Vervangende MOSFET voor versterker

Hallo allemaal,

Een maat van mij heeft een 1200W monoblock versterker en tot nu toe heb ik deze al 2 maal gerepareerd (radio niet uit gedaan, motor uit, vervolgens motor starten en versterker schiet in protection mode en een paar IRF640N MOSFETS stuk)

Nu ben ik dus door mijn IRF640N MOSFETS heen en dag via een website dat de IRF640N vervangen kan worden door de IRFB42N20D, deze heb ik nog wel liggen.
Maar.... (ik soldeer elke dag maar heb geen extreme kennis van alle componenten) ik zie dat de IRFB42N20D toch een paar andere waardes heeft en wou graag jullie mening voordat ik deze ga uit proberen.

IRF640N:
Drain-to-Source Breakdown Voltage: 200 V
Gate-to-Source Voltage, max: ±20 V
Drain-Source On-State Resistance, max: 150.000 Ohm
Continuous Drain Current: 18 A
Total Gate Charge: 44.7 nC
Power Dissipation: 150 W

IRFB42N20D:
Drain-to-Source Breakdown Voltage: 200 V
Gate-to-Source Voltage, max: ±30 V
Drain-Source On-State Resistance, max: 55.000 Ohm
Continuous Drain Current: 42.6 A
Total Gate Charge: 91 nC
Power Dissipation: 300 W

De 42N20D kan een veel hoger wattage leveren maar dit zal de sub niet trekken vanwege het maximaal vermogen van de subwoofer, dit was ook al het geval bij de IRF640N.

Hij heeft supercondensators in serie met een waarde van 110F 16,2V die er tussen kan.

Is het veilig om deze MOSFETS te gebruiken zonder de hele print aan te moeten passen?

Dit kan een probleem zijn:

Total Gate Charge: 44.7 nC
en
Total Gate Charge: 91 nC

Beetje afhankelijk van de drivers.

(radio niet uit gedaan, motor uit, vervolgens motor starten en versterker schiet in protection

Sinds wanneer heeft een radio een motor? Bij hele oude systemen was een dynamotor wel eens gebruikelijk. Maar dat is niet echt van deze tijd. Ik begrijp je posting niet erg.

[Bericht gewijzigd door Ex-fietser op 12 maart 2020 18:12:23 (54%)]

Ik weet niet waar je die informatie hebt opgedoken, maar kloppen doet 't niet erg...
De RdsOn van de IRF640 is 0.15 Ohm, geen 150.000 Ohm...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com

Sinds wanneer heeft een radio een motor? Bij hele oude systemen was een dynamotor wel eens gebruikelijk. Maar dat is niet echt van deze tijd. Ik begrijp je posting niet erg.

Had er niet bij vermeld dat het om een versterker ging in een auto. Wilden gaan tanken, normaal gesproken doet hij handmatig de radio uit (versterker via REM), maar vergat het dit keer. Bij het sleutelcontact ging de radio weer aan en nadat de auto weer gestart was stond de versterker in protection doordat er 2 maal een IRF640N kapot was.

De driver is een STP65NF06. Tussen de STP65NF06 en de IRF640N zit nog een
FMG22S

Ik weet niet waar je die informatie hebt opgedoken, maar kloppen doet 't niet erg...

Daar zitten ze idd fout, https://www.el-component.com/mosfets/irf640n

Ik zie het zelf somber in, maar wil graag zeker weten dat het wel of niet kan voordat ik weer nieuwe bestel. Sowieso al top hoe snel ik al reactie heb gekregen! Bedankt!

Op 12 maart 2020 18:53:13 schreef TheOrion

Daar zitten ze idd fout, https://www.el-component.com/mosfets/irf640n ]

zoek dan gewoon een datasheet ipv tweedehands foute info.

150 ohm maal 46 A is meer dan ie mag hebben in sper. Dat kan gewoon niet kloppen. Het zijn 150 mOhm, maar zo'n verkoper die de gegevens niet snapt moet je gewoon niet vertrouwen. Als ze je een fake verkopen die 5 keer de rdson heeft als de echte heb je geen poot om op te staan. 200 keer beter dan de geclaimde spec, waar zeur je over?

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Maaruh, zijn die niet gewoon te koop?
https://nl.farnell.com/search?st=IRF640N
Of wilde je het vandaag nog gerepareerd hebben?

Hrt lijkt me ook beter om de oorzaak te verhelpen in plaats van iedere keer nieuwe fets erin te prakken als de radio weer stuk gaat. Maar goed ieder zijn hobbie. :)

Ik heb afgelopen zomer 3 dozen vol net spul gekregen van een buutman die ging verhuizen, sindsdien ben ik aan het prutsen in de garage met elektronica zonder enige vorm van educatie
Bovenstaande verklaart mijn gebrek aan kennis.
Om eventueel componenten te kunnen gebruiken die ik in deze dozen heb, vroeg ik alleen of dat mogelijk en compatible is met de driver. Anders zal ik inderdaad de orginele IRF640N bestellen.

