Grobschlächtiger Nf-Verstärker mit IGBT Modulen

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*nf-endstufen-bastler*
Ist häufiger hier

#1 erstellt: 06. Jul 2012, 04:11

Hallo leser.

Der titel sagt schon alles.

Immer wieder begegnet man in onlineauktionhäusern oder sonstwo günstigen igbt modulen mit ganz beachtlichen kenndaten.
Einige modelle auch mit zumindest für nen bassamp tolerierbar "schnellen" und annährend gleichen turn-on / turn-off zeiten.

Immer wieder reizt also der gedanke mal was gröbschlächtiges damit zu basteln.
Die seite von "walktroniks" ist mir dann als einzige zu dem thema bekannt geworden, aber er macht das alles anders als ich mir das vorstelle, mit einem dualigbt modul anstelle von zwei einzelnen mit jeweiligem emitterwiderstand.

Gedanke:
Man stelle sich vor man habe ein "projekt3a" verstärker von "sound.westhost" in quasikomplementärem aufbau mit starken treibertransistoren und nutzt anstelle der endtransen igbt module.

Wo sind die herren der unvernunft?
Hat jemand schon mal sowas "zusammengeschustert"?
Gibts was im web was ich nicht gefunden hab?

...es grüßt,

der schreiber.

[Beitrag von *nf-endstufen-bastler* am 06. Jul 2012, 04:12 bearbeitet]

jonath
Inventar

#2 erstellt: 06. Jul 2012, 21:46

Ich versteh das Problem nicht. IGBT sind Transistoren.

Wieso sollte das schlecht sein? Könnte ich mir gut mit Rückkopplung für viel Leistung vorstellen. Wobei ich mehr der Fan von Class D bei Leistung bin, denn wer schon mal eine Endstufe schleppen musste, der weiß wie eine Class D nicht nur den Rücken schont.

*nf-endstufen-bastler*
Ist häufiger hier

#3 erstellt: 07. Jul 2012, 00:52

Bei solchen modul monstern kann von einfachem transistor nicht mehr die rede sein, sie sind leider schrecklich langsam und sicher alles andere als linear....
Humm, gerade wieder ein päärchen im auge: leider aber eins mit ungleichmässiger an/aus zeit.

*fragt sich*

Macht sich eine im vergleich zur turn-on zeit langsamere turn off zeit überhaupt großartig negativ bemerkbar wenn nur "langsam" geschaltet bzw. im subbass gearbeitet wird?
Könnten sich die module im gegentaktbetrieb dadurch beschädigen.
Wenn das eine schon wieder schaltet und das andere "noch"an ist.?
Hoffe ihr versteht mein problem.

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#4 erstellt: 07. Jul 2012, 12:30

Moin,

*nf-endstufen-bastler* schrieb:

Bei solchen modul monstern kann von einfachem transistor nicht mehr die rede sein, sie sind leider schrecklich langsam und sicher alles andere als linear....

Linear sind die wie ein Bipolarer, schließlich ist da eigentlich nichts anderes.

Macht sich eine im vergleich zur turn-on zeit langsamere turn off zeit überhaupt großartig negativ bemerkbar wenn nur "langsam" geschaltet bzw. im subbass gearbeitet wird?

Wenn dann geht das nur im Subbass, wo man mit niedrigen Schaltfrequenzen (< 100 kHz) arbeiten kann. Darüber wird es zunehmend schwieriger. Denn Du musst zwischen Ausschalten des einen und Einschalten des anderen genügend Totzeit einplanen. Ansonsten gibt es unerwünschte Nebeneffekte (sprich: totes Bauteil*). Totzeit ist bei PWM = Verzerrung, weil sie nicht moduliert wird, sondern konstant bleibt. Bei niedrigen Schaltfrequenzen ist das noch nicht so dramatisch, weil der Anteil klein ist. Bei großen Schaltfrequenzen ist das nicht mehr der Fall.

Totzeit muss man auch bei MOSFETs einplanen, die ist aber deutlich kleiner.

Da man MOSFETs in Schaltverstärkern gut parallelisieren kann, lassen sich damit auch hohe Ström erzielen. Und mit Vollbrücken-Schaltungen lassen sich ohne Probleme schon Leistungen > 1 kW erzielen, ein Einsatz von IGBTs macht dann nicht mehr wirklich Sinn. Ein interessantes Projekt wärs aber trotzdem.

Cpt.

