Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- HxR Module
- Netzteil
- Remote Einschaltung mit Rush-Strom Begrenzung
- Aufbau des Verstärkers
- Eine weitere Mono Endstufe
Einleitung
03. Juli 2010
Für meinen Ripol Subwoofer benötigte ich eine Endstufe mit einer Ausgangsleistung von ≥150W an 4Ω. Zu Beginn meiner Überlegungen war das Hypex UcD400 Modul mein Favorit. Allerdings hatte ich immer ein gewisses Unbehagen gegenüber der Klasse-D Betriebsweise. Ich habe meine Überlegungen dann in Richtung einer Klasse-AB Endstufe gelenkt und eine Endstufe für den Subwoofer auf Basis der Pass X5 designed (Spice-Simulation, Schaltplan und Leiterplatte). Anfang 2009 bin ich dann zufällig an ein sehr günstiges UcD400HG Modul gekommen, sodass feststand, dass ich dieser Technologie eine Chance als Subwoofer-Endstufe geben wollte.
Auf der Seite des Herstellers finden sich die folgenden Angaben zu dem Modul:
- Flat, fully load-independent frequency response
- Low output impedance
- Very low, frequency-independent THD
- Very low noise
- Consistent top performer in listening trials including class A and SET amplifiers
- Runs on unregulated ± rails
- Pop-free start and stop control
- Differential audio input
- Overcurrent and overvoltage
- HxR regulator ready
Technology:
The UcD™ circuit is based on phase-shift controlled self-oscillation, with only a single voltage feedback control loop taking off at the loudspeaker terminals. The control function is constructed fully out of passive components, with only the comparator standing in for gain.
| Item | Symbol | Spec. | Notes |
| Output Power | PR | 400W | 4Ω, THD = 1% |
| Distortion | THD | ≤0.03% typ. ≤0.005% typ. | P0 < ½PR P0 = 1W |
| Noise | Un | 30µV typ. | |
| Frequency Response | <10Hz – 50kHz | +0dB, -3dB | |
| Output Impedance | Z0 | <20mΩ <150mΩ | f = 1kHz f = 20kHz |
| Efficiency | η | >92% | |
| Supply Ripple Rejection | PSRR | 65dB | both rails |
Das UcD400HG Modul ist aufgrund seiner Betriebsparameter ideal geeignet, um meinen Ripol Subwoofer zu befeuern. Auch der symmetrische Signaleingang passt sehr gut in mein Konzept.
HxR Module
30. Januar 2010
Als Option zum oben beschriebenen Hypex Modul gibt es außerdem die beiden Hypex Spannungsreglermodule HPR12 und HNR12. Der Hersteller schreibt selbst:
The HxR series regulators are high performance voltage regulating components targeted at performance-critical audio applications. Key performance parameters exceed that of industry-standard integrated circuits by several orders of magnitude. Kelvin sense connections provide point-of-load (local) regulation without requiring physical proximity.
Da ich ohnehin noch das UcD Signalkabel für das Eingangssignal bei Hypex bestellen musste, habe ich mich entschieden, auch die beiden HxR Module als Erweiterung für meinen UcD400HG Verstärker zu erwerben.
Netzteil
30. Januar 2010
Das Netzteil ist klassisch aufgebaut. Die symmetrische Sekundärspannung des 600VA Ringkerntransformators wird von dem Brückengleichrichter (D1 … D4) gleichgerichtet und mit einer Gesamtkapazität von ca. 88.000µF (C1 … C6) gepuffert. Am Ausgang des Netzteils befinden sich gemäß Hypex Vorgabe noch zwei Sicherungen (4A flink). Über R1 kann eine LED angesteuert werden. R2, D5, D6 und C7 verbinden die Masse mit Erde und verhindern so die Entstehung einer Erdschleife.
- Schaltplan des Netzteils
Remote Einschaltung mit Rush-Strom Begrenzung
30. Januar 2010
Da größere Ringkerntransformatoren (ab ca. 500VA) für normale Haussicherungen zu hohe Einschaltströme (Rush-Ströme) haben, muss der Strom im Einschaltmoment begrenzt werden. Mithilfe der hier beschriebenen Schaltung erfolgt die Einschaltung der Endstufe – entweder direkt oder per Remote-Signal – und gleichzeitig erfolgt eine Begrenzung des maximalen Stroms für eine kurze Zeit.