Om niet onnodig geld uit te geven heb ik dus de vraag: Kan ik de IRFB42N20D gebruiken als vervanger van de IRF640N wanneer de driver dit ook aan kan?

Zonder echt een gefundeerde reden zit ik te denken dat die super condensator weleens de oorzaak kan zijn. JE zou daar een zwaar relais tussen kunnen zetten die je via het contact schakelt die voorkomt dat de condensator nog energie kan leveren.

Maar gaat de versterker nu kapot door het uitzetten van de motor of van het starten van de motor als de radio nog aanstaat. Als het dat laatste is kan het ook nog aan de radio zelf liggen. Het kan dan zijn dat tijdens het starten de radio even uitschakelt en dan 1 of 2 seconden later weer aangaat en dat zou een ongewenste schakelpieken naar de versterken kunnen generen en dat in combinatie met de super condensator worden dat ineens hele grote stroompieken in de versterker.

Het vertraagd laten opkomen van de condensator zou dat probleem moeten verhelpen.

De condensator zit er nog niet tussen omdat we nog moeten kijken hoe we deze kunnen aansluiten om de kabel, het zijn 6 100F 2,7V condensators in serie op een printje met aan beide kanten een soldeervlak met een gaatje er doorheen waarop je dus de + en - kabel op, een bepaalde manier, kan aansluiten.

Ik heb die "flapdrol" van een maat gebeld en heb geconstateerd dat de radio dus niet aangesloten is op het contact maar constante spanning heeft....
Als het goed is moet de radio aangesloten zijn op het contact (stand 2 volgens mij, i.i.g. de stand waarbij het dashboardlicht aangaat) en wanneer je de motor start (dat zou dan stand 3 zijn) en eenmaal aangeslagen zou hij weer in stand 2 moeten staan. Zoals het nu aangesloten is blijft de radio dus aan tijdens het starten van de motor waarbij je dus een dip krijgt tijdens het starten en wanneer de motor aanslaat een enorme piek.

Correct me if im wrong, ik ben hier om te leren :)

Ik heb veel gelezen dat een grote condensator een dip of piek enigszins wel kan absorberen/uitvlakken, maar dit wordt aan de andere kant ook redelijk vaak tegen gesproken.

Het komt er dus op neer dat er een vertragingsrelais tussen moet of de radio creeerd een piek via de REM.

Op 12 maart 2020 17:59:33 schreef TheOrion:
De 42N20D kan een veel hoger wattage leveren maar dit zal de sub niet trekken vanwege het maximaal vermogen van de subwoofer, dit was ook al het geval bij de IRF640N.

Buiten de vraag om, dit klopt natuurlijk voor geen meter. Als jij een versterker hebt van zeg 1000 W en een subwoofer van zeg 500 W zal er toch echt 1000 W gaan lopen, zij het waarschijnlijk heel kort, want de speaker zal kapot gaan.

Een vervangende mosfet in dit ontwerp gebruiken is lastig. Je kan veel beter de goedkope IRF640N gebruiken. Andere mosfets kunnen problemen geven met de timing, of de versterker niet eens laten starten (zelfoscillerend klasse d ontwerp voor de kenners...) Gewoon niet aan beginnen.

Als deze al 2 keer stuk gegaan is, kan er meer aan de hand zijn, ik repareer dit soort klasse d versterkers wel vaker.
Is de isolerende (en warmtegeleidende) folie achter de mosfets nog wel in orde? Geen scheurtjes of gaten? Gate weerstanden nog goed?
Driverboardje kan ook defect zijn gegaan.

De helft van deze versterker is de voeding. Die wordt o.a. gevormd door de STP65N06 mosfets, daarna de gelijkrichters FMG22s. Die gelijkspanning meet je op de dikke rail elco's. Pas wel een beetje op, want als je de versterker net uitzet, dan blijft daar nog wel paar minuten flinke spanning op staan. Even ontladen met een weerstand van 100 ohm / 5w.

meer over car audio: www.12vhifi.nl

dat de radio dus niet aangesloten is op het contact maar constante spanning heeft....

Daar is niets mis mee dat deed ik ook altijd dan kan je ook gewoon luisteren zonder dat je contact om draaien en er allemaal stroom vretende dingen extra aangaan.

Maar ik denk nog steeds dat tijdens het starten de radio even stilvalt en er via de remote aansluiting vreemde stoor signalen naar de versterker gaan.