*bei den großen Strömen, die ein IGBT kann, aber durchaus mal einen Versuch wert.

pelowski
Hat sich gelöscht

#5 erstellt: 07. Jul 2012, 13:17

Hallo,

ich bin mir jetzt nicht sicher, ob du dir einen "normalen" oder einen Schaltverstärker vorstellst?

Von Toshiba gab es das p/n Pärchen GT20D101/GT20D201.
Die sind ausgezeichnet für Hi-Fi Verstärker geeignet (und wurden auch dafür entwickelt).

Da Toshiba die Produktion eingestellt hat, sind sie nur noch zu recht gesalzenen Preisen
zu bekommen.

http://www.ebay.de/i...&hash=item23145b4b8b

und

http://www.ebay.de/i...&hash=item2567c49d02

Grüße - Manfred

Captain-Chaos
Hat sich gelöscht

#6 erstellt: 07. Jul 2012, 14:50

Hallo *nf-endstufen-bastler*,

IGBTs sind oft teurer als Mosfets. Den IRFP250N z.B. gibts schon recht günstig und damit kann man schon reichlich Leistung machen.
Ein Problem ist oft die Abwärme und die lässt sich am einfachsten über die Fläche ableiten. Deswegen sieht man bei PA-Endstufen auch so viele parallel geschaltete Transistoren(=viel Fläche).

Ich hatte auf

diyaudio mal eine Endstufe mit dem IRFP4310Z gebaut. Die hat soweit funktioniert aber leider war ich zu ungeduldig beim Ruhestrom justieren und habe Mosfets in den Transistorenhimmel geschickt. Die Mosfets machen laut Datenblatt gut 120A, das hat das Netzteil nie im Leben geschafft. Also nehme ich an, dass ich die Gatespannung überschritten habe...
Die restlichen IRFP4310Z habe ich erfolgreich und problemlos in einem Circlotron zum Laufen gebracht

Jetzt würde ich allerdings wegen der Abwärme eher auf den IRFP250N oder den IRFP150N setzen.
Meine Empfehlung für Leistungen über 500Watt entweder class-D,-G oder -H.

Mr.SNT
Stammgast

#7 erstellt: 07. Jul 2012, 15:09

Hallo

von mir aus IGBT, obwohl eher für höhere Spannungen und langsame Schaltzeiten gedacht.

Für einen Schaltverstärker sind MosFets ideal, IGBTs haben deutlich längere Abschaltzeiten und daher ist die maximale Schaltfrequenz begrenzt.

Für einen analogen Verstärker könnten IGBT's möglicherweise ein lineares Verhalten aufweisen, hab ich aber noch nicht geprüft. Letztlich ist jedoch auch das fast egal, da die interne Gegenkopplung bei einer Transistorendstufe so riesig ist, dass fast alle Nichtlinearitäten glatt gebügelt werden.

Also da wäre ich schon eher für einen SiC Transistor, der kann wenigstens noch gehörig heiss werden. Das wäre doch mal was: Klasse-A mit SiC an einem kleinen Kühlblech was dann 200°C heiss wird.

Grüße aus Regensburg

*nf-endstufen-bastler*
Ist häufiger hier

#8 erstellt: 07. Jul 2012, 23:50

Hi

@ Cpt._Baseballbatboy

Genau dahin gehen meine befürchtungen was die "betriebsfestigkeit" der ganzen sache angeht.
Wie plane ich die totzeit ein? Oder ist die gegenben wenn nur unter 90Hz angesteuert wird?

@ pelowski
gemeint ist eine 0/8/15 nf-qausi.kompl endstufe, wie am anfang beschrieben.
>siehe west.host

@Captain-Chaos

nein nein die rede ist von igbt-MODULEN, wie z.b. dem 1MBI600PX-140.

IRF250N verwende ich auch oft im "rudel", aber weil ich eben mal kein "rudel" wollte kam ja der gedanke zu den igbt modulen

@Mr.SNT

IGBTs haben deutlich längere Abschaltzeiten und daher ist die maximale Schaltfrequenz begrenzt.

Nur eben die frage ob sie sich dadurch im gegentaktbetrieb zerstören können.

[Beitrag von *nf-endstufen-bastler* am 07. Jul 2012, 23:51 bearbeitet]

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#9 erstellt: 08. Jul 2012, 08:26

Moin,

*nf-endstufen-bastler* schrieb:

Wie plane ich die totzeit ein? Oder ist die gegenben wenn nur unter 90Hz angesteuert wird?

idealerweise so, dass der untere Transistor erst aufmacht, wenn der obere voll zu ist, und umgekehrt. Ein bisschen shoot-through ist aber zulässig, der Maximalstrom darf halt nicht überschritten werden.

