Reparatie klasse D versterker

Afgelopen week heb ik een tweedehands Anchor Audio Explorer Pro (6000?) gekocht met defecte elektronica. Het is een kleine PA-luidspreker met ingebouwde versterker en accu. Bij het aanzetten wordt de conus soms naar binnen getrokken en komt er een korte harde 'kwaak' uit. Daarna is het stil. Na een seconde herhaalt het zich. Het gebeurt vooral als je aan een volumepotmeter draait. Inkomend signaal wordt niet versterkt.

De versterker is een gebrugde klasse D versterker, rond een HIP4081A FET driver en 4x FDP20AN06A0 n-channel MOSFET. Op dezelfde print zitten een LM339N quad comparator die vermoedelijk voor de modulatie zorgt en een TL074 quad opamp. Als de versterker stil is is de pin 'disable' op de FET driver hoog (actief). Die wordt laag gemaakt als er signaal binnenkomt. Handmatig kan je hem ook laag maken. In beide gevallen komt er weer gekwaak uit de luidspreker. De voorversterker zit op een andere print. De printen zijn met loodvrije tin gesoldeerd. Uit een krabbel op de onderzijde maak ik op dat hij van 20 april 2007 is.

Tussen de voorversterker en eindversterker zitten twee kabels:

  1. Kabel A, 3-aderig
    Pin 1: 1,7 Vdc t.o.v. de min van de voedingsprint
    Pin 2: 8,7 Vdc
    Pin 3: 15,8 Vdc

    Dat zouden de voedingsspanningen van de opamp en comparator kunnen zijn. Als je deze kabel loshaalt is het probleem weg, zelfs als je 'disable' laag maakt.
  2. Kabel B, 5-aderig
    Pin 1: gaat direct een bipolaire elco 4,7 µF in. Signaal?
    Pin 2 & 4: verbonden met pin 2 van 3-aderige kabel
    Pin 3: gaat naar wat weerstanden rond de LM339N
    Pin 5: is 2x (parallel) via een diode met een uitgang van de TL074 verbonden. Misschien wordt het zo aan de voorversterker gemeld als de versterker clipt?

    Alleen pin 1 loshalen lost het probleem niet op, de hele kabel loshalen ook niet. Het probleem zit dus in de eindversterker.

De voeding werkt nog prima, de print die de SMPS en accu beheert stuurt 16,6 V naar de versterkerprint. Aan het trage doven de LED te zien wordt er weinig stroom getrokken door de versterker als hij stil is. De luidsprekeruitgangen zitten dan op de halve voedingsspanning.

Aan de fabrikant heb ik gevraagd of hij een schema zou willen sturen.

Heeft iemand suggesties welke dingen ik kan controleren? Ik heb geen oscilloscoop, alleen een multimeter.

---------------------------------------------------------
Overzicht wat ik heb uitgeprobeerd na jullie reacties:

  1. Signaal komt de hele voorversterkerprint door. Pas bij de eindversterkerprint gaat iets mis.
  2. Er ligt geen mosfet in sluiting.
  3. Met een andere voeding blijft het probleem hetzelfde. Ik heb twee verschillende geprobeerd.
  4. C7 zit niet verkeerd om.
  5. TL074, LM339N, HIP4081A krijgen redelijke voedingsspanningen.
  6. Schema vergeleken met dat van een andere versterker. De 3-aderige kabel voert het signaal. De voorversterker probeert dc naar de versterker te sturen.

Heb je een regelbare voeding? dan zo ik toch als eerste de eindversterker even op een aparte voeding aansluiten.

Ook al meet je 16.6V uit de voeding zonder oscilloscoop kan je niet zien of de voeding nog schoon is of dat deze onder belasting toch raar gaat doen. Een aparte voeding kan dat deel alvast uitsluiten.

Op 22 september 2018 15:27:04 schreef Multiplex:
[...]

Dat zouden de voedingsspanningen van de opamp en comparator kunnen zijn. Als je deze kabel loshaalt is het probleem weg, zelfs als je 'disable' laag maakt.

Wel vreemd dat geen van de aders massa bevat. Misschien is hier een slechte verbinding, maar dat is lastig te zeggen, maar dat zou mijn eerste gedachte zijn.

