Reparatur Class-D Verstärker NOVA Lautsprecher

[enebk]

Hallo,
ich habe aktuell zwei (semi-)professionelle Lautsprecher der Firma NOVA (Modell L12A, Produktionsjahr 2012) auf der Werkbank liegen. Sollen 400W RMS haben, verbaut ist ein TDA8954TH (auf der Platine steht aber nur 200W... naja).

Bei beiden hat sich auf der Primärseite den Schaltnetzteils die Diode (Typ S2M) der Entmagnetisierungswicklung verabschiedet (soweit ich das hier sehen kann ist das ein Eintaktflusswandler).
Auf einer Platine von selbst ausgelötet (Lautsprecher "heiß" abgestellt und vom Ständer genommen -> Diode ist abgefallen -> Lautsprecher ging nicht mehr an).
Bei der anderen Box hat die Diode auf noch etwas Platine in Kohle verwandelt (die beiden fliegenden Dioden sind original so).

Kann es sein, dass die Diode generell zu langsam ist? Oder habt ihr einen anderen heißen Tipp für mich? Die großen Elkos (primär/sekundär) sind soweit unauffällig. PWM Controller ist ein TL3842P (500 kHz).

[ferdimh]

Die Tatsächliche Schaltfrequenz hängt von der Beschaltung des UC3842 ab. Hier in der Fräse taktet er auf 500 Hz...
500 kHz sind lediglich ein sehr theoretisches Maximum.
Der UC3842 taugt weiterhin primär für Sperrwandler; für einen Gescheiten Flußwandler fehlt auch die ernsthafte sekundärseitige Drossel. Also iist dieses Ding also entweder eine Fehlkonstruktion ohne wirkliche Regelbarkeit oder ein Sperrwandler (was bei der Leistung auch eine Fehlkonstruktion wäre).
Eine PFC vermisse ich auch.

An der Pinbelegung vom Trafo vermisse ich genug unabhängige Pins um eine Entmagnetisierungswicklung anzuschließen (außer pins 2+3 gehen an + vom Zwischenkreis, dann könnte es gehen).

Ich denke, hier sollte man erstmal den Leistungsteil vollständigstmöglich rauszeichnen und dann weiterdiskutieren, was das eigentlich gewesen sein soll.

[enebk]

Stimmt, man sollte sich das Datenblatt schon weiter als nur das Deckblatt anschauen
Schaltung kommt noch. Mal schauen ob es dann eine Fehlkonstruktion ist und sich die Arbeit lohnt oder man direkt einen neuen fertigen Baustein einsetzt (vielleicht mit DSP...)

[Bastelbruder]

Ein ungeregelter Durchflußwandler wäre auch noch eine Möglichkeit, der bräuchte keine Speicherdrossel.
Hier handelt es sich mit elfundneunzigprozentiger Sicherheit um einen Sperrwandler, es ist eine Regelung der Ausgangsspannung (Poti, 431, Optokoppler) vorhanden und ein Snubber den der Durchflußwandler nicht bräuchte. Daß die Snubberdiode abraucht könnte an erhöhtem Innenwiderstand der Ausgangskondensatoren liegen. Auf jeden Fall muß das Schwarze restlos runter von der Platine und eine neue Diode rein. S2M ist eine normale Gleichrichterdiode mit 2 Ampere und 1000 Volt, die ist beim Einschalten schnell genug, es geht hier eigentlich nicht um schnelles Ausschalten. Trotzdem könnte auch letzteres zu starker Erwärmung geführt haben.

Warum hat der Transistor keinen Kühlkörper? War da wieder mal ein Mosfetkiller und Schaltzeitoptimierer an der Täte, der einen "besseren" Transistor mit viel geringeren Kapazitäten so heftig ansteuert daß der zwar kalt bleibt und dafür die Streuinduktivität des Trafos allein dem Snubber überläßt?
Vielleicht könnte ein Kondensator mit 1 nF die Anstiegsflanke so weit verlangsamen daß man garkeinen Snubber braucht? Zu Zeiten der bipolaren Wandlertransistoren hat man solche Tricks genutzt und als "Trapez-Wandler" verkauft.

