Mehrkanal Class-D module im Lipo-batteriebetrieb

[Alic]

Hallo!
Ich möchte mit Class-D Modulen/Verstärkern eine mobile, möglichst universell einsetzbare 2x3 oder 2x4 Kanal Endstufe bauen,
die mit Lipoakkus versorgt wird (ist zwar härter für den Geldbeutel, geht aber weniger in den Rücken und ist kompakter ).
Davor kommen 2 MiniDSP kits.

Jetzt gibt es ja sehr viele verschiedene Module und Verstärker in allen Preis- und Qualitätsklassen, wie Ich gesehen habe.
Bis 100W wäre es ja noch ziemlich einfach etwas zu finden, z.B. mit dem SA-160 oder so.
Aber ein Modul, das minimum 200 saubere Watt (<1% THD) pro Kanal stabil in 4Ohm für den Bass liefert und mit DC gespeist werden kann?

Um die Betriebszeit länger, den Preis tiefer und die Störquellen geringer zu halten,
möchte Ich die Akkus ohne Spannungswandler direkt anschliessen (Schutzschaltung/Sicherung natürlich schon, wenn nötig).

1.)
Ich würde ja sehr gerne die L15D, L20D oder L25D module nehmen, [
weiss aber nicht ob man module mit symmetrischer DC Speisung direkt mit Akkus versorgen kann,
da dies ja 2 Akkus erfordert, welche sich nicht unbedingt gleich entladen und so die Symmetrie der Spannung für + und - nicht sichergestellt werden kann!
--> Weiss jemand, was mit dem Verstärker und dem Ausgang passiert, wenn die Spannungen nicht ganz symmetrisch sind?

2.)
Die andere Frage ist, ob der Leistungsabfall am Ausgang mit sinkender Akkuspannung linear ist,
wenn bei 2 gleichen Modulen verschiedene Lasten angeschlossen sind.
Nochmal anders Formuliert : Ich werde versuchen (wenn möglich?), für alle Kanäle die gleichen Module zu verwenden,
damit nur eine Betriebsspannung (--> weniger Akkus) benötigt wird.
Was passiert jetzt, wenn Ich an einem Modul einen 8 öhmer- und am anderen zwei 8 öhmer parallel (= 4R)
anschließe und die Akkuspannung sinkt während die Anlage läuft?
Die Leistung sinkt am Ausgang mit der Spannung, das ist Klar!
Aber bleibt das Verhältnis zwischen den Modulen gleich oder werden z.B. die Mitten mit sinkender Spannung vergleichsmässig immer Lauter?

-->Hat jemand damit schon Erfahrung gemacht oder kann man dies anhand der Datenblätter oder sonst irgendwie überprüfen oder ausrechnen? Wenn ja, wie?

Lipo's hätten ja sonst auch einen recht flachen Bereich in der Spannung, wenn sie mit genügend Strom, der wenig schwankt, entladen werden...

3.)
Für den Fall, dass das mit der Symmetrischen Spannung nicht klappt, hab Ich folgende module mit einfacher DC Speisung ins Auge gefasst :

Ecotec SDV1042-300
Dieser macht von der Beschreibung her einen sehr guten Eindruck. Ausserdem wird er bei www.profusionplc.com auf der gleichen Seite wie die Anaview module aufgelistet...
Leider hab Ich im Internet überhaupt nichts über ihn erfahren können. Bei dem Preis von 90Eur pro Kanal(!) hock: weiss Ich nicht, ob Ich einen Versuch wage.
-->Kennt den jemand?


Ungefähr gleich Teuer gibt's den TAS5630 von classdaudio.com aus den USA.
Hier auch auf eBay mit weniger hohen Versandkosten.
Der TAS5630 hat einen nicht so tollen Ruf, vor allem wegen den modulen von sure und auch was die Sicherungen angeht...


Dann gibt's noch den billigeren T3S von hifimediy.com ,
der auf dem TK2050 mit STA517b aufgebaut ist, glaube Ich.
Der wurde hier im Forum aber auch schlecht bewertet, im Gegensatz zum T2, der besser sein soll.


-->Welchen würdet Ihr für dieses Projekt wählen?