[...]

Alleen pin 1 loshalen lost het probleem niet op, de hele kabel loshalen ook niet. Het probleem zit dus in de eindversterker.

ik kan die conclusie niet helemaal volgen...

De voeding werkt nog prima, de print die de SMPS en accu beheert stuurt 16,6 V naar de versterkerprint. Aan het trage doven de LED te zien wordt er weinig stroom getrokken door de versterker als hij stil is. De luidsprekeruitgangen zitten dan op de halve voedingsspanning.

Aan de fabrikant heb ik gevraagd of hij een schema zou willen sturen.

Heeft iemand suggesties welke dingen ik kan controleren? Ik heb geen oscilloscoop, alleen een multimeter.

Lastig te zeggen, daarvoor weten we nu te weinig. Misschien is een foto van de print mogelijk? Dan kunnen we zien welke onderdelen er verder aanwezig zijn en een beetje reverse engineeren. Met een multimeter kan je soms wat, ligt er aan wat je verder nog kan regelen. Een simpele functiegenerator die een (zeg) 300Hz sinus uitstuurt kan soms helpen, want dan kan je met je meter vaststellen hoe het signaal door je schakeling propageert. Ik zou in dat geval wel een vermogensweerstand als belastig aansluiten, want die kwaak zal wel wat (DC) power achter zitten, wat je speakers misschien niet leuk gaan vinden. Een slip met een meetpen veroorzaakt dat vaak ook.

En natuurlijk wat benleentje zegt: check je voedingsspanning. Dat is altijd een goede eerste stap in het troubleshootproces. Wellicht kan je een gloeilamp aansluiten op de voedingsspanning, want dan zie je het makkelijker als de voedingsspanning af en toe wegvalt. Sluit anders een auto-accu aan (afzekeren!), hij zal ook wel werken op ~12V.

begin eens met de voeding, maar ook de potmeters, die steken uit, en niet zeldzaam maken die na een val achterover geen contact meer met de koolbaan. er is dan niks stuk, alleen de versterker krijgt geen input meer. de val kan ook een printbreuk hebben opgeleverd welke dit veroorzaakt.

waar rook was, werkt nu iets niet meer

Klasse D..veel kans dat de mosfets/driver kapot zijn als de conus naar binnen trekt.

Mosfets eens doormeten.

LDmicro user.

Bedankt voor de reacties. Fijn dat jullie meedenken. :) Ik zal ze allemaal langs gaan. Alvast de eerste dingen:

Een signaal op de ingang van de voorversterkerprint komt deze hele print door. Het verschijnt op pin 1 (t.o.v. pin 2) van de 5-aderige kabel die naar de eindversterkerprint gaat. Met een luidspreker op de uitgang van de voorversterker hoor je zachtjes muziek en het volume is te regelen met de potmeter.

Een regelbare voeding heb ik niet, wel een oude vaste van 12 Vdc 1,5 A met trafo. Onbelast komt daar 16 V uit. Als je het hele systeem daarmee voedt krijg je: 'KGGK' [conus naar binnen, conus terug naar rustpositie] gevolgd door een brom op duidelijk maar lang niet maximaal volume. Met een andere voeding hetzelfde. Het verschil met de SMPS is dat er brom hoorbaar is in plaats van ruis. Muziek op de ingang komt niet door.

Als de conus behoorlijk naar binnen of buiten komt, staat er Vdc op de uitgang, dus waarschijnlijk zijn de mosfets stuk en / of de HIP4081. Die gaat meestal mee, als de mosfets stuk gaan.
Zit er een protectie circuit in die bij DC op de uitgang ingrijpt?

meer over car audio: www.12vhifi.nl

Er herken geen beschermingscircuit. Ik weet ook niet precies hoe dat eruit ziet. Er is in ieder geval geen vermogensweerstand met een lage waarde.

