Class-D Amps: Programmierter Lautsprechertod?

MischaMischer

MischaMischer

"Alles wird repariert...koste es was es wolle"
Bassix
ß3.908
TEIL 1

Hier mal eine Warnung an alle, die - wie ich - von den Class-D-Winzlingen begeistert sind.

ACHTUNG
: Je kleiner die Teile sind, je billiger, umso riskanter. Das war die Zusammenfassung ;-)

GRUNDLAGEN

VOBEMERKUNG: Ich werde nicht über Sound, EQ, Signalaufbereitung schreiben!

Stromversorgung:
Class-D Amps haben normalerweise ein Schaltnetzteil (SMPS) als Stromversorgung... logisch: Macht ja keinen Sinn, 500g Verstärker mit 5kg Trafonetzteil zu paaren.
Ein Schaltnetzteil arbeitet so, dass die Netzspannung gleichgerichtet wird und die entstehenden 330V Gleichspannung mit hoher Frequenz auf +/- 45..65V vür den Amp gewandelt. Diese Art der Spannungswandlung ist durch die technischen Anforderungen an die elektronischen Bauteile wesentlich störanfälliger als ein 50Hz Trafonetzteil und erzeugt jede Menge Störstrahlung, die den Instrumenteneingang beeinflussen kann.

Amp:
Die Betriebsspanung wir mit hoher Grundfrequenz und Signalmodulation durch das Instrumentensignal an den Speaker geschickt. Die hohe Grundfrequenz (300...350kHz!) wird durch ein internes Filter etwas im Pegel reduziert und im Wesentlichen durch die Induktivität des Speakers ausgefiltert und ist nicht hörbar (ausser in einem Mittelwelle-Radio in der Nähe der Lautsprecherleitung!)
Auch hier sind die technischen Anforderungen an die elektronischen Bauteile wesentlich höher als bei Linear-Amps (egal ob Transistor- oder MOSFET-Amp)

Da die Arbeits-Frequenzen über 1000 Mal grösser sind, können Trafos viiiiel kleiner und leichter gebaut werden als bei herkömmlicher Technik. Aber: Es ist wesentlich leichter für den Hersteller, durch billige, technisch schlechtere Bauteile auf Kosten der Lebensdauer Geld zu sparen. Als Konsequenz ist - so meine eigene Erfahrung als Elektroniker und Reparateur - die Ausfallrate der Class-D Verstärker wesentlich höher als bei alter Technik.

Ein Wermutstropfen bei der Class-D-Technik ist dass oft Interferenzen zwischen der Taktfrequenz des SMPS und des AMPs gibt, die oft Störungen auf den Instrumenteneingang induzieren (ausser bei synchroner Technik wie bei PEAVEY TNT/TKO 115 Tour eingesetzt).

Aber hier kommt die eigentliche Warnung:

DEN KLEINEN, BILLIGEN AMPS FEHLT EINE LAUTSPRECHER- ABSICHERUNG gegen DC!
Obwohl sie oft behaupten, eine solche zu besitzen.

FOLGT: TEIL2
 
MischaMischer

MischaMischer

"Alles wird repariert...koste es was es wolle"
Bassix
ß3.908
TEIL2

Hier eine kleine TECHNISCHE ERKLÄRUNG

2092.png



Das ist der Schaltplan von ALLEN auf dem Markt befindlichen Class-D-Verstärkern.
Egal ob 200W Trace Elliot ELF oder 2000W Bugera Veyron 1001!
Der einzige Unterschied sind die MOSFET T1 und T2, der Rest ist praktisch identisch. Die Schaltung in dem roten Rahmen ist die Schutzschaltung des AMP.
ALLE mir bekannten Class-Ds auf dem Instrumentalmarkt arbeiten auf Basis des IC IRS2092 nach einer Applikation von International Rectifier von ca. 2006.
Diese Applikation wurde eigentlich dafür hergestellt, die herstellereigenen MOSFET zu verkaufen ;-) Aber innerhalb kürzester Zeit erschienen in China die ersten Fertig-Module und kurz darauf die (fast) identische Schaltung in Instrumentenverstärkern.

Das IC1, IRS2092 hat zwar interne Schutzfunktionen, aber die schützen eben nur das IC1 selber.
Die Schutzbeschaltung stoppt die Funktion des IRS2092 wenn
- die Temperatur zu hoch wird
- die Betriebsspannung zu gering wird oder eine der beiden Betriebsspannungen ausfällt
- DC-Spannung am Ausgang (Lautsprecher) anliegt*)

*) Genau deshalb behaupten viele Amps, ein DC-Schutz sei vorhanden.