Einen schönen Sonntag wünscht,
Alic

[newmir]

Ich glaube Du wirfst maximale Leistung und Verstärkung durcheinander. Wenn die Versorgungsspannung sinkt, sinkt die maximal mögliche Spannung am Ausgang und es kommt zu Verzerrungen, wenn Du versuchst die Endstufe mit maximaler Leistung zu betreiben. Bleibst du unter der maximalen Leistung bleibt der Verstärker gleich laut, wenn die Versorgungsspannung sinkt. Alles in gewissen Grenzen.

[P.A.M]

Wie newmir schon gesagt hat, hat ein Verstärker keine "Limiter-Eigenschaft", er passt seine Verstärkung nicht dem maximal möglich verzerrungsfreiem an.

Vielleicht mal ganz grundsätzlich: Verstärker ist ein <<dämliches>> Wort. Im Grunde ist es ein Modulator für die Versorgungsspannung mit fest definierter Verstärkung.
Sinkt deine Versorgungsspannung, so kann eben nicht mehr bis 100% moduliert werden - es gibt Clipping und das Signal wird verzerrt.

Direkte Versorgung aus Akkus macht man eigentlich nicht.
Einerseits braucht man sowieso Balancer, Laderegler und über/unterspannungs und überstromschutz (wenn du die Akkus tiefentlädst kannst du sie gleich in die Tonne kloppen...)

Auf der andren Seite nervt die blöde Entladekennlinie wie du schon festgestellt hast. Auch die Spannung ist nicht ideal. Reihenschaltung von Akkus ohne Balancing würde ich tunlichst unterlassen. Das klappt nur bei NiCd akkus einigermaßen (billige Werkzeugakkus).

Im Autobereich gibt es die Wandler, welche dir aus 12V (bzw. 14.4V dank LiMa) Symmetrische +-50V machen (um dann die Spachtelmasse aus dem rostigen Kadett zu blasen:p)

Die chinesischen Wandler aus ebay funktionieren ausgezeichnet, siehe hier: http://www.ebay.com/itm/DC-DC-400W-6-40V...rmvSB=true

sowas wäre der richtige Weg, denn hierbei wird die Spannung konstant gehalten und der Entladung entgegengewirkt.

Zu deiner anderen Frage:
Es gilt: P = U^2 / R
Die Leistung ist also proportional zum Quadrat der Versorgungsspannung. Halbiert sich die Betriebsspannung, so hast du nur ein viertel der Leistung.

Achja, 200W per Akku zu versorgen ist eine Ansage - einerseits brauchst du Hochstromfeste Zellen andrerseits einen recht großen Akku wenn das länger spielen soll. Für 2 Stunden Power sind das 400Wh - Das ist die Größe eines dicken Pedelec Akkus (http://neu.marcos-fahrradshop.de/product...oC6x3w_wcB)

[Alic]

Danke Michael , für die Berichtigung.

Ja, da hab Ich tatsächlich schon wieder vergessen wie diese Teile funktionieren,
obwohl Ich vor ein paar Wochen lange die Datenblätter studiert hatte und das eigentlich wusste.
Mir ist nun wieder klar, dass der Ausgang "ge-clippt" wird,
wenn für eine bestimmte Last die Spannung nicht mehr hoch genug ist.

Was Ich nicht wirklich realisiert hatte, ist die konstante Lautstärke! Das ist ja dann eigentlich ein Vorteil bei meinem Vorhaben, oder?
Damit ist meine 2te Frage beantwortet.


Simon, Danke, dass Du mich (ein wenig) zur Realität zurückgebracht hast!
Obwohl Ich mir das Ganze eigentlich ziemlich Gut überlegt hatte, merke Ich jetzt, dass der Kostenaufwand für 200W für die 2 Basskanäle hoch ist, wenn man mehr als 1 Std bei max. Leistung hören will.
Ich denke aber immer noch, dass da mit ein paar Kompromissen noch irgendetwas direkt mit LiPos machbar ist :

Im R/C Modellbau sind die LiPo-Akkus sehr kompakt, Stromfest und haben eine sehr hohe Energiedichte, sind dafür aber wesentlich teurer!
Im Gegensatz zu den LiFePo Akkus, die immer mehr in Fahrrädern etc zu finden sind, sind die LiPos
billiger, kompakter und leichter, können aber bei einem Kurzschluss anfangen zu Brennen (Stichflamme) :eek:!
Einen Laderegler mit Balancer für max. 12 LiPo-Zellen hab Ich schon.
Im R/C Modellbau werden die LiPos meistens ohne Balancer ohne Unterbruch bis zur Unterspannungsabschaltung (die im Fahrtregler ist) Entladen.
Über-, Unterspannungs- und überstromschutz muss selbstverständlich sein, da hast Du völlig Recht.
Da muss Ich noch was geeignetes finden.
Der Rest wird vom Laderegler während dem Ladevorgang übernommen.