[enebk]

Die Kohle wird natürlich entfernt (ist gut leitfähig).
ESR der Kondensatoren ist nicht messbar, zumindest nicht für diesen bekannten Transistortester. Genauere Messwerkzeuge habe ich in diesem Bereich leider nicht, Kapazität ist im Toleranzbereich.
Ein Kühlkörper für den Transistor (Infineon 9R500C) ist vorhanden, hatte ich nur bereits ausgelötet.
Schaltplan kommt so schnell wie möglich.

[Fritzler]

Hat schon was: 400W Lautsprecher mit 200W Platine und auf dem Wandlertrafo steht 100W
Das sieht eher so aus als würde es dann irgendwas anderes sprengen wenn du da ne dickere Diode verbaust.
Aber: Der SMD Diode kanns auch einfach zu warm geworden sein, die ist da gut eingebaut zwischen dem warmen Schalttransistor und dem Wandlertrafo.
Wenn der Entwickler jetzt die Tc=25°C Ptot des Datenblatts genommen hat dann wird die zu warm.
Kannst ja mal gucken ovs eine Diode in TO220 gibt mit den selben Daten.

[ferdimh]

Der 100W-Trafo für den 200W-Amp ist das einzige, was hier halbwegs ok ist (ok, im Sperrwandler eigentlich schon nicht mehr):
Der Flußwandler ist nur thermisch begrenzt. Da die meiste Mucke kein Dauersinus ist, und die maximale Leistung in der Regel in einem Frequenzbereich auftritt, bei dem die Lautsprecherimpedanz deutlich über der Nennimpedanz liegt, ist eine Unterdimensionierung der thermisch trägen Trafos (Egal ob 50 Hz oder 50 kHz) durchaus akzeptabel.
Sperrwandler unterdimensionieren geht halt schief, weil der Trafo in Sättigung rennen kann.
Die S2M sieht mir wie eine etwas getunte 1N4007 aus. Wenn die Schaltzeiten ähnlich der hier mal getesteten 1N4003 sind, erwarte ich, dass sich diese Diode durchaus signifikant erwärmt.
Wenn jetzt der Wandler an der Kotzgrenze läuft (und Trafo an der Sättigung kratzt), wird natürlich entsprechend mehr Energie in den Snubber gepumpt. Vermutlich steigt die Erwärmung dieser Diode daher überproportional stark mit der Last an. Wenn jetzt also mit diesen Kisten der nächste Gabber Megarave abgehalten wird, dann gibt die vermutlich recht schnell nach. Was etwas schneller schaltendes (am Besten auch noch mit mehr Kühlfläche!) wäre schon nicht verkehrt, finde ich. Aber eigentlich kommt mir das ganze Ding zu klein vor.

[Bastelbruder]

Die Diode ist definitiv etwas mehr als eine 4007, das funktioniert aber tatsächlich bloß, wenn die Wärme weg kann. Und an der Stelle hapert's gewaltig.
Wenn also eine UF4007 oder ähnlich verfügbar ist, und selbige mit etwas längeren Beinen eingebaut wird - dann sollte das funktionieren.

[E_Tobi]

Hat man an D7 die Eigenversorgungs-Wicklung mittels Serien-Zener nachträglich um ein paar Windungen abgewickelt?

Snubber-Dioden sind meiner Erfahrung nach gerne für EMV-Ärger gut, von da her würde ich vielleicht beim Einsatz einer anderen Diode evtl. testen ob der D-Amp nebenan noch ungestört tut was er soll (rauschen, pfeiffen, etc., auch beim Betrieb mehrerer der Lautsprecher nebeneinander), oder evtl. die originale Diode nehmen und nur versuchen die Kühlung zu verbessern.

[enebk]

Hallo,
ich hab die Schaltung Primärseitig mal aufgemalt. Die Werte vom Trafo sind nur als grobe Orientierung da, der Transistor Q2 hat den SMD Code "L2", ich vermute ein PNP, ist hier nur in der Draufsicht dargestellt.

