Inhalt

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   Titelblatt
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   Kurzfassung
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   Abstract
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   Inhaltsverzeichnis
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   1 Einleitung
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  2 Grundlagen
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   2.1 Funktionsweise eines Verstärkers der Klasse-D
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  2.2 Topologien für die Schaltstufe
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   2.2.1 Halbbrücke
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   2.2.2 Vollbrücke
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   2.2.3 sonstige Topologien
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   2.2.4 Auswahl der Topologie
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   2.3 Modulationstechniken zur Gewinnung des Steuersignals
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   2.3.1 Analoge Pulsweiten-Modulation (NPWM)
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   2.3.2 Digitale Pulsweiten-Modulation (PWM)
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   2.3.3 Sigma-Delta-Modulation
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   2.3.4 Click-Modulation
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   2.3.5 Auswahl des Modulators
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   2.4 Audioqualität
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   2.4.1 Grundsätzliche Entstehung von Verzerrungen
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   2.4.2 Definition der PWM Central Region
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   2.4.3 Etablierte Theorie: Einfluss der Schaltstufe auf die Audioqualität
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   2.4.4 Neue Theorie: Einfluss der Schaltstufe auf die Audioqualität
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   2.4.5 Messverfahren Flankenmodulation
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   2.4.6 Definition der effektiven Totzeit
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   2.4.7 Verzerrungen des Ausgangssignals infolge der effektiven Totzeit
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   2.4.8 Gültigkeitsgrenzen der bestehenden Theorie
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  2.5 Leistung
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   2.5.1 Durchlassverluste und Durchlassenergie
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   2.5.2 Schaltverluste und Schaltenergie
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  2.6 Stand der Technik
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   2.6.1 Leistungstransistoren
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   2.6.2 Rückkopplungs-Topologien
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  3 Siliziumkarbid
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   3.1 Potential von Siliziumkarbid für Klasse-D-Verstärker
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   3.2 Auswahl der Transistoren für den Vergleich
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  4 Entwicklung der Endstufen
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   4.1 Das Schaltungs-Konzept zusammengefasst
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  4.2 DSP als Modulator
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   4.2.1 Grundfunktionen des DSP
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   4.2.2 Erzeugung des PWM-Steuersignals
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   4.2.3 Verzerrungen und Störabstand
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   4.2.4 Ermittlung der optimalen Totzeit
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  4.3 Gate-Treiber-Schaltkreis
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   4.3.1 Erzeugung der Spannungsversorgung für die Gate-Treiber
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   4.3.2 Dimensionierung der Gate-Vorwiderstände
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   4.3.3 Ansteuerung der SiC-JFET-Endstufe
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  4.4 Schaltstufe
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   4.4.1 Entlastungsnetzwerk (Snubber)
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   4.4.2 Kurzschlusssicherung für den selbstleitenden JFET
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  4.5 Externe Spannungsversorgungen
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   4.5.1 Spannungsversorgung des Kleinsignalteils
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   4.5.2 Spannungsversorgung der Leistungsstufe
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   4.6 Ausgangsfilter
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   4.6.1 Kondensator
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   4.6.2 Drossel
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  4.7 Layout der Leiterplatte
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   4.7.1 Lagenaufbau des Leistungsteils
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   4.7.2 Masselagen
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   4.7.3 Plazierung und Anbindung der Entkoppel-Elemente
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   4.7.4 Leiterbahnführung
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  5 Schaltverhalten
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   5.1 Messequipment und Definitionen
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  5.2 Schaltverhalten in der PWM Central Region
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   5.2.1 Reverse-Recovery-Verhalten im Leerlauf
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   5.2.2 Anstiegs- und Abfallzeiten im Leerlauf
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   5.2.3 Schaltverzögerung im Leerlauf
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   5.2.4 Rippelstrom-Messung und -Berechnung