De 42N20D kan een veel hoger wattage leveren maar dit zal de sub niet trekken vanwege het maximaal vermogen van de subwoofer,

Nee zo werkt dat niet. Dan zou iederen er gewoon 4x zwaardere mosfets inzetten en heb je veel meer vermogen? Nee het geheel ontwerp inclusief de voeding bepalen het maximale vermogen wat een versterker kan leveren. En zelfs dat klopt nog niet helemaal want je kan zuivere sinus vermogen meten muziek vermogen, piekvermogen en er zijn er nog heel veel meer soorten metingen waarvan er ook zijn die in protocol zijn vastgelegd zodat iedereen min of meer hetzelfde meet.

Een subwoofer zelf die volgt gewoon de versterker en als de versterker er meer vermogen in stuurt dan de subwoofer aankan dan zal die subwoofer uiteindelijk kapot gaan.

[Bericht gewijzigd door benleentje op 13 maart 2020 19:54:57 (10%)]

EricP

mét CE

De 42N20D kan een veel hoger wattage leveren maar dit zal de sub niet trekken vanwege het maximaal vermogen van de subwoofer, dit was ook al het geval bij de IRF640N.

Wat is een 'wattage'? Is dat net zoiets als een 'eurage' waar je 'bedrag' bedoelt?
Verder LEVERT dat ding niks, maar heb je het waarschijnlijk over het maximale vermogen wat-ie kan dissiperen - als je alle andere parameters ook binnen spec kunt houden.

Hij heeft supercondensators in serie met een waarde van 110F 16,2V die er tussen kan.

Ik zou 'm parallel zetten als je er profijt van wilt hebben...

Is het veilig om deze MOSFETS te gebruiken zonder de hele print aan te moeten passen?

Geen idee. Als de pinning hetzelfde is, dan zou het KUNNEN werken. Echter, die veel grotere gate capaciteit is riskant voor schakelsnelheden en daarmee het vermogen wat je daarmee verliest.
Als je je er niet in wilt verdiepen, dan zou ik gewoon dezelfde torren van dezelfde fabrikant (!) kopen als het origineel.

Zoals 12VHiFi ook al opmerkt: een mosfet sterft niet vaak alleen. Meestal neemt-ie wel wat mee (of neemt iets anders de tor mee). Maar je kunt natuurlijk mazzel hebben.

Verder snap ik ook niet waarom zo'n versterker kapot gaat als-ie aan staat en je start de auto. Het klinkt als een 'broken-by-design' ontwerp - en dat ga je dus niet oplossen.
Ik kan me nog voorstellen dat je de boel rechtstreeks aan de accu hebt hangen, de spanning daar wat inkakt bij starten (zoals gebruikelijk) en dat de capaciteiten in de versterker gaan meehelpen met starten. En dat zouden die torren wel eens niet leuk kunnen vinden. ALS dat zo is, dan komt het toch weer terug op 'brak ontwerp'...

Deze monoblokjes van eXcursion of Massive zijn inderdaad niet heel erg het toppunt van design zegmaar. Maar het levert wel veel power en zijn best efficient.
Van een te lage accuspanning kunnen ze wel last hebben, maar stuk gaan..? Dan heb je wel een hele gare accu of slecht aangesloten voedings- en massakabels waardoor je wel hier en daar een volt kwijtraakt...
Met een min/max meting op de versterkeraansluiting zou je de spanningsdip tijdens het starten kunnen meten.

meer over car audio: www.12vhifi.nl

Op 13 maart 2020 19:59:01 schreef EricP:
Ik zou 'm parallel zetten als je er profijt van wilt hebben...

Grapjurk! :+

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl

Een maat van mij heeft een 1200W monoblock versterker

Ik begrijp hier nu nooit een bal van. Waarom een 1200 watt versterker?

Bij de meeste auto's kan de dynamo dat geeneens maken. Er zal ook helemaal geen stroom meer voor de auto over zijn zodat de motor gewoon zal stoppen als je een tijdje met je versterker volluit gaat. Nu zal je waarschijnlijk niet merken omdat je oren het al eerder hebben opgegeven.

Dus ja waarom heeft iemand zoiets.

Nou ...crestfactor, je zal nooit erg lang voluit spelen, marketing, ze kosten ook niet heel veel meer, ding trekt hooguit 120A max ;-)

[Bericht gewijzigd door 12V HiFi op 13 maart 2020 23:57:48 (15%)]

meer over car audio: www.12vhifi.nl
EricP

mét CE

Dus ja waarom heeft iemand zoiets.

Om precies dezelfde reden dat mensen elk jaar of elke 2 jaar een nieuwe telefoon willen hebben...

Precies dat, een ieder koopt of heeft dingen die niet nuttig zijn maar wel plezier geven. En dat mag gelukkig ieder voor zich bepalen...:-)

meer over car audio: www.12vhifi.nl

Op 12 maart 2020 17:59:33 schreef TheOrion:
Hij heeft supercondensators in serie met een waarde van 110F 16,2V die er tussen kan.