Hier ein konkretes Beispiel mit einem LiPo-Akku :
Gens ace 5300mAh 44.4V 30C 12S1P Lipo
Anfangsspannung pro Zelle 4.2V.
Das macht für den ganzen Akku 50.4V.
Die Zellen dürfen nicht unter 3.2V entladen werden.
Um auf Nummer sicher zu gehen, nehme Ich 3.6V,
Das gibt als Endspannung für den Akku 43.2V
Nach 3.6V fällt die Spannung ziemlich steil ab, es geht also nicht viel Kapazität verloren.
Sagen wir mal 10%. Das ergibt 4.7Ah und ungefähr 200Wh pro Akku.
Das reicht natürlich bei maximaler Lautstärke nicht lange.
Da müsste Ich einen dickeren Akku anfertigen lassen oder 2 Akkus parallel anschliessen.
Der oben genannte kostet aber schon über 200Eur!

Die max. Leistung bei 43.2V pro Kanal für 4 Ohm nach Deiner Formel ist also 466W (ist das so richtig?).
Wie sieht's aus mit den BTL Ausgängen?
Muss Ich da nicht noch irgendwo durch 2 teilen?
Bei einem L15D bräuchte Ich also 2 Akkus für +/- 43V.
Im datenblatt komm Ich nur auf 200 saubere Watt pro Kanal.
Beim Ecotec Mono Modul komm Ich mit 43V auch nicht über 200W.
Beim TAS5630 sind's nur 190 saubere Watt (siehe Anhang) pro Kanal bei 43V.

Das ist weit weniger als die Hälfte der errechneten Leistung.

Von der Leistung her würde es mit den vorgeschlagenen Modulen also grad noch gehen.

Das Problem ist der Wh-Preis der LiPos um bei höherer Leistung und mehreren Kanälen auf eine ordentliche Batterielaufzeit zu kommen!
Da muss man also einen Kompromiss eingehen.
Das einfachste währe natürlich auf die hohe Leistung zu verzichten : Nur eine Box (Mono), weniger tief in den Bass, weniger laut, effiziente Chassis...


Ich hab hier einen SA-50 und einen Gens ace 6200mAh 22.2V 25C 6S1P Lipo. Am besten teste und messe Ich zuerst mal damit, bevor Ich gross Akkus und Module Einkaufe.


Nochmals vielen Dank für die Unterstützung.

Alic


P.S. : Eine Frage aus dem ersten Post wurde noch nicht beantwortet. Ich wäre an Antworten zur folgenden Frage sehr interessiert :
--> Weiss jemand, was mit dem Verstärker und dem Ausgang passiert, wenn (z.B. beim L15D) die Spannungen nicht ganz symmetrisch sind?

[newmir]

Zunaechstmal wuerde ich mich auf Verstaerkermodule konzentrieren, die keine symetrische Spannung brauchen und BTL von Hause aus unterstuetzen. Alles andere wird teurer ohne Wert.

Aber ich vermute, dass ein symetrische Spannungsversorgung mit leicht unterschiedlichen Spannungen kein Problem verursacht. Jedenfall bei analogen Entstufen war das doch so, dass Masse ja immer Masse bleibt und dann die Auslenkung in die eine Richtung von der einen Spannung gemacht wird und die Auslenkung in die andere Richtung von der anderen Spannung gemacht wird. Du bekommst also bei ungleich sinkender Spannung einfach in eine Richtung eher in die Begrenzung.

[Alic]

Zunaechstmal wuerde ich mich auf Verstaerkermodule konzentrieren, die keine symetrische Spannung brauchen und BTL von Hause aus unterstuetzen.