Ik heb één mosfet losgehaald en gemeten volgens een instructiefilmpje op Youtube. Tussen D-S, G-D, G-S meet ik oneindig. Als je de gate aantikt met de positieve meetpen geleidt D-S een beetje, ik meet 0,9 V in de diodestand. Als je de gate aanraakt spert D-S weer. De overige mosfets heb ik niet gemeten omdat ik de print beschadig bij het desolderen. Er ligt denk ik geen mosfet in sluiting D-S, want de luidspreker keert weer terug naar zijn middenpositie als de fet driver uit staat of als ik een andere voeding gebruik.

Foto versterkerprint:

Omschrijving componenten:
J175 P-channel switch
TL074 quad opamp
LM339N quad comparator
HIP4081A FET driver - ook voor motoren bedoeld
4x N-channel MOSFET

De spanningsregelaar 12 V voedt de HIP4081A.

Een mosfet die in sluiting licht kan je direct op de print meten met een multimeter. Daar hoef je niets voor uit te solderen.

Hugo Welther

Moderator

Zit C7 nu verkeerd om? Links van het midden onderaan print.

Neem het leven niet te serieus - je overleeft het toch niet. Elbert Hubbard (1856-1915)

Principe schema van een class d amp met die hip4081 vind je op de volgende link:
http://satcom.tonnarelli.com/files/ClassD/ClassD_Sch2of2.pdf
Mosfets lijken me dan wel goed zoals je ze gemeten hebt. Verder kan je de ingangen en uitgangen van de IC's even meten op de signalen die er horen te staan. En uiteraard de voedingsspaningen.

meer over car audio: www.12vhifi.nl

Op 22 september 2018 18:59:48 schreef Hugo Welther:
Zit C7 nu verkeerd om? Links van het midden onderaan print.

Scherp inderdaad, het zou zomaar kunnen dat dit oxidehuidje aan het doorslaan is onder een negatieve bias. Als je die eerst vervangt voor een duppie of zo zou het zomaar eens kunnen gaan werken (verondersteld dat deze elco toevallig in de signaalweg zit). Waarde zal er op staan.

Op 22 september 2018 16:12:07 schreef Kruimel:
Wel vreemd dat geen van de aders massa bevat. Misschien is hier een slechte verbinding, maar dat is lastig te zeggen, maar dat zou mijn eerste gedachte zijn.

Alles werkt op een enkele voedingsspanning. Het grootste deel van de schakeling gebruikt een virtuele massa, die ongeveer halverwege de voedingsspanning zit.

Op 22 september 2018 18:35:25 schreef benleentje:
Een mosfet die in sluiting licht kan je direct op de print meten met een multimeter. Daar hoef je niets voor uit te solderen.

Goeie tip. Er ligt geen mosfet in sluiting.

Op 22 september 2018 18:59:48 schreef Hugo Welther:
Zit C7 nu verkeerd om? Links van het midden onderaan print.

Goed opgemerkt. Vreemd, het minteken klopt denk ik niet. Zoals hij nu zit klopt de richting namelijk wel als je de spanning erover meer (8 V) en het vierkante eilandje zit aan de pluskant. Ik heb een nieuwe elco andersom gemonteerd en de versterker maakt nog dezelfde geluiden. Ik stop maar weer een andere terug zoals hij zat.

Op 22 september 2018 19:01:11 schreef 12V HiFi:
IC's [...] voedingsspaningen.

TL074: 16,6 V tussen pin 4 en 11 (Vcc-Vee)
LM339N: 16,6 V tussen pin 3 en 12 (Vcc-Gnd)
HIP4081A: 12,4 V tussen pin 15 en 4 (Vcc-Gnd)

Lijkt me redelijk. Alles valt binnen de toegestane waarden. Wel opvallend dat de TL074 en LM339N blijkbaar niet met de +-7 V (1,7/8,7/15,8 V) van de voorversterkerprint worden gevoed.

De printplaat heb ik gewassen en 's nachts laten drogen. Het wassen heeft geen effect.

Op 22 september 2018 19:01:11 schreef 12V HiFi:
Principe schema van een class d amp met die hip4081 vind je op de volgende link:
http://satcom.tonnarelli.com/files/ClassD/ClassD_Sch2of2.pdf

Bedankt voor het schema. Als ik het zo vergelijk voert de 3-aderige kabel een gebalanceerd (?) signaal van voorversterker naar eindversterker. Ik ik die kabel los trek gaat de eindversterker aan, zonder rare geluiden te maken: er is een lichte ruis hoorbaar uit de luidspreker. Dat suggereert dat de voorversterker niet goed is. Die bestaat voornamelijk uit opamps dus dat is makkelijker te controleren. :)

Update: hij werkt weer!