Op 12 maart 2020 22:09:09 schreef TheOrion:
De condensator zit er nog niet tussen omdat we nog moeten kijken hoe we deze kunnen aansluiten om de kabel, het zijn 6 100F 2,7V condensators in serie op een printje met aan beide kanten een soldeervlak met een gaatje er doorheen waarop je dus de + en - kabel op, een bepaalde manier, kan aansluiten.

Serieschakelen van condensatoren verlaagt de totale capacteit. Dus 6 stuks 100F condensatoren levert een capaciteit van 16F op.

Condensatoren hebben weinig zin bij autoversterkers onder andere omdat er weinig energie in zit.

Jammer genoeg is het originele artikel verdwenen van het internet, maar er is een discussie van ~20 jaar geleden die haarfijn uitlegt hoeveel vermogen er wordt getrokken, waarom een condensator nutteloos is, wanneer de dynamo het niet meer trekt, etc. Originele engelse tekst zonder plaatjes helemaal hieronder.

Voor de (super)condensator is de uitleg vrij simpel:
de capaciteit van een condensator is miniem vergeleken met een accu: in bovengenoemd voorbeeld wordt aangegeven dat een lege accu van 10V nog steeds meer energie bevat dan een volle 1F (of 16F) condensator. Bovendien is ESR altijd aanwezig: bij ontladen verlies je energie en wanneer de dynamo de eruitgetrokken energie weer (EXTRA!!!) bij moet leveren, verlies je hierdoor WEER energie. Voor een random 100F van internet zat de ESR op 0,012 ohm. Ongeveer vergelijkbaar met een 1F autocondensator uit die tijd. Maar de supercondensator heb je er 5 van in serie, dus volgens mij tel je dan de ESR's op: dus al 0,06 ohm. Bij 16A heb je dan al een voltagedrop van 1V. Dus voor de (zeer korte periode) dat de condensator 32A levert, is de uitgangsspanning al ONDER het niveua van een volle accu.

Onderstaand de discussie tussen Richard Clark (geholpen door David Navone, RC heeft heel veel titels op het gebied van caraudio-wedstrijden en DN hielp volgens mij op de achtergrond met name op gebied van elektronica: dat een zekering binnen 12" (30cm) van de accu geplaatst moet worden bij caraudio wedstrijden (wereldwijd) is bv. een (arbitraire) beslissing van hem.)

Lesson 1

Ok powertrip (waarschijnlijk de naam van de persoon waar deze discussie mee gevoerd werd), how about we have a discussion in basic electrical theory? At the end of this thread you should be the one that can explain to the world that according to ohms law it is impossible for these things to do any good. That is of course if you can admit that they do obey ohms law. We will do this a little at a time so how about you humor me and stick to my questions. We will do them a couple at a time so everyone can follow along. Let's do a little calculation. Suppose we have a resistor that is .017 ohms (seventeen milliohms). I think that is what you say the ESR of the giant caps is.

The ones I have seen have measured higher but I will give you the benefit of the doubt. According to ohms law how many volts are dropped across .017 ohms if 100 amps of current are flowing? How about if we up the current to 300 amps? Let's establish the answers to these questions before we go any farther. If we can't agree on the answer to this there is no hope we will ever get to the truth.

Lesson 2

Thanks David you are exactly right. If anyone wants this explained please ask David to clarify it. If everyone is going to follow this and understand fully the final conclusion it is important that no one miss any steps. There will be about ten lessons. Since power trip has left the building we will continue with the rest of the class. ESR stands for equivalent series resistance. This means exactly what it sounds like. It means that if we have a source of voltage it will behave exactly as if it has a resistor of the same value in series with its output. An amplifier has ESR, a power supply has ESR, a battery has ESR, and yes, a cap has ESR. Components have ESR’s because we do not have perfect conductors to make things from.

And now for the homework. Last night we learned that if 100 amps flows through .017 ohms there will be a voltage drop of 1.7 volts. And if the amp flow increases to 300 amps the voltage drop will increase to 5.1 volts.

For the sake of theory only let's say we have built the largest cap in the universe and it has billions and billions of Farads. Its plates are made of a newly discovered material we'll call unobtanium. This new material has no resistance therefore our super cap has an ESR of ZERO ohms. We then charge the capacitor to 14.2 volts. We then place a resistor with a value of .017 ohms in series with one of the terminals of this cap. The question is: If we place a load that draws 100 amps from this cap what will the resulting voltage be on the load side of the resistor? What will the voltage be on the cap side of the resistor? What about if we increase the load to 300 amps? What will the voltages be on each side of the resistor?