FOLGT TEIL3
 
Zuletzt bearbeitet:
MischaMischer

MischaMischer

"Alles wird repariert...koste es was es wolle"
Bassix
ß3.908
TEIL3

TOD DEM LAUTSPRECHER?

Dieser DC-Schutz funktioniert aber nicht, wenn einer der MOSFETS T1 oder T2 durchbricht, was nicht wirklich selten passiert!
Denn dann schaltet zwar das IC IRS2092 aus, dem MOSFET ist das aber egal und er schaltet weiter 45...60V auf den Lautsprecher, dem das nicht gefällt und der das nur für ein ca. 20 Millisekunden aushält.

Die altmodischen Freischaltrelais - die bei traditionellen Verstärkern üblich waren, spart man sich heute oft, weil gross und "teuer". Obwohl genau das die Kosten für einen neuen Speaker sparen könnten!

Für kleine Gigs ist es leicht, zwei der MINI-Verstärker mitzunehmen und bei Ausfall einfach umzustecken.... aber wenn der Speaker durchbrennt ist selten schnell Ersatz da!


GUTE DC-ABSICHERUNG
(Beispiele):

CARVIN CX500
IBANEZ PROMETHEAN

KEINE AUSREICHENDE DC-ABSICHERUNG
(Beispiele):

TC BH250 u. Familie
TRACE ELLIOT ELF


Woher weiss ich, ob mein AMP eine ausreichende DC-Absicherung hat:

  • Lautsprecher abklemmen
  • Instrument abklemmen
  • Netzspannung einschalten
  • Am Gehäuse hören, ob es nach 3-5 Sekunden klackt. Ein schwacher Klick gilt nicht.... den gibt es bei einigen Class-D Amps auch durch elektronisches Zuschalten des Netzteils
  • Nach 10 Sekunden Netzspannung wieder Abschalten.... Gleich im Moment des Abschaltens klackt es wieder!


Hoffe, das hilft jemandem, zukünftigen Ärger zu vermeiden.


Gruss
MichaMischer
Aktuell noch mit BH250, bis der Promethean repariert ist ;-)
 
cfortner

cfortner

Well-Known Member
Bassix
ß64.058
Wow! Danke für die Info!

Eigentlich denkt man ja, dass alle Amps heute alle üblichen Sicherungen haben. Dass dem nicht so ist, hätte ich nicht für möglich gehalten.

Kann man eine DC-Sicherung nachrüsten? Sind ja ausser dem Relais nur ein paar Bauteile.

Idee: Einen DC-Schutz im Speaker-Kabel! Die Betriebsspannung bekommt er aus dem Signal oder aus dem DC, keine eigene Stromversorgung notwendig.

@lazarus_04 ? Geht so etwas?
 
aBaxxi

aBaxxi

viel Freude!
Bassix
ß25.317
  • Am Gehäuse hören, ob es nach 3-5 Sekunden klackt. Ein schwacher Klick gilt nicht.... den gibt es bei einigen Class-D Amps auch durch elektronisches Zuschalten des Netzteils
  • Nach 10 Sekunden Netzspannung wieder Abschalten.... Gleich im Moment des Abschaltens klackt es wieder!

Was knackt denn da und warum?
Und vielen Dank für deine ausführliche Info!
:bier:
 
MischaMischer

MischaMischer

"Alles wird repariert...koste es was es wolle"
Bassix
ß3.908
Wow! Danke für die Info!
Eigentlich denkt man ja, dass alle Amps heute alle üblichen Sicherungen haben. Dass dem nicht so ist, hätte ich nicht für möglich gehalten.
Kann man eine DC-Sicherung nachrüsten? Sind ja ausser dem Relais nur ein paar Bauteile.
Idee: Einen DC-Schutz im Speaker-Kabel! Die Betriebsspannung bekommt er aus dem Signal oder aus dem DC, keine eigene Stromversorgung notwendig.
@lazarus_04 ? Geht so etwas?
Natrlich kann man sowas nachruesten.... aber nicht in den Mini-Zigarrenkisten. Die Spannung aus dem Signal geht so nicht.... aber Du kannst das z.B. in eine Effekt-Box bauen mit 9V Betriebsspannung. Allerdings ist das nicht ganz unproblematisch, denn wenn Du das Teil nicht an die Hauptbetriebsspannung klemmst und mit einem "standby"-Signal verknuepfst, kann es passieren, dass Du schon mal volle Pulle losspielst und versehentlich alles auf 17 Uhr stehen hast..... dann schaltet das Relais evtl. zu, wenn Du volle Pulle Dampf auf die Speaker gibst. Sollte technisch kein Problem sein, aber ich wuerde das gerne vermeiden ;-)
 