OK, de signaalweg heb ik teruggevolgd tot een inverter (om een enkel signaal gebalanceerd te maken), een buffer en nog iets verder. De uitgang van de buffer zat bijna op de voedingsspanning. Even kijken waar allemaal dc op staat, meetpen schiet uit, PATS vonk, dc weg, hij doet het weer. :?

De meetpen verbond de positieve ingang van inverter (opamp) met de negatieve voedingsspanning van de opamp. De eerste zit op een virtuele massa, de tweede op de echte massa de positieve voedingsspanning. Die twee worden door een elco verbonden, vandaar de vonk. Nou ben ik wel benieuwd waarom hij weer werkt. Bij TL opamps ben ik de term 'latch-up' eens tegengekomen. Misschien heeft dat ermee te maken?

Events that can trigger parasitic thyristors into latch-up condition include: excessive supply voltages, voltages at the I/O pins that exceed the supply rails by more than a diode drop, improper sequencing of multiple power supplies, and various spikes and transients.

http://eesemi.com/latch-up.htm

Precies, jammer dat je geen scoop ter beschikking hebt, dan meet je 't er vrij eenvoudig uit.

meer over car audio: www.12vhifi.nl

Het zal een zelfoscillerende schakeling zijn a la Ucd, maar dit terzijde.

Als eerste zou ik controleren of de 074 niet in latch up gaat omdat b.v. de referentie te traag op komt of ergens een C lek is. Gewoon Dc meten op de in- en uitgangen, de pinnen op de hoeken, alles ver van Uref is verdacht.

Op 22 september 2018 16:12:07 schreef Kruimel:
ik kan die conclusie niet helemaal volgen...

Je had gelijk. Ik dacht dat pin 1 van de 5-aderige kabel signaal voerde. Zonder deze kabel zou de eindversterker dan geen signaal krijgen, maar hij maakte toch lawaai. Hieruit maakte ik op dat het lawaai in de eindversterker zelf werd geproduceerd.

Op 23 september 2018 13:23:47 schreef 12V HiFi:
Precies, jammer dat je geen scoop ter beschikking hebt, dan meet je 't er vrij eenvoudig uit.

Haha, ik zit af en toe wel te twijfelen of ik niet eentje zal aanschaffen. :)

Op 23 september 2018 13:58:16 schreef Aart:
Als eerste zou ik controleren of de 074 niet in latch up gaat omdat b.v. de referentie te traag op komt of ergens een C lek is. Gewoon Dc meten op de in- en uitgangen, de pinnen op de hoeken, alles ver van Uref is verdacht.

Als je de voeding uit zet en weer aan zet blijft hij werken. Ik snap het niet. De dingen over latch-up die ik kan vinden omschrijven dat het weg gaat als je de voeding uitschakelt. Als de referentie te traag opkomt zou het toch elke keer bij het inschakelen weer fout moeten gaan? Zou er iets beschadigd zijn bij het kortsluiten waardoor het nu wel goed gaat?

Verder zijn er nog twee dingen. Hij ruist wat hard en de hoge tonen zijn een beetje zwak. Als je de voorversterker los haalt wordt de ruis iets minder maar niet veel. Is dat normaal, gewoon een combinatie van een hoge maximale geluidsdruk en een matige signaal-ruisverhouding? Wat betreft de hoge tonen: met een meetmicrofoon meet ik de volgende respons, met de hogetonenregelaar op minimaal/midden/maximaal. Ik gebruik een gate van 3,8 ms, dus de meting zegt pas wat vanaf 260 Hz. Tussen 1 kHz en 10 kHz is een afval van 6 dB te zien. Zou dat bewust zo zijn gedaan om buiten goed te klinken? In de spec sheet staat -3 dB op 16 kHz.

De luidspreker zit nu weer in elkaar, zodra hij toch weer open moet om een nieuwe accu te monteren kan ik weer verder meten.