Lesson 3

Ok now that we have studied ESR and understand what it is and it's effect on the working of a circuit we will move on to another subject. But don't forget about ESR as it is one of the important final building blocks in our search for truth about caps and we will come back to it. Today we will review the important concepts about total energy storage in a device like a cap. This has been covered in earlier posts (and I will say quite correctly) but I am going to expand on it as well as reiterate it for those who did not get to read it. Besides, I think I can simplify it a little.

In electronics, we measure power in watts. Wattage tells us how much work a device can do. But a wattage rating does not tell us anything about how long we can sustain that work. When we add the element of time to our wattage, we use a value we call Joules. A joule is a watt second. This means that one Joule of energy can provide a watt for a second. Ten joules can provide a watt for ten seconds or ten watts for one second or five watts for two seconds one hundred watts for a tenth of a second, and so on.

The formula for determining the total joules stored in a capacitor is very simple. We take one half the capacitor’s value in farads and multiply it times the squared charge voltage. For example a one farad cap charged to 14 volts would be .5 X (14x14) = 98 or .5 X 196 = 98 Joules. A 20 farad cap charged to 14 volts would be 10 X (14x14) = 1960 Joules.

(Wanneer het voltage is gedaald tot 10V is er dus nog 10 X (10x10) = 1000 Joules over, dit getal wordt verderop gebruikt).

There is a very important concept to understand about energy storage. A capacitor actually stores electricity.

Batteries don't. Batteries have the potential to produce electricity by means of a chemical reaction but caps actually store electrons on their plates in the form of an electrostatic charge. In our next two lessons we will learn why this is important to know.

But first, the homework. This is a 'think about it question'. We have learned that a Joule is a watt second. A Yellow top battery is rated at 65 amp hours. This means it can provide 65 amps for an hour. The question is how many Joules does this represent? Since this is a thought question, it would really help if whoever answers would show us your math.

Lesson 4

In the actual real world the voltage of the battery would drop a little from its open circuit voltage of 12.8 volts with a 65 amp load. In the case of the yellow top its actual voltage at 65 amps is about 12.2v when fully charged. By the end of the hour it would be down to about 10v. If we use 11 as an average our answer would be........ 2,574,000. Now that's still a lot of joules! Now actually this is not enough to totally kill the battery but at this point there isn't much left in it. This brings us to a very important fact. The energy in a battery will be depleted almost completely by the time it is down to 10 volts.

Lesson 4 (continued)

By the time we have removed those 2.5 million joules from the battery it probably doesn't have more than a hundred thousand joules left. We can almost totally deplete the battery's energy and never drop below 10 volts. This is because the battery doesn't store electricity. It stores chemicals. A chemical reaction produces the electricity. Storing actual electrical charges is very inefficient.

Look at our poor capacitor. Even if we made one as big as a battery it would still only be good for perhaps fifty to one hundred thousand joules---less than that left in a nearly dead battery. But if that were not enough there's more bad news. This exercise will be tonight's homework.

A capacitor is like a gas tank in a car. The pump can only remove gas down to the pickup point. Any gas below this point can never be removed by the pump. If we charge a 20 farad cap to 14 volts we know from previous lessons that it will contain 1,960 joules. If we use that cap in a system and load it till it drops to 10 volts along with our battery how many joules will we have removed from the cap? How many joules will remain in the cap that we can never benefit from if our system never drops below 10 volts?

Lesson 5

In our last lesson we learned that caps actually store charges on their plates. And of the 1960 joules stored in a 20 Farad cap, 1000 of them sit at a potential below 10 volts. This means there is no way they can ever be used by an operational audio system. Today we will look at another loss factor. It has to do with the loss factor due to the ESR of the cap.

We have already studied voltage drop due to ESR but now let's view it from an energy/watts standpoint. Let's clarify things. The power delivered to the stereo by the battery and alternator bypass the cap. They merely flow by its terminals. If the cap charge is lower than the battery/alternator potential current will flow INTO the cap until it reaches equilibrium with the Battery/Alternator. If the B/A potential is lower than the charge potential of the cap current will flow OUT of the cap to the battery and or the amp.

Always remember that voltage always flows from the highest potential to the lowest potential, just like water. Current does not however flow into the alternator even if it is lower than the battery and cap because it has diodes on its output that only let current flow FROM its output. Now whenever any current flows into or out of the cap it must pass thru the ESR of the cap. The resistance is really distributed throughout the cap but it behaves just like it was right on the output terminal as in a series circuit location in the circuit loop does not matter. Now suppose our 20 farad cap is charged to 14.2 volts and we place a load on its output. This load is the same one that we used in lesson 2 to cause 100 amps of current to flow from our unlimited capacity cap. Only now we have our smaller 20 farad cap.

Lesson 5 (continued)

We know that if 100 amps of current flows out of our cap, those 1.7 volts will drop across the ESR of .017 ohm. This will cause the output to drop to 12.5 volts just like it did with the unlimited cap.