Und mit der maximalen Basisbandfrequenz hat das nichts zu tun. Die Schaltfrequenz ist entscheidend. Die kannst Du natürlich schön niedrig wählen. Wenn Du ein Brickwall-Filter bei 90 Hz einsetzt, reichen 400 Hz Schaltfrequenz. Das ist aber eher nicht der Fall, also müsstest Du höher, mindestens 10x höchste Basisbandfrequenz. Das wäre dann 1 kHz. Ist aber auch doof, weil evtl. hörbar (ich habe so tief nie ausprobiert). Außerdem braucht es dann schon etwas größere Cs. Über 20 kHz sollte aber kein Problem mehr sein.

Cpt.

*nf-endstufen-bastler*
Ist häufiger hier

#10 erstellt: 08. Jul 2012, 09:09

Oh, ui ohhh, .... sorry ein missverständnis.

Mea culpa @ Cpt._Baseballbatboy, hab was ich von dir zitiert habe nicht richtig gelesen. du sagtest ja

Schaltfrequenzen (< 100 kHz)

und ich hab 100Hz gelesen.

Folglich haben wir aneinander vorbei geredet^^
Angedachte endstufe soll klassisch analog arbeiten. Alles soll ganz "plump" bleiben

...auf der website von "walktronics" hab ich die einzigen versuche dazu gesehen..
...würde versuchsweise die module in einen meinen verstärker einsetzen (diese ist sehr ähnlich der von "sound.westhost.projekt3a")

Zurück zum igbt-modul:
>der durchschnittsmosfet den ich verwende hat aber ne schaltzeit von 17ns, wohlbemerkt einschaltdauer sowie ausschaltdauer.
> manche igbt-module haben aber eine turn-on-zeit von 30ns und dabei eine turn-off-zeit von z.b 60ns.
jetzt eben meine befürchtung das wenn das eine "noch" schaltet aufgrund seiner langsamkeit und das im gegentakt arbeitende gegenüberliegende aber schon anfängt zu schalten

...

Mr.SNT
Stammgast

#11 erstellt: 08. Jul 2012, 12:16

Hallo

Für eine analoge Endstufe kannst Du jede Art verstärkender Halbleiter verwenden. Die im Datenblatt angegebenen Schaltzeiten (toff etc.) sind ohne Bedeutung.
Ich selber habe übrigens auch mehrere Schaltverstärker aufgebaut und habe für ein fu von ca 200Hz auch mit niedrigen Schaltfrequenzen experimentiert um für eine gute EMV bei gutem Wirkungsgrad auch relativ langsam schalten zu können. Dabei bin ich bei knapp oberhalb 20kHz ganz gut gefahren. Das Ausgangsfilter ist noch akzeptabel klein und die Schaltverluste auch bei Schaltflanken von etwa 100ns noch sehr gering.

Captain-Chaos
Hat sich gelöscht

#12 erstellt: 08. Jul 2012, 13:19

nein nein die rede ist von igbt-MODULEN, wie z.b. dem 1MBI600PX-140.

Ah, jetzt hab ichs

Heftige Teile, keine Frage. 60nF am Gate klingt nicht gerade agil.
Wenn man einen entsprechend starken Treiber nimmt, der gut mit kapazitiven Lasten umgehen kann, sollte es jedoch machbar sein.
Welche Leistung schwebt Dir denn vor?

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#13 erstellt: 08. Jul 2012, 13:19

Moin,

achso, einen altbackenen Linearverstärker wollst Du bauen. Wie langweilig

Dann verhält sich ein IGBT eigentlich weitestgehend wie ein normaler Bipolarer, nur die Ansteuerung ist halt anders (spannungs- statt stromgesteuert). Weil da relativ große Kapazitäten umgeladen werden müssen, ist die obere Grenzfrequenz natürlich mäßig, aber für Subwoofer sollte das noch reichen.

Die langsame Ausschaltzeit gilt dann übrigens nicht, die ist nur im Schaltbetrieb vorhanden, weil dann der Bipolar-"Anteil" in die Sättigung kommt, und wie jeder bipolare dann halt langsam wird.

Cpt.

*nf-endstufen-bastler*
Ist häufiger hier

#14 erstellt: 08. Jul 2012, 14:25

Danke @Cpt._Baseballbatboy, das wars was ich hören wollte,

Moin,

achso, einen altbackenen Linearverstärker wollst Du bauen. Wie langweilig

Dann verhält sich ein IGBT eigentlich weitestgehend wie ein normaler Bipolarer, nur die Ansteuerung ist halt anders (spannungs- statt stromgesteuert). Weil da relativ große Kapazitäten umgeladen werden müssen, ist die obere Grenzfrequenz natürlich mäßig, aber für Subwoofer sollte das noch reichen.