Bis jetzt hab Ich mich auch nur für solche interessiert (Siehe auch meine Vorschläge am Anfang im Punkt 3 ).
Erst nachdem Ich hier im Forum ein wenig über den L15D gelesen habe bin Ich darauf gekommen evtl auch
Verstärkermodule mit symmetrischer Spannung mit Batterie zu versorgen.
Ausserdem gibt es da ja auch noch diesen Thread :
Hilfe bei der Planung: Mobile, verteilte PA(-Systeme) im Akkubetrieb
Dort ist vom TDA8954 mit symmetrischer Spannung für den Bass die rede.
Jobsti hingegen hatte sich anscheinend für die einfache DC Speisung entschieden.

Alles andere wird teurer ohne Wert.

Meinst Du deshalb, weil Ich 2 Akkus benötige?

Für mich sind die Vorteile der symmetrischen Spannung :

1.) Der L15D scheint bei weitem das beste Preis/Qualitäts Verhältnis weit und breit zu haben.
Ausserdem sind das anscheinend 2 Monostufen, was mehr Flexibilität erlaubt.
Bei den Verstärkermodulen mit einfacher DC Spannung über die Ich bis jetzt in dieser Leistungsklasse gelesen habe, scheint die Qualität unter denen mit symmetrischer Spannung zu liegen.

2.) Für mehr Laufzeit kann die Kapazität auf zwei Akkus verteilt werden ohne diese parallel zuschalten
(Die meisten LiPo Hersteller raten von der Parallelschaltung ab).


Der Nachteil ist, dass man immer 2 Akkus benutzen muss.

Du bekommst also bei ungleich sinkender Spannung einfach in eine Richtung eher in die Begrenzung.

Danke, für Deine Antwort. :danke:
Wenn Ich es also schaffe alles Gut abzustimmen und irgendwie sicher vermeiden kann in die Begrenzung zu gehen
, sollte es da keine Probleme geben?
Die Schutzschaltung muss halt dann so ausgelegt sein, dass bei einem Problem oder Unterspannung von einem Akku, beide von der Last getrennt werden.

Die beste Alternative ohne symmetrische Spannung, die Ich zum L15D sehe,
ist der Ecotec SDV1042-300.
Zu diesem finde Ich aber keine Benutzererfahrungen! Vielleicht kauf Ich den einfach mal zum Ausprobieren?

[newmir]

Google doch mal TAS5630.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tas5630.pdf

[waterburn]

Hallo,
ich denke, dass die Probleme nicht ganz so dramatisch sind wie dargestellt. Ich glaube nicht, dass es problematisch ist eine symmetrische Endstufe mit zwei Akkus zu betreiben. So furchtbar unterschiedlich wird die Belastung der einzelnen Rails nicht sein. Erst recht nicht über einen längeren Zeitraum. Zum anderen wird auch ein 200W Verstärker nicht dauerhaft 200W ziehen. Hypex gibt beispielsweise bei der Auslegung ihrer Netzteile von einem Faktor von 1/8 aus. Bei einem aktiv getrennten Tieftöner ist diese Annahme aber wohl etwas optimistisch. Dennoch würde ich über den Daumen gepeilt nicht mit mehr als 50W bei Vollast rechnen. Das wären nicht mal zwei Ampere bei einer BTL Endstufe. Bei einer symmetrisch versorgten ist es nicht mal 1A.

Für Akkus die im Modellbau eingesetzt werden sind die dafür erforderlichen Ströme ein klacks. Dennoch sollte man natürlich nicht auf die gängigen Schutzschaltungen verzichten.

Bei der Leistung würde ich aber dennoch überlegen ob 200W wirklich nötig sind. Was soll denn der Anwendungsfall sein? Für die meisten mobilen Anwendungen die mir so einfallen sollten auch die ca. 120W reichen die man so aus nem TDA7498E bekommt reichen. Notfalls kann man auch mehrere Tieftöner nehmen und jedem seinen eigenen Kanal spendieren. Hohe Versorgungsspannungen stellen immer auch ein gewisses Risiko dar. Gerade wenn auch andere Menschen (und davon gehe ich in diesem Fall mal stark aus) mit dem Gerät in Kontakt kommen. Bei zwei der oben genannten Akkus käme man schon auf eine Spannung von 100V im aufgeladenen Zustand. Das kann für Tiere oder Kinder durchaus Lebensbedrohlich sein. Ich persönlich würde den TDA7498E wählen und ihn mit einem 8 Zellen Akku betreiben.
Die Kanalzahl kann dann ja entsprechend erhöht werden, sodass insgesamt trotzdem die gewünschte Leistung zur Verfügung steht.