This means that the load (100 ohms resistance) will be consuming 1250 watts from our cap. 12.5 volts x 100amps = 1250 watts. The total wattage output produced by the cap is 1420 watts. 14.2 volts x 100 amps = 1420 watts. Unfortunately 170 watts of power will be lost in heat in the ESR of the cap. This represents a loss of 13% of our total usable joules (960) at this point. Now tonight's question is if we increase the current draw to 300 amps (300amps x 14.2volts = 4260 watts), how many watts will be dissipated in the ESR of the cap and what percentage of the total 4260 watts does it represent? Of our total usable 960 joules, what percentage will be left for the stereo?

Lesson 6

Ok before the next lesson let's review lesson five. When I checked the posts no one had the correct answer of 56% but some were close. The important part is that everyone seems to understand the loss mechanism. From lesson five we see that the energy we can get out of a cap is inversely proportional to the rate that we try to take it out. This is because the ESR that is in series with the output stays constant regardless of the load. At very high power levels, this ESR can amount to a sizeable amount.

In an earlier lesson we learned that the ESR causes a voltage drop proportional to current flow. When voltage is dropped across a resistance heat is created. Lesson five taught us that with 100 amps (flowing from a cap with .017 ohm ESR) we lose 13% of our joules as heat when we try to remove them. If a cap has an ESR of .017 ohms, and 300 amps flows we will lose 56% of the stored energy when we try to remove it. In our giant cap example with 300 amps of current, we will lose this as 1530 watts of heat. This is the same loss mechanism that causes a battery or amp or power supply to get hot when they are delivering high power levels. Virtually all voltage sources have at least some ESR. At this point we should have a good understanding of how ESR affects a component. The next logical thing to cover is ESL.

ESL stands for equivalent series inductance. Just like the ESR it can be modeled as an inductor in series with the output of our capacitor. Now everyone in car audio knows what inductors do. They resist a change in current flow. Their most common use is in speaker crossovers. When used in series with a woofer they let the slowly changing low frequencies pass, but stop the fast changing high frequencies. The reason an inductor does this is because it behaves like a resistor that changes value with frequency. Unlike a capacitor that decreases in value with increasing frequency an inductor decreases in value with decreasing frequency.

Lesson 6 (continued)

Now I have been told that the ESL value of the giant cap is 0.2 mh. Somebody check my math but I think this would put the reactance of the cap near .063 ohms at 50 Hz. This means that if we wanted to refresh our amps at a rate of 50 Hz (seems reasonable if we were playing bass real loud) our ESL of .07 ohm would be in series with our .017 ohm ESR for a total value of .08 ohms.

Now we know from ohms law that if we try to get 100 amps through .08 ohms we will have a voltage drop of 8 volts and at 300 amps the drop would be about 24V. Well it's pretty clear that we will be left with less than a fraction of a volt if we start out with only 14.2. Is everybody still with me? I know it's not good news but I'm not making this stuff up.

Now for tonight's lab lesson to prepare us for lesson 7. Tomorrow, I will post the results of the following test. If you want to check me, go to Radio Shack and buy the following: Bulb # 272-1127, Socket # 272-360, and a nine volt alkaline battery. For the battery a Radio Shack is ok but a Duracell is better. Make sure it is fresh!!!!!

Wire the socket and connect it to the nine volt battery and record how long the bulb stays lit. Be prepared to wait for a couple hours. Charge a giant cap to 14.2 volts and do the same with it. Be prepared to wait about an hour. Charge a 1 or 1.5 Farad cap to 14.2 volts and do the same. This will take only a few minutes. Record the times and we will discuss the importance of this in our next lesson.

Lesson 7

Ok in last lesson I left everyone with instructions to duplicate the results of the test I am going to post tonight. The purpose of this test was to put the capacity of even a giant cap in perspective. As I have pointed out in earlier lessons storing electrons in the form of a charge on a plate is not really very efficient. Some folks think we should stand in awe of a value like 2000 Joules. Well our test tonight puts some reality in this value. If we perform a test like described in the end of lesson 6 we come up with the following results.

1.5 Farad cap lights the bulb for about 5 minutes and 28 seconds

a giant cap lights the bulb for about 54 minutes

a nine volt alkaline does so about 2 hours and 14 minutes

did anybody get results similar to these? Are we in agreement on these numbers ?

Lesson 7 (continued)

As for the relationship of these numbers, each of these units has a higher ESR than the previous one. The highest ESR in the group was the nine volt battery. It actually has enough energy to light the bulb far longer but since its ESR is fairly high it loses a lot of its energy as heat internally. But even still it should be apparent that it holds more energy than the giant cap and a whole lot more than a 1.5 farad unit

For now I do not care to concern ourselves with the meaning of this ---we will cover it in the closing. Before going on let's review a few facts. In lesson 3 we learned that a giant cap can hold 1960 joules at 14 volts. In lesson 4 we learned that only 960 of them sit at a potential above 10 volts. In lesson 5 we learned that if we want to use them at a rate of 100 amps we will lose 13% of the 960 that are left.