MischaMischer

MischaMischer

"Alles wird repariert...koste es was es wolle"
Bassix
ß3.908
@MischaMischer: Welchen Promi hast du? Was ist kaputt?
P500H. Da muss mal die Spur irgendeines Getraenks oder andere Flüssigkeit reingelaufen sein (nein, kein Kondensator"saft" ;-) . Man sieht leichte Spuren davon. Daraufhin ist scheinbar unter Spannungseinfluss ein Beinchen des Optokopplers abkorrodiert, der das Rueckkopplungssignal der SMPS Spannungsregelung liefert. Deshalb stieg die Spannung von +/-60V auf +/- 80V an. Beide Schalttransistoren im SMPS sind durchgegangen. Die Ersatzteile sind da, es fehlt die Zeit.
 
TheBass

TheBass

Well-Known Member
Bassix
ß75.943
Sehr interessante Einblicke. Allerdings gebe ich zu bedenken, dass Schaltnetzteile heutzutage Linearnetzteile (nicht nur) in der Leistungselektronik eigentlich vollständig verdrängt haben. Zum einen wegen der wesentlich höheren Leistungseffizienz und damit auch deutlich geringeren Verlustwärme, sondern auch wegen geringeren Gewichts, Baugröße und Kosten. Daher darf man annehmen, das deren Konstruktion mittlerweile als ausgereift gelten darf. Ich muss zudem auch feststellen, dass ich schon einige "Eisenschweine" mit defektem Linearnetzteil (in der Regel hatten die dicken Ladeelkos einen Spannungsdurchschlag), aber noch keinen einzigen Amp mit defekten Schaltnetzteil hatte. Das sind die Amps, die sich dann mit infernalischem Brumm verabschieden. Eine durchgeknallte Seite Leistungshalbleiter kommt bei analogen A/B-Endstufen auch gerne immer mal wieder vor. Da bekommt der Speaker dann die volle Gleichspannung von einer Netzteilseite, was in der Regel dann den Exitus des Speakers bedeutet. Bei Class D oder Amps mit Schaltnetzteilen hatte ich das bisher noch nie. Allerdings neige ich auch eher zu Amps mit irrwitzigen Leistungsreserven, was bei Class D Amps ja auch fast nichts kostet. Die drehe ich aus Dynamikgründen dann zu maximal 30-40% auf, was lautstärkemäßig immer noch deutlich mehr als genug ist und den Amp in der Regel dann gerade mal handwarm werden lässt. Resultat: bessere Dynamik, bessere Sound und vermutlich auch eine deutlich höherer Lebensdauer des Amps.
 
TheBass

TheBass

Well-Known Member
Bassix
ß75.943
Ah, du meinst in etwa so?

Anhang anzeigen 448487

Das war vor gut 5 Jahren, aber kein Problem, die Kiste läuft nach wie vor. Robustes Teil. Oder einfach nur Schweineglück. :bier:
Wasser ist eigentlich kein grosses Problem, sobald es wieder vollständig verdunstet ist. Das Problem sind die getrockneten Kalk- bzw. Mineralrückstände auf der Platine. Die sind nämlich leitend.

NB: Hochreines, destilliertes Wasser leitet noch nicht einmal Strom. Kommt in der Natur nur fast kaum vor.
 
MischaMischer

MischaMischer

"Alles wird repariert...koste es was es wolle"
Bassix
ß3.908
Wasser ist eigentlich kein grosses Problem, sobald es wieder vollständig verdunstet ist. Das Problem sind die getrockneten Kalk- bzw. Mineralrückstände auf der Platine. Die sind nämlich leitend.

NB: Hochreines, destilliertes Wasser leitet noch nicht einmal Strom. Kommt in der Natur nur fast kaum vor.
Aus Erfahrung passieren solche Missgeschicke nicht mit Wasser sondern mit Flüssigkeiten, bei denen man auch nicht argumentieren kann "aber Alkohol verdampft doch schnell" ;-) Es sind die "Zusatzstoffe" wie Du schon anmerkst ....
 