Muss mal ins Bauteillagen schauen, welche Diode als Ersatz passen könnte. Kann für die jetzt auch genug Platz machen bzw. als bedrahtete Variante auf die Platinenrückseite setzten. Da gibt es keinen Kühlkörper welcher zusätzlich einheizt Weitere defekte Bauteile habe ich noch nicht gefunden.

--
Schaltplan aktualisiert

[Bastelbruder]

Das k am Gate-Vorwiderstand ist vermutlich geklaut.

Im Datenblatt des 3842 wird eine 1N4937 "fast rectifier" als Snubber vorgeschlagen. Kann zwar bloß 600 Volt, paßt aber zum Leistungsschalter mit 900 V - da sind ja noch 300 V Betriebsspannung.

Der unbekannnte Transistor dürfte für "Sanftanlauf" vorgesehen sein, siehe Abbildung 24 im Datenblatt.

[enebk]

Wahnsinn, löst du solche Aufgaben im Schlaf?
Richtig, das k muss weg. 47 Ohm ist als Gatewiderstand vorgesehen.

[ferdimh]

Da muss noch was kaputt sein. Wenn die Diode fehlt, läuft das Ding weiter, bis der MOSFET abfackelt (was irgendwas zwischen 1 Periode und ner Stunde dauern dürfte). Da das Ding vermutlich nicht zu dir gekommen ist, weil jemand reingeguckt hat, sondern, weil es nicht mehr gegangen ist, muss da noch was anderes verreckt sein. Normalerweise nimmt der sterbende Snubber den MOSFET mit, der MOSFET nimmt den 3842 und evtl Shunt und Gleichrichter mit, und dann ist Ruhe.

[berferd]

War da wieder mal ein Mosfetkiller und Schaltzeitoptimierer an der Täte, der einen "besseren" Transistor mit viel geringeren Kapazitäten so heftig ansteuert daß der zwar kalt bleibt und dafür die Streuinduktivität des Trafos allein dem Snubber überläßt?
Vielleicht könnte ein Kondensator mit 1 nF die Anstiegsflanke so weit verlangsamen daß man garkeinen Snubber braucht? Zu Zeiten der bipolaren Wandlertransistoren hat man solche Tricks genutzt und als "Trapez-Wandler" verkauft.

Kannst Du dazu den Hintergrund kurz skizzieren? Snubber kenne ich v.a. von Triacs, futtert die Spikes weg, um die dV/dt unter dem kritischen Bereich zu halten damit das Ding nicht von selbst durchzündet. Was passiert aber im vorliegenden Fall genau? Wie kann sich die Streuinduktivität auf den Snubber auswirken? Streuinduktivität verringert doch m.W. v.a. die Kopplung zwischen den Wicklungen, wie wirkt sich das auf den Snubber aus? Oder meinst Du die Selbstinduktion, die bei scharfen Flanken entsprechende "Tritte" hoher Spannung austeilt, so dass man die Spule besser nicht so steilflankig ansteuern sollte?
Entschuldigt meine Unwissenheit auf dem Gebiet, bin (noch) nicht so der Schaltnetzteilexperte...

[Bastelbruder]

Allein die in der kunstvoll zu beschreibenden Streuinduktivität gespeicherte magnetische Energie muß verrnichtet werrden!
Ohne Streuinduktivität würde das Magnetfeld (auch der Zuleitungen, speziell sekundär) allein im Ausgangskondensator enden, ohne Überschwinger auf der Primärseite.

Es könnte tatsächlich sein daß der Wandler bloß deshalb nicht mehr wollte weil strukturelle Bestandteile der Platine zu Kohle mutiert sind.

Wenn man den MOSFET und seine Ansteuerung sauber dimensioniert, läßt sich ein Snubber vermeiden indem der Spannungsanstieg durch nicht allzuschnelles Abschalten im Transistor verbraten wird. Ich hatte das Bild mit Bestückungsaufdruck Kühlkörper und den Transistor ohne selbigen vor Augen.