If we use them at a rate of 300 amps we will lose 56% of the 960 which will leave us with only about 500 usable joules. And these losses are only for the ESR mechanisms, they do not include the ESL mechanisms that could actually be higher if the demands are quick enough.

It has been suggested that the purpose of these giant caps is to provide quick energy. It has also been suggested that they are for slow energy.

I am not sure what is being claimed so I guess I need to cover both situations. As for slow energy I think the previous test could put that thought out to pasture. For long term energy one of these units is less useful than a nine volt battery and to compare it to a car battery is really useless. After all what good is 500 useable joules when we have over 2 million in the car battery? It should be obvious if one of these devices can be of any use at all it will have to be able to provide energy faster than a car battery. But before we get to that issue lets cover the behavior of alternators and batteries under dynamic load conditions.

Tomorrow is Saturday and I will have time to measure the response time of a few alternators. This will enable me to model my closing explanations more exactly. I will post the results of these tests tomorrow night.

Lesson 8

For this lesson I have done some actual measurements. Here are the test conditions: To measure voltage we used an Audio Precision with a DCX module. It is accurate to three decimal places. For sample time we chose 40 samples per second. For the non audio system test I used a KAL carbon pile load tester. It can do power tests on 12 volt charging systems up to 1200amps continuous. The audio system consisted of a couple of Rockford 1100 amps bridged into four ohm nominal speakers. The alternator was a stock Delco 80 amp CS type unit.

Lesson 5 (continued)

Its case temperature was monitored by a Raytek ST2L IR sensor. Engine speed was regulated with a Thexton #398 IACV tester. The music material was the SPL track # 30 from the IASCA competition disc. The battery was a Stinger spb-1000. All voltage measurements were done directly at the terminals of one of the amps.

Chart 1 Alternator/cap/battery test with 200 amp dummy load

For this test we monitored the voltage of the car with the stereo turned off. With the car running the voltage can be seen to be stable at about 13.7 volts. After 22 seconds (The horizontal scale is 100 seconds-10 sec per major division) we applied a 200 amp load. The voltage can be seen to drop to 11.6 on both traces. This test obviously exceeds the ability of the alternator to keep its regulation set point so its voltage falls. The drop can be seen to be nearly instant (steep curve) until about 12.5 volts where the battery starts to supply a significant amount of the power.

Ultimately the voltage drops to 11.6 and at 26 seconds we turn off the load. The voltage then starts to rise to the regulator set point as the battery is recharged (yellow curve) and as the battery and cap (green curve) are recharged. At a time of 50 seconds I turn the motor off so the alternator stops. The voltage then droops down to the float voltage of the battery: about 12.7. The only reason for the small difference at 50 seconds is because I couldn't get the timing of the engine shut-off exactly the same every time. I did it several times and these two are within one second. That was as close as I could get it.

I am able to see no difference from these measurements. There are microscopic differences but I believe they are due to the alternator temperature. Alternator regulators are usually
temperature sensitive. As they get hotter they tend to fold back. For this reason we let the unit cool off between each test and closely monitored the case temp throughout the tests. For this reason I believe that none of these measurements are meaningful to more than a couple tenths of a volt.

Chart 2 Music tests with an audio system

Note: Between each test the alternator was allowed to cool and the battery was charged until an automatic charger said it was topped off.

Purple curve

For our first test we played the system with the engine off and no cap. The result was the purple trace at the bottom. We played the system as loud as we could get it that seemed to produce no audible distortion. This was track 30 of the IASCA disc. It starts off with fairly low level sounds for the first 34 seconds. In order to insure the electrical system was stable we did not start the measurement until we were 20 seconds into the song. This means that our 0 starting point is: 20 on the CD counter. The battery was able to maintain its voltage just below 12.5 until the loud bass hits at 34 seconds (14 seconds into our chart) At this time it dropped to about 11.5 and had a few large variations due to the music. According to the computer calculations (third chart) the average voltage for this test was 11.7volts. This test was done as a baseline for the following tests.

Yellow curve: no cap

For this test the volume was left as it was for the baseline test. The engine was started. Notice that at low volume the alternator was able to maintain about 14 volts. When the loud music hit the voltage dropped to about 12.5 where it remained except for a few short moments where it actually climbed back to over 13.5 volts. The computer averaged calculations for the average voltage during the 100 seconds of this test was 12.973 volts.