Die Endstufe kann entweder über das Relais Rel1 oder über einen Netzschalter zwischen den Klemmen J3/J4 und J7/J8 eingeschaltet werden. Das Relais Rel2 ist direkt nach der Inbetriebnahme nicht geschaltet, sodass der Strom über die Widerstände R1 bis R4 fließt. Diese begrenzen den Strom auf ca. 5,75A. Über C1, BR1 und R7 wird der Kondensator C2 langsam aufgeladen. Sobald die Einschaltschwelle des Relais Rel2 erreicht ist, schaltet dieses ein. Die Strombegrenzungswiderstände werden dann überbrückt.
Das Relais Rel1 wird über eine Remote Spannung eingeschaltet. Diese muss permanent anliegen und sollte 9V nicht unterschreiten. Die Spannung gelangt über J13 an den Spannungsregler IC1, der die Spulenspannung auf konstante 6V regelt.
Jedes Gerät in der Remote Kette erzeugt ein eigenes Remote Ausgangssignal und schaltet damit die nachfolgende Elektronik ein. Dieses Signal wird mit einer Verzögerung von ca. 3s an den Ausgang gelegt und garantiert so, dass alle Geräte nacheinander aktiviert werden. Somit ist sichergestellt, dass der gesamte Einschaltstrom nicht zu groß wird.
Eine unipolare Sekundärspannung von 9 V wird an die Klemmen J16/J17 angeschlossen, mit BR2 gleichgerichtet und durch C8 gepuffert. Der Kondensator C10 wird über R10 langsam geladen und schaltet durch R13 den Transistor Q3 und somit auch den MOSFET Q1 zeitversetzt zur Spannung an C8 ein. Q2 und R8 begrenzen den Ausgangsstrom (Iout = UBE / R8).
- Schaltplan der Einschaltstrombegrenzung
- Schaltplan des Remote in & out
- Bestückung des Boards
Aufbau des Verstärkers
30. Januar 2010
Für die erste Inbetriebnahme und Tests habe ich den gesamten Verstärker auf einer Holzplatte aufgebaut. Links oben ist das Hypex Modul auf seinem Kühlkörper zu erkennen. Darunter ist die Kompensationsschaltung des RiPol Subwoofers angeordnet, die zwischen dem Ausgang des Moduls und dem eigentlichen Verstärkerausgang liegt. In der Mitte ist zentral der vergossene 600VA Ringkerntrafo montiert. Darüber befindet sich das Netzteil mit dem Gleichrichter und vier 22.000μF Elkos. Die Leiterplatte unterhalb des Trafos ist die oben beschriebene Einschaltelektronik.
Nachdem alle benötigten Komponenten gekauft und aufgebaut waren und der Prototyp in Betrieb ging, habe ich mir Gedanken über ein Gehäuse gemacht. Dieses sollte so klein wie möglich ausfallen, allerdings wollte ich auch die Kompensationsschaltung des RiPol Subwoofers darin unterbringen. Da ich auf dem Markt nichts Passendes fand, entschloss ich mich, das Gehäuse selbst zu bauen. Da ich Zugriff auf eine Datron Fräsmaschine habe, sollte der Bau auch nicht allzu schwer werden und das Ergebnis würde sicherlich ganz anständig aussehen.
Die folgenden Komponenten der Endstufe müssen in dem Gehäuse untergebracht werden :
- Hypex UcD400HG Modul mit HPR12 und HNR12 Spannungsreglern auf einem Kühlkörper montiert
- 600VA Ringkerntrafo
- Netzteil mit 88000µF Gesamtkapazität
- 230V/AC DC-Filter
- Remote Einschaltung mit Rush-Strom Begrenzung
- RiPol Kompensationsschaltung
- Buchsen für alle Ein- und Ausgangssignale
Ich habe das Hypex-Modul direkt auf einen Kühlkörper aufgeschraubt und diesen dann mit sechs M4-Schrauben an der Rückwand des Gehäuses befestigt.
Die Basis des Gehäuses bildet eine 4mm starke Aluminium Grundplatte. Der Trafo ist mit gepufferten Abstandshaltern auf einer zweiten Montageplatte verschraubt, die wiederum mit der Grundplatte verbunden ist. Dadurch werden alle mechanischen Geräusche des Trafos unterdrückt. Auf der Montageplatte sind außerdem das Netzteil und der DC-Filter befestigt.