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   5.2.5 Rippelstrom am Ende der PWM Central Region
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   5.2.6 Nulllinie im Leerlauf
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   5.2.7 Flankenmodulation am Ende der Central Region
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  5.3 Schaltverhalten bei hoher Aussteuerung
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   5.3.1 Reverse-Recovery-Verhalten unter Aussteuerung
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   5.3.2 Anstiegs- und Abfallzeiten unter Aussteuerung
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   5.3.3 Schaltverzögerung unter Aussteuerung
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   5.3.4 Flankenmodulation unter Vollaussteuerung
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   5.4 Einschätzung parasitärer Bauteile am Brückenknoten
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   5.5 Einfluss der Transistor-Charakteristika auf das Schaltverhalten der Halbbrücke
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  6 Audioqualität der Endstufen
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   6.1 Harmonische Verzerrungen (THD)
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   6.1.1 Rauschgerade und Central Region
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   6.1.2 Hohe Aussteuerung
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   6.1.3 Mittlere Aussteuerung
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  6.2 Vergleichsmessung mit identischer DSP-Totzeit
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   6.2.1 Rauschgerade und PWM Central Region
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   6.2.2 Mittlere und hohe Aussteuerungen
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   6.2.3 Schlussfolgerungen
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   6.3 Einfluss der Transistor-Charakteristika auf die Audioqualität
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  7 Leistung und Wirkungsgrad
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   7.1 Wirkungsgrad
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   7.2 Analyse der Verlustleistung
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   7.3 Schlussfolgerung bezüglich Ausgangsleistung und Wirkungsgrad
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   7.4 Tendenz für Messergebnisse mit optimaler Totzeit
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   7.5 Einfluss der Transistor-Charakteristika auf Leistung und Wirkungsgrad
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   8 Fazit und Ausblick
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   Anhang A. Ergänzung zu den Grundlagen und Siliziumkarbid
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  A.1 Aussteuerung eines D-Verstärkers als Halbbrücke
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   A.1.1 Leerlauf bis geringe Aussteuerung – Central Region
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   A.1.2 Positive Aussteuerung
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   A.1.3 Negative Aussteuerung
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   A.2 Technologischer Querschnitt der Transistoren
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   A.3 Kapazitätsverläufe der Transistoren über VDS
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  Anhang B. Ergänzung zur Entwicklung der Endstufen
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   B.1 Belegung der Oszilloskop-Kanäle
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   B.2 Belegung der GPIO-Ports des Piccolo-DSPs
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   B.3 Sperrspannungen des CoolMOS-Transistors
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   B.4 Zusammenhang zwischen Leerlauf-Verlustleistung und DSP-Totzeit
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   B.5 Gateströme zum Ein- und Abschalten
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   B.6 Messungen mit und ohne Entlastungsnetzwerk (Snubber)
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   B.7 Stromlaufplan und Layout der Endstufen
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   B.8 Auswirkung von Layout-Fehlern auf die Funktion der Schaltung
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   Anhang C. Messungen zum Schaltverhalten
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   C.1 Reverse Recovery im Leerlauf
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   C.2 Umladezeiten und Schaltverzögerung im Leerlauf – optimale DSP-Totzeit
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   C.3 Umladezeiten und Schaltverzögerung im Leerlauf – identische DSP-Totzeit
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   C.4 Nulllinie im Leerlauf
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   C.5 Flankenmodulation am Ende der Central Region
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   C.6 Reverse Recovery unter Aussteuerung
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   C.7 Umladezeiten und Schaltverzögerung unter Aussteuerung – optimale DSP-Totzeit
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   C.8 Umladezeiten und Schaltverzögerung unter Aussteuerung – identische DSP-Totzeit
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   C.9 Flankenmodulation unter Vollaussteuerung – optimale DSP-Totzeit
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   C.10 Flankenmodulation unter Vollaussteuerung – identische DSP-Totzeit
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   C.11 Parasitäre Bauteile der Filterkomponenten
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   Anhang D. Messungen zur Verlustleistung
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   D.1 Verlustleistung und- Energie im Leerlauf
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   D.2 Verlustleistung und- Energie für 7`="8000A
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   D.3 Verlustleistung und- Energie unter Vollaussteuerung
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   Literaturverzeichnis