MischaMischer

MischaMischer

"Alles wird repariert...koste es was es wolle"
Bassix
ß3.908
...Daher darf man annehmen, das deren Konstruktion mittlerweile als ausgereift gelten darf. ...
Hi @TheBass : Ich hab trotz meines kurzen Alters hier im Forum schon mitbekommen, dass wir beide ähnlichen technischen Hintergrund und ähnliches physiologisches Alter haben ;-)
Freut mich

Ich habe ja bewusst geschrieben, dass es leichter ist, mit Müll (Bauteile, Design) bei Schaltnetzteilen durch Kosteneinsparung geplante Obsoleszenz umzusetzen. Nicht dass die Technik an sich schlecht ist.
Wenn Du von Gleichspanung am Speaker schreibst, ist das genau was ich bemängele: Dass ein Schutzrelais fehlt und das war damals so und ist heute noch genauso.
Bei den "alten" Verstärkern finde ich nach einem Baujahr 1990 keinen ohne LS-Schutzrelais, ausser jenen, wo es wirklich nicht nötig ist (integrierte Endstufen mit aktiver Strombegrenzung). Einfach weil dessen Baugrösse einfach nichts ausmacht.

"Alte" Netzteile sterben an Kondensator-Altersschwäche, "neue" and Billigkondensatoren-ESR, knappe Spannungsauslegung der HV-Kondensatoren, schlechter Filterauslegung, dünnem Draht in den Filterbauteilen, schlechter thermischer Auslegung, knappe Spannungsfestigkeit der MOSFET.

Wenn man bei "alten" AMPs thermisch nicht ganz sicher war, hat man ein Kilo mehr Aluminium-Kühlkörper eingebaut.
Oder einen weiteren Endstufentransistor parallelgeschaltet.
Passt ja heute nicht mehr rein.
Heute nimmt man einfach stärkere Ausgangs-MOSFET ohne die Gatebeschaltung dementsprechend zu optimieren.

Vom Schaltungsdesign waren die ersten Class-D-Amps von Peavey genial: Die haben die Frequenzaufbereitung für SMPS und AMP gemeinsam benutzt und hatten keinerlei Intermodulation der Hochfrequenzen, wie das derzeit bei einigen Modellen Class-C bemängelt wird und was einfach daher kommt, das Schaltungen ohne viel zu überlegen einfach abgekupfert und zusammengestoppelt werden. Und wenn der Entwickler nicht genau versteht, was da passiert (passieren kann) wird schnell was "überflüssiges" eingespart
Heute wird gespart an allen Ecken und Enden: Netzfilter, Tiefpass am Lautsprecherausgang, Lautsprecherschutz.

FRUST AN
Und ich will gar nicht davon Reden, wie heute mit Leistungen gelogen wird weil man Leistung nicht mehr am Gewicht (des Netztrafos) messen kann)
FRUST OFF

Ich wollte hier keine Lanze GEGEN Class-D brechen.... ich bin ja auch begeistert davon, meine Anlage in der Laptoptasche herumzutragen - ich wollte nur auf die Gefahr fehlender LS-Schutzrelais hinweisen, zumal in Produktbeschreibungen dazu oft geschwindelt und meist geschwiegen wird!
Sogar bei fast allen Produktkritiken in diesem Forum!
Und es ist soooo leicht für JEDEN Nutzer, diesen Mangel festzustellen.

PS.: Bei den aktuell verwendeten Class-D-Schaltungen hilft ein Unterlastbetrieb wenig gegen Ausfälle... die Schaltverluste in den MOSFET sind nicht geringer, lediglich die Leitverluste in den MOSFET, in CMC und im Ausgangsfilter. Und selbst ohne EIngangssignal wird im Ausgang immer die volle Betriebsspannung geschaltet.
Und Betrieb ohne Lautsprecher / Mindestlast habe sie auch nicht so gerne (Schwingneigung)
 
whitewater

whitewater

Well-Known Member
Bassix
ß43.609
Ok, technisch kann ich dem folgen, auch den Frust verstehe ich absolut. Aaaaaber, wie relevant ist das in der Praxis? Das schöne Internet ist ja, wenn es irgendwas ist, erstmal ein immenser Resonanzkörper. Ich würde erwarten, daß bei spätestens 10 evidenten Anekdoten für dieses Phänomen die ganze Community brummen täte. Und wenn bei den Eisenschweinen immer noch die ehrenwerte Betagtheit des Gerätes an sich oder wenigsten der Konstruktion, mindestens aber der Vintagesound Alles entschuldigen, wäre doch bei den kleinen Digis in jedem Fred zur Anschaffung eines Amps eine warnende Stimme zu erwarten die statt desses sicheren Schutz der edlen Pappen durch induktive Kopplung empfiehlt.
 
bassdscho

bassdscho

Well-Known Member
Bassix
ß43.825
Woher weiss ich, ob mein AMP eine ausreichende DC-Absicherung hat:

  • Lautsprecher abklemmen
  • Instrument abklemmen
  • Netzspannung einschalten
  • Am Gehäuse hören, ob es nach 3-5 Sekunden klackt. Ein schwacher Klick gilt nicht.... den gibt es bei einigen Class-D Amps auch durch elektronisches Zuschalten des Netzteils
  • Nach 10 Sekunden Netzspannung wieder Abschalten.... Gleich im Moment des Abschaltens klackt es wieder!