[enebk]

Weitere defekte Bauteile habe ich noch nicht gefunden

Muss ich revidieren, hätte eher schreiben sollen "keine auf den ersten Blick defekte Bauteile"
Neben der Diode ist die Sicherung, der MOSFET und vermutlich der Schaltregler-IC hinüber. Gleichrichter und Shunt sind in Ordnung.

Den Schaltplan habe ich aktualisiert, siehe Beitrag oben (LINK). C6 kurz ausgelötet und vermessen (4,7nF), laut Datenblatt vom TL3842 taktet der IC also mit 50kHz.

[E_Tobi]

Dann denke ich dass ferdimh mit seiner Vermutung recht hat. Snubber ging als erstes kaputt, draufhin geht der FET bei jedem abschalten in Avalanche und zerlegt sich innerhalb kürzester Zeit.

Wenn man den MOSFET und seine Ansteuerung sauber dimensioniert, läßt sich ein Snubber vermeiden indem der Spannungsanstieg durch nicht allzuschnelles Abschalten im Transistor verbraten wird.

Korrigiere bitte wenn ich falsch liege, aber die Geschwindigkeit mit der der Strom kommutiert ist mMn. eigentlich kaum von der Ansteuerung des FET abhängig.
Das passiert ja erst wenn der Spannungsanstieg über D/S komplett fertig und der FET schon aus ist, der Strom der bis da hin noch durch den FET fließt, fließt in die D-S-Kapazität und nicht, oder nur noch kaum, durch den Kanal. Die Zeit in der ein Gatevorwiderstand Effekt hat, auf dem Plateau, ist dann aber schon vorbei, und hat, bei langsamer Ansteuerung, dann aber schon zusätzliche Verluste verursacht, die mit der in der Streuinduktivität gespeicherten Energie noch nichts zu tun hatten.
Von da her würde ich vermuten dass, vor allem in der Leistungsklasse, eine schnelle Ansteuerung des FET, verbunden mit einem Snubber, die bessere Lösung ist... Oder

Wobei hier aber der Trafo anscheinen schon recht suboptimal gewickelt ist, gemessen an den drei nötigen (Edit: und auch schon verfärbten) 2W-Widerlingen im Snubber. Mein letzter Sperrwandler mit 80W kam problemlos mit einem von denen aus...

[ferdimh]

Naja, das Plateau ist verursacht durch Cgd.
Nämlich durch den Anstieg von Uds...
Wenn man die Ansteuerung also hochohmig genug macht, kann man das Gateplateau verlängern, bis alle Energie aus der Streuinduktivität abgebaut ist.
Das Verlassen auf Cds birgt den Haken, dass selbige bei steigender Uds massiv sinkt.
Auf welchem Weg wir die Energie in der Streuinduktivität abbauen, ist ziemlich egal. Ich mag Energie, die in Widerständen anfällt, weil sie dort besser abzuführen ist, als aus einem halb gesperrten Leistungsmosfet. Wenn wir es aber übertreiben, wird auch noch die Energie aus den Leiterbahnen zum MOSFET relevant.
Die massive Energie, die im Snubber (oder wo auch immer) verschwindet, würde ich auf Unterdimensionierung des Trafos/Überlast zurückführen:
Die Streuinduktivität hat kein Eisen, und geht damit nicht in Sättigung. Wenn wir also den Primärstrom erhöhen, steigt die Energie in der Streuinduktivität brav weiter mit 1/2 LI², während die auf die Sekundärseite geschaffte Energie deutlich langsamer zunimmt.
Wenn man jetzt also die Strombegrenzung "sportlich" einstellt, kann man viel Energie in die Streuinduktivität des Trafos pumpen und danach in Widerständen verheizen. Gerade nachgeguckt: zu dem verbauten 100mΩ-Shunt gehören 12A Spitzenstrom(!!!). Ich erwarte, dass der Trafo spätestens bei 2A Primärstrom sättigt, die restlichen 10A tragen nur noch zur ver36fachung der in der Streuinduktivität gespeicherten Energie bei.

