen de 10 en de 15V (liefst 15V). En dan niet zomaar een versterker, maar het moet ook flinke piekstromen kunnen leveren. Daar zijn speciale chipjes voor, maar het kan ook met een paar transistoren. Dus dan heb je het ingangssignaal omgezet naar 0 tot 15V en flinke stromen. Goed om een FET aan te sturen, ware het niet dat de source van de gate aan +/-200V hangt.

Vandaar moet je het dan omzetten van 185-200V voor de ene FET, en -200 tot -185V voor de andere FET. Dat kan goed met een condensator, en wat extra componenten. Een condensator is in staat om een wisselstroompje door te laten, terwijl aan beide kanten een heel verschillende gemmiddelde gelijkspanning is. Maar er zijn ook dacht ik ook speciale transformatortjes die dit wel kunnen doen.

Wil je het netjes doen, dan moet je iedere FET eigenlijk individueel met een 0-15V schakelingetje aansturen, waarbij je een kleine vertraging voor ieder pulsje kan instellen. Dan compenseer je mooi voor de vertraging in de FETs.
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.

Cookie instellingen

Deze website maakt gebruik van cookies om de website te verbeteren: om anonieme statistieken bij te houden en om relevante advertenties te tonen.

Mocht je geen cookies willen accepteren, dan kun je op instellingen klikken om deze optie te kiezen. Als je gebruik wilt maken van alle functionaliteiten op deze website, klik dan op Accepteren.

Instellingen