Vielen Dank erst mal für deinen hilfreichen fachkundigen Hinweis.

Hab das gerade mal so bei meinem Harley Benton Block 800B getestet:

Eine Sekunde nach dem Einschalten kommt ein Doppelklackgeräusch und nach dem Ausschalten sofort ein "einfaches" Klackgeräusch.

Bin ich hiermit auf der sicheren Seite?
GUTE DC-ABSICHERUNG (Beispiele):

CARVIN CX500
IBANEZ PROMETHEAN

KEINE AUSREICHENDE DC-ABSICHERUNG (Beispiele):

TC BH250 u. Familie
TRACE ELLIOT ELF

Ich finde das ja äußerst interessant besonders für "Neu-Käufer".
(Mein HB ist eh schon da und bleibt auch.)

Wenn ich das vorher wüsste, sehr hilfreich.
Infolgedessen: Die Liste könnte durchaus vervollständigt werden.
....to be continued....
 
Stratitis

Stratitis

Erklärbär und Simulant :-)
Mich wundert eigentlich, wo es da in dem HB 800 klickt. Laut Schaltplan gibt es im ganzen Gerät kein Relais. Auf dem ICE-Modul ist auch keins. Allerdings möchte ich in Punkto Betriebssicherheit hier mal eine Lanze für die IcePower-Module brechen. Auch hier ist es ja ein integriertes Endstufen / Netzteilkonzept. Im Falle eines Fehlers wird hier gleich das ganze Netzteil abgeschaltet. Hier greifen mehrere Überlastschutzmaßnahmen ineinander. Das Risiko, dass durch eine ICE-Power-Endstufe ein Speaker gehimmelt wird, ist geringer als der Ausfall eines Trennrelais einer konventionellen Endstufe.
Wenn da ein Speaker stirbt, dann weil er die Leistung des Amps nicht vertragen hat :-)
Da die Module ja auch im Professional-Audio-Bereich und in diversen High-End-Amps verbaut werden, kann man sich hier unterdimensionierte Mosfets und Billig-Elkos nicht leisten.

Problematisch ist es mit Class-D-Modulen dann, wenn man sich was aus verschiedenen Komponenten zusammenbastelt. Die DC-Protection der Enstufe muss im Fehlerfall auch für einen Shutdown der Stromversorgung führen. Wenn die nicht abgeschaltet wird, bietet sie keinen Schutz bei defekten Endstransistoren. Für die kleinen Chinakracher, die man für ein paar Euro bei EBAY kaufen kann, würde ich da keine Hand ins euer legen. Die B&O-Module hingegen keine ich seit vielen Jahren und sie haben sich bisher immer als absolut zuverlässig erwiesen. Sie sind ja auch nicht für den Bastlermarkt erhältlich. Bei etlichen IcePower-Modulen, die aus China angeboten werden, bin ich mir nicht mal sicher, ob es sich hier nicht um Markenpiraterie handelt. IcePower.dk verkauft NICHT an Endkunden.
 
bassdscho

bassdscho

Well-Known Member
Bassix
ß43.825
Danke für den Hinweis @Stratitis !

Dann bin ich ja happy, dass die Sicherheit bereits auf dem Endstufenmodul mitintegriert ist. :great:

Was das Klacken anbelangt: Das ist nicht besonders laut aber merkbar.
Kannst Du ja mal beim nächsten Umbau nochmal drauf achten, ob die anderen HB's das auch haben. ;-)
 
Talisker

Talisker

No religion! Except for Bad Religion!
sicheren Schutz der edlen Pappen durch induktive Kopplung empfiehlt
Apropos: Einen sicheren Schutz der angeschlossenen Lautsprecher erreicht man übrigens durch kapazitive Kopplung, vulgo Kondensatorkopplung. Völlig passiv, wartungsfrei, preiswwert und nachrüstbar. Denkt bloß keiner dran... ganz offensichtlich.
 

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