Gruß

waterburn

[Alic]

Hallo,
Ich wollte einfach sicher sein, dass nichts kaputt geht wenn die Spannung mal nicht so symmetrisch ist. Jetzt bin Ich beruhigt.

Zum Anwendungsfall :
Ich möchte ein modulares und flexibles Verstärkersystem aufbauen :
Die Anzahl Kanäle soll zwischen 2 und 8 verändert werden können um sowohl zwei passive Lautsprecherboxen
wie auch zwei 4 Weger aktiv benutzen zu können (zuhause am Stromnetz).

Die Akkus braucht es, damit die 10-20 Lindy-Hop Tänzer im Sommer am See während 2-3 Stunden Musik haben können.

Ideal währen MonoVerstärkerModule deshalb, weil Ich dann je nach dem auch nur einen "halben" Verstärker
mit nur einer Lautsprecherbox für Monobetrieb mitnehmen könnte.

Die 200 Watt an 4 Ohm hab Ich gewählt, damit es für 2 parallelgeschaltete TT chassis reicht
und auch damit bei 8 Ohm noch etwas Leistung vorhanden ist. Vorallem möchte Ich auf jeden Fall Clipping vermeiden.



Auch wenn im Durchschnitt nur 50W bei Vollast gebraucht werden, möchte Ich trotzdem sicher sein,
dass der Verstärker auch bei Leistungsspitzen nicht verzerrt.
Ausserdem weiss Ich nicht wie robust diese Teile gebaut wurden um 2 Stunden Volllast standzuhalten (Temperatur).

50W ist aber sehr erfreulich was die Batterielaufzeit anbelangt!

Ich wollte ja eigentlich den TDA7498E benutzen.
Bei 8 Zellen hab Ich aber am Schluss nur noch ca 29V, was nur noch für 85 Watt bei 4 Ohm und 1% THD reicht.
Oder bist Du von Mono BTL bei 3 Ohm ausgegangen?
Bei 8 Ohm ist nichts angegeben, es dürfte aber nicht mehr als die Hälfte zur Verfügung stehen.


Gibt es beim Anpassen mit dem Volumen Probleme,
wenn das Verstärkermodul viel mehr Leistung hergibt als das chassis erträgt?
Ich werde ja das gleiche Modul für alle Lautsprecherwege wählen, wegen der Versorgungsspannung.
Ist es z.B. möglich einen 200W Verstärker für den 5W Tweeter zu benutzen?
Was muss Ich beachten (ausser, dass Ich sehr sehr vorsichtig mit dem Volumen sein muss)?
Vor den Verstärkern werden zwei 2x4 MiniDSP Kits eingesetzt.
Die haben 0.9V RMS Max am Ausgang und arbeiten mit 24bits.

[waterburn]

Hallo Alic,

Zum Anwendungsfall :
Ich möchte ein modulares und flexibles Verstärkersystem aufbauen :
Die Anzahl Kanäle soll zwischen 2 und 8 verändert werden können um sowohl zwei passive Lautsprecherboxen
wie auch zwei 4 Weger aktiv benutzen zu können (zuhause am Stromnetz).


Die Akkus braucht es, damit die 10-20 Lindy-Hop Tänzer im Sommer am See während 2-3 Stunden Musik haben können.

Sind die Lautsprecher schon vorhanden? Ansonsten wäre mein Vorschlag, dass du die LM Paps Topteile baust (ohne Frequenzweiche). Als Subwoofer könnte man dann pro Seite einen MDS12DVC nehmen, oder zwei 4Ohm 8 Zöller. Die Weichenfunktion übernehmen dann die MiniDSPs. Als Verstärker würde ich dann jeweils 2 TDA7498E nehmen. Damit kannst du dann schon ganz ordentlich Krach machen. Allerdings muss man bei den China Modulen aufpassen was genau man da kauft. bei vielen Modulen sind die Ausgangsfilter alles andere als optimal.