Die langsame Ausschaltzeit gilt dann übrigens nicht, die ist nur im Schaltbetrieb vorhanden, weil dann der Bipolar-"Anteil" in die Sättigung kommt, und wie jeder bipolare dann halt langsam wird.

Cpt.

Hab es nochmal herausgehoben um die aussage die ja alle meine fragen beantwortet bestätigen zu lassen. (nich` böse sein

)

Grundsätzlich ist es also möglich ein Igbt-modul nach dieser schaltung zu
betreiben wenn der amp nur bis z.b. 90 Hz betrieben wird?

Figure 2 - The "New Improved" Version
...zu "Figure 2 - The "New Improved" Version" scrollen!

@Captain-Chaos Leistung ist egal, nur spielerei. 230/110V Trafo ist noch Da.
also so 150V über alles. Als Treiber hab ich jetzt 2SA1668 und 2SC4382 oder MJE15030/MJE15031 oder auch 2sc5171 / 2sa1930.

@Mr.SNT
Die im Datenblatt angegebenen Schaltzeiten (toff etc.) sind ohne Bedeutung.?
Warum lobpreisen denn dann die verstärkerbauer immer ihre "schnellen" leistungstransistoren?

[Beitrag von *nf-endstufen-bastler* am 08. Jul 2012, 14:27 bearbeitet]

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#15 erstellt: 08. Jul 2012, 15:27

Moin,

*nf-endstufen-bastler* schrieb:

Die im Datenblatt angegebenen Schaltzeiten (toff etc.) sind ohne Bedeutung.?
Warum lobpreisen denn dann die verstärkerbauer immer ihre "schnellen" leistungstransistoren?

weil es "Schalt"-zeiten sind. Wie die sich im linearen Fall verhalten, ist nur lose damit verknüpft. Z. B. schaltet _jeder_ bipolare langsam aus, wenn er in der Sättigung war, im linearen Betrieb kann er trotzdem hohe Grenzfrequenz ermöglichen.

Cpt.

Mr.SNT
Stammgast

#16 erstellt: 08. Jul 2012, 16:03

Hallo

Jeder Transistor hat im Linearbetrieb eines Analogverstärkers mindestens mehrere 100kHz an Bandbreite, also jenseits der maximalen Audiofrequenz. Für höhe Frequenzen müssen allerdings hohe Treiberströme zum Aufladen der Gate-Source Strecke (Mosfet) zur Verfügung gestellt werden. Da diese begrenzt sind, macht sich das in einer Begrenzung der Bandbreite bemerkbar, und zusätzlich in einer Phasendrehung vom Eingang zum Ausgang betrachtet. Da die Gegenkopplung keine großen Phasendrehungen 'mag' haben Hochfrequenzverstärker sehr leistungsfähige Treiberstufen oder sind erst gar nicht gegengekoppelt. Aber wie gesagt, für Audiobetrieb reicht noch der einfachste Transistor als Treiberstufe aus - auch einer aus den 80er-Jahren.

Bei einem Schaltverstärker ist das alles etwas anderes. Um die Gates schnell zu laden und die Schaltzeiten im Sinne eines hohen Wirkungsgrades klein zu halten werden kurzfristig Treiberströme in der Größenordnung von 2A benötigt. Keine Welt aber immerhin. Und diese Gates müssen in etwa 10ns aufgeladen werden. Die Treiber müssen also sehr schnell und niederohmig sein.

Aber: Selbst die billigsten einfachsten Verstärker (solange sie weniger als 1% Klirr haben) beeinflussen den Klang weniger als die Lautsprecher selbst. Worauf man aber massiv achten muss, ist bei billigen Amps das Grundrauschen und das Übersprechverhalten. Alte Schaltungen aus Elektor und alle Chipverstärker sind jedoch meistens ausreichend gut genug für alle DIY Projekte.

Ich kann mir vorstellen, dass die meisten IGBTs Schwierigkeiten bei der Ruhestromeinstellung aufweisen (Vbe multiplier) , da fast alle IGBTS nicht für analoge HiFi Verstärker sondern für Motorsteuerungen entwickelt wurden. >>> Also ich würde normale Bipolartransistoren verwenden.

Grüße

[Beitrag von Mr.SNT am 08. Jul 2012, 16:10 bearbeitet]

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