[Bastelbruder]

Natürlich ist der Snubber die Energiespar-Ausführung, aber mit weniger Ansteuerung geht das auch. Die Streu-Energie wird während des Miller-Plateaus abgebaut, dort findet die Umschaltung des in der Speicherdrossel fließenden Spitzenstroms vom FET auf den Ausgangsgleichrichter statt.

[E_Tobi]

Die Streu-Energie wird während des Miller-Plateaus abgebaut, dort findet die Umschaltung des in der Speicherdrossel fließenden Spitzenstroms vom FET auf den Ausgangsgleichrichter statt.

Kannst du das genauer ausführen? Nach meinem Verständnis ist der Vorgang so:
Ugs sinkt -> Kanalwiderstand steigt -> Uds fängt an zu steigen -> Cdg erzeugt Miller-Plateau (hier hat der Gatewiderstand Effekt) -> Uds steigt bis auf Sekundärseite die Schwellspannung der Diode erreicht ist -> in dem Moment kommutiert der Strom in die Diode und gleichzeitig endet der Anstieg von Uds und ebenso das Plateau -> Ugs sinkt nahe 0.

Wie schnell der Strom kommutiert hängt dann von der Sekundärseite ab, z.B. dem Bahnwiderstand der Gleichrichterdiode, der FET ist in dem Moment bereits fast gesperrt mit Ugs im Bereich von Ugs, th. Die Höhe der Spannungsspitze auf der Primärseite wird dann durch die Größe der Streuinduktivität, der Größe der ganzen Kapazitäten am Wicklungsende (Cds, Wicklung, etc.) und der Geschwindigkeit der Kommutierung bestimmt.
Wie schnell vorher das Miller-Plateau und der ds-Spannungsanstieg passiert sind hat in dem Moment in dem der Strom kommutiert, und die Energie aus der Streuinduktivität abgebaut werden muss, keinen Effekt mehr, oder?

Anders ists natürlich z.B. beim einschalten des Schalters im CCM.

[Bastelbruder]

Ok, das Umschalten des Stroms findet erst gegen Ende des Miller-Plateaus statt. Wenn man ((viel)zu) schnell umschaltet, scheint es da eine Zeit zu geben in der weder primär noch sekundär Strom fließt. Der fließt derweil trotzdem durch Wicklungs- Verdrahtungs- und Sperrschichtkapazitäten der Halbleiter, alle zusammen legen in Verbindung mit den Induktivitäten die Resonanzfreuenz des dadurch gebildeten Schwingkreises und damit die Geschwindigkeit des Spannungsanstiegs fest. Jetzt muß bloß rechtzeitig der Snubber wirksam werden und die Schwingung kappen und verbraten bevor sie destruktiv wirksam wird.
Wenn man langsamer schaltet, kann man diese Lücke schließen. Und ja, es entstehen zusätzliche Schaltverluste im Transistor die höher sind als die am Snubber. Aber das ist Auslegungssache, die Entscheidung liegt beim Konstrukteur und seinen mehr oder weniger befreundeten Kaufleuten.

Übrigens ist da noch einer, der auch nicht erfreut ist über zu schnelles Schalten. Der hat Meßgeräte zur Ermittlung unerwünschter Ausdünstungen und bestimmt schlußendlich ob das Teil so in den Verkehr gebracht werden darf oder nicht. Und was sich bei der Gelegenheit immer wieder bewahrheitet ist die Tatsache daß Ausfiltern hochgfrequenter Erzeugnisse viel teurer ist als das Vermeiden, beispielsweise durch etwas langsameres Schalten.

[enebk]

Wobei hier aber der Trafo anscheinen schon recht suboptimal gewickelt ist, gemessen an den drei nötigen (Edit: und auch schon verfärbten) 2W-Widerlingen im Snubber. Mein letzter Sperrwandler mit 80W kam problemlos mit einem von denen aus...

Die dunkle Verfärbungen kommt von dem was mal Platine und Diode war, nur auf der einen Seite.
Es gehört auch nur einer davon zum Snubber, die beiden andern sind Vorwiderstände zur Spannungsversorgung des Controllers.