Die Seitenwände bestehen aus 3mm starkem, schwarz eloxiertem Aluminium. Auf der rechten Seitenwand ist die Leiterplatte mit der Remote Einschaltung befestigt. Dadurch ergeben sich sehr kurze Leitungen für die 230V/AC Verdrahtung.
Die Rückwand besteht aus einer 2,5mm starken, schwarz eloxierten Aluminiumplatte. Auf der Rückwand befinden sich auf der linken Seite (von vorn gesehen) die Audioanschlüsse. In der Mitte ist das eigentliche Hypex Modul montiert. Auf der rechten Seite befinden sich die Anschlüsse für die 230V/AC Zuführung und die Remote Einschaltung. Alle elektronischen Komponenten wurden so angeordnet, dass die Zuleitungen möglichst kurz ausfallen.
Die Kompensationsschaltung für den RiPol sollte ursprünglich auf der linken Seitenwand montiert werden. Beim Aufbau stellte sich jedoch heraus, dass der Trafo in die Spulen einstreute, wodurch sich ein Brumm im RiPol einstellte. Aus diesem Grund konnte die Kompensationsschaltung nicht in das Gehäuse der Endstufe eingebaut werden. Sie befindet sich in einem eigenen kleinen Gehäuse und ist elektrisch zwischen dem RiPol und der Endstufe angeschlossen.
Eine weitere Mono Endstufe
05. April 2021
Anfang 2020 trug Jürgen B. den Wunsch nach einer Hypex Mono Endstufe für seinen Subwoofer an mich heran. Für den Aufbau einer kompletten Endstufe benötigte ich neben dem eigentlichen Hypex UcD400HG Modul und dem Netztransformator noch drei weitere Komponenten.
- einen 230V/AC DC-Filter
- eine Einschaltstrombegrenzung
- ein analoges Netzteil
Für den DC-Filter habe ich mich am RStAudio XOno 2019 Projekt orientiert. Das Board ist so konstruiert, dass auch wesentlich größere Kondensatoren als für die XOno 2019 benötigt platziert werden können. Hier sind es 2× 47.000μF Elkos.
Die Einschaltstrombegrenzung stammt aus dem ES3-Projekt (siehe oben), allerdings in der Version, die ich in der ES4 verbaut habe. Somit erhält diese Endstufe zusätzlich auch meine Remote on/off Steuerung.
Für das analoge Netzteil habe ich eine neue Leiterplatte entworfen. Sie besteht aus Snubber-Netzwerken, Ultra-Fast Soft-Recovery Dioden im Brückengleichrichter und einer Elko-Bank mit zehn 10.000μF Ladeelkos. Die Masse-Erde Verbindung wird, wie immer bei mir, gezielt über ein Dioden-Widerstandsnetzwerk hergestellt.
Im März 2021 war es endlich so weit: Die Endstufe gab ihre ersten Töne an meinem RiPol Subwoofer ab. Auf dem folgenden Bild ist zu sehen, wie ich die Komponenten verbaut habe. Der Trafo sitzt auf einer Montageplatte, die per Gummipuffer von der Bodenplatte isoliert wurde, obwohl das bei den Trafos von Müller Elektrotechnik eigentlich nicht notwendig ist. Auf der Rückwand ist ein Kurzschlussstecker zu sehen, der für einen unsymmetrischen Betrieb benötigt wird.
Auf dem nächsten Bild ist die Rückansicht zu sehen. Links davon befinden sich die Netzbuchse und der Netzschalter. Dazwischen liegen der Ein- und Ausgang der Remote On/Off Steuerung. Mittig ist der Kühlkörper mit dem Hypex Modul montiert. Der Kühlkörper ist überdimensioniert: Selbst bei Abgabe der maximalen Ausgangsleistung wird er nicht warm. Auf der rechten Seite sind die Audioanschlüsse herausgeführt. Die Endstufe kann symmetrisch oder unsymmetrisch angesteuert werden. Im letzteren Fall wird der oben erwähnte Kurzschlussstecker benötigt, der in die XLR-Buchse eingesteckt wird. Die Lautsprecherbuchsen sind zweifach ausgeführt und parallel geschaltet, was beim Betrieb eines RiPol sehr nützlich ist.
Von der Front habe ich kein Foto eingestellt, auf Wunsch von Jürgen B. befindet sich dort nur mittig eine Leuchtdiode.