Grundsätzlich ist es immer so eine Sache, wenn Dinge universell einsetzbar sein sollen, da die Anforderungen ja auch ganz andere sind. Für den Akkubetrieb würde ich wie bereits geschrieben aus Sicherheitserwägungen auf eine symmetrische Spannungsversorgung verzichten.

Die 200 Watt an 4 Ohm hab Ich gewählt, damit es für 2 parallelgeschaltete TT chassis reicht
und auch damit bei 8 Ohm noch etwas Leistung vorhanden ist. Vorallem möchte Ich auf jeden Fall Clipping vermeiden.

Du solltest dir zumindest für unterwegs überlegen, welche Lautsprecher angeschlossen werden sollen und dann dazu einen passenden Verstärker auswählen. Man will schließlich immer nur soviel schleppen wie nötig.

Auch wenn im Durchschnitt nur 50W bei Vollast gebraucht werden, möchte Ich trotzdem sicher sein,
dass der Verstärker auch bei Leistungsspitzen nicht verzerrt.
Ausserdem weiss Ich nicht wie robust diese Teile gebaut wurden um 2 Stunden Volllast standzuhalten (Temperatur).

50W ist aber sehr erfreulich was die Batterielaufzeit anbelangt!

Das gute an den TDA7498E ist, dass sie won haus aus alle möglichen Schutzschaltungen mitbringen, sodass man wie praktisch kaum kaputt bekommen kann. Wie das bei den anderen Modulen aussieht kann ich dir leider nicht sagen.

Ich wollte ja eigentlich den TDA7498E benutzen.
Bei 8 Zellen hab Ich aber am Schluss nur noch ca 29V, was nur noch für 85 Watt bei 4 Ohm und 1% THD reicht.
Oder bist Du von Mono BTL bei 3 Ohm ausgegangen?
Bei 8 Ohm ist nichts angegeben, es dürfte aber nicht mehr als die Hälfte zur Verfügung stehen.

Ich hab mich gestern verrechnet. 9 Zellen sind auch ok. Wichtig ist, dass die Ladeendspannung unter 40V bleibt, da das das Maximum ist, das der TDA7498E aushält. Den unterschied zwischen 85W und 100W wird man aber ohnehin nicht hören.

Gibt es beim Anpassen mit dem Volumen Probleme,
wenn das Verstärkermodul viel mehr Leistung hergibt als das chassis erträgt?

Ich verstehe deine Frage nicht.

Grundsätzlich kann man mit jedem Verstärker fast jedes Chassis kaputt bekommen, wenn man den will. Man kann aber ohne Probleme einen Lautsprecher mit einem betreiben der mehr Leistung liefern kann als der Lautsprecher verträgt. Leistungsangaben bei Lautsprechern sind ohnehin immer mit Vorsicht zu genießen. Wenn ein Chassis beispielsweise in einem zu hoch abgestimmten Bassreflex Gehäuse oder in eine offene Schallwand eingebaut ist, kann unter Umständen eine sehr geringe Leistung ausreichen um das Chassis mechanisch zu zerstören. Andererseits können kurzzeitige Impulse auch deutlich höhere Leistungen haben ohne ein Chassis zu zerstören

Ich werde ja das gleiche Modul für alle Lautsprecherwege wählen, wegen der Versorgungsspannung.
Ist es z.B. möglich einen 200W Verstärker für den 5W Tweeter zu benutzen? Was muss Ich beachten (ausser, dass Ich sehr sehr vorsichtig mit dem Volumen sein muss)?

Ja klar, das ist nicht nur möglich sondern sogar sehr sinnvoll. Der Hochtöner bekommt schließlich nicht das volle Musikspektrum ab. Die Hoch und Mittelton Verstärker arbeiten in einem Aktivsystem meistens nur im "Standgas", da die meiste Energie im Bass verbraten wird. Bei Systemen ohne Limiter muss man aber immer etwas vorsichtig sein, damit man nichts kaputt macht. gerade bei Partys wird oft etwas unbedacht am Lautstärkeregler gedreht. Da die Mini DSPs soweit ich weiß keine Limiterfunktion haben, wäre eventuell Sinnvoll über einen analogen Limiter wie den NJM2761 nachzudenken.

Gruß

waterburn