Red curve: cap added

This test was identical to the previous test except the cap (15 farad type) was added 6 inches from the amp with 4 gauge wire, no relays or fuses. The red curve seems to overlay the yellow except that the actual peaks don't rise as fast or as high during the brief quiet moments. I feel this would be due to the alternator having to recharge the cap. The voltage on loud passages hovered around 12.5 volts. The computer averaged calculations for this test show the average voltage to be 12.878 volts. I see no meaningful differences with or without the cap. I certainly don't see the voltage sitting solid at 14 volts.

One note I might add is that this was a two thousand watt system driven right to clipping and the average voltage stayed above 12.8 with a stock 80 amp alternator. Under these conditions the battery would never discharge!
(Dit is door de Crest factor, hierboven al genoemd.)

The green and blue curves were done just for kicks while we had the system set up. In both these tests we turned the volume up until the system was very distorted. This placed a severe load on the alternator and caused the voltage to dip as low as 12 volts. The curves seem to follow each other so closely that unless you have a good monitor it is doubtful you can tell there are two curves. The average voltage for these two curves was both 12.277 and 12.295 volts. If this volume were sustained for very long periods of time this battery would discharge.

Any questions? Please ask -- I will give everyone a chance to ask them before I sum this all up in lesson 9.

Lesson 9

Now that we have had time to study theory in each of the 8 lessons and the results of the actual tests on a real system it is finally time to bring this discussion to a close. Unfortunately, when this thread started I was unable to explain the concept, as it was obvious that many of the people posting responses just didn't have a good grasp of the way things really work. Those of you who have taken the time to follow the lessons should know by now why I was so frustrated at the arguments that were so illogical. It is important to keep in mind that this is a technical forum, not a marketing forum. I do not care or want to know about companies or brand names.

Nothing I have said was ever meant to disparage a particular product or company and I would appreciate it if in the future we could always keep that in mind. We should be able to discuss the merits of radial vs. bias ply tires without caring if they are made by Michelin or Goodyear.

In car audio we have little choice of how we are going to power our systems. Presently we have only four things that are practical. Each of them has its own characteristics that incorporate good points and bad points.

dat een zekering binnen 12" (30cm) van de accu geplaatst moet worden

Wedstrijd of niet dat lijkt me gewoon altijd zonder discussie de enige optie. IK heb al diverse bijna brand of erger gezien in diverse auto's en altijd zat er geen zekering bij de accu of een zekering die veel te zwaar was voor de kabel.
En het argument was steevast maar er zit toch een zekering in de versterker. Ja maar dan moet je wel zorgen dat de kabel goed licht en niet ergens knel zit tussen bv een half los zittende stoel. Die had geluk want die zat er bovenop toen de kabel begon te roken. :).

Tja dan zeggen ze dat mensen leren van hun fouten maar helaas is dat niet collectief zodat er altijd weer mensen zijn die dat nog niet geleerd hebben.

De zekering binnen 30cm van de accu is zeker een vereiste! Je zekert daarmee de kabel naar de versterker. Niet de versterker zelf, al zal dat in sommige gevallen wel "bijvangst" zijn.

Want..schuurt de kabel ergens door tegen de carrosserie (massa) dan ben je met een ongezekerde kabel behoorlijk de l*l, de accu wordt dan via de kabel kortgesloten, met alle gevolgen van dien.
Dus...daarom altijd een zekering dichtbij de accu plaatsen, zodat het maar een kort stukje kabel wat ongezekerd is (30cm).

Gebruik van een condensator kan in sommige gevallen wel wat verbetering geven, maar meestal voldoet een goede accu, kabels die dik genoeg zijn en zeker niet te vergeten: een goed afgemonteerd massapunt.

meer over car audio: www.12vhifi.nl

Het nut van die zekering is boven alle twijfel verheven, maar goed om het nut nogmaals te onderstrepen.

Het ging mij er vooral om, om de 'credentials' van die meneer te onderbouwen. Vrijwel iedereen (in de caraudio scène) kent die 30cm regel. Maar het is deze meneer die beslist heeft dat dit 30cm en niet 25cm of 20cm is. Onderweg naar het jureren van een wedstrijd, in het vliegtuig als ik het me goed herinner. Overigens is dit naar eigen zeggen, maar gezien de kennis die deze meneer tentoon spreidde tijdens discussies met o.a. ondergetekende (en de rest van het internet rond de millennium wisseling), en de manier WAAAROP hij altijd reageerde, geloof ik dit meteen.

Was dat in de rec.audio.car nieuwsgroep wellicht.?..
Maar nog steeds worden er in de competitie regels gebruikt vaarvan je denkt waarom juist precies zo? (Ik jureer nog steeds...)
Juist om discussies uit te sluiten met deelnemers. Of (verkeerde) andere interpretaties tegen te gaan, kiss principe.

meer over car audio: www.12vhifi.nl