AP 801

Nein, ich bin wirklich nicht unzufrieden mit meinen beiden AP 701, aber nachdem in diesem Thread im Braun Hifi Forum eine Class-D Endstufe im atelier Gehäuse vorgestellt wurde, erinnerte ich mich an ähnliche Überlegungen, die ich 2012 im Hinblick auf die slimline Reihe angestellt hatte.
Uli aus dem Braun Forum hatte mich damals auf die Hifi-Akademie und deren Endstufenmodule aufmerksam gemacht.
Aufgrund dieser Anregung hatte ich seinerzeit schon einige Informationen gesammelt und habe mich nun, nach dem erneuten Anstoß, erst mal wieder in das Thema eingelesen.
Von Vornherein war klar, dass ein kompletter Selbstbau der Endstufen schon aus zeitlichen Gründen nicht in Frage kommen würde.
Auch ist das Platinenlayout hier eher kritisch. Class-D Verstärker sind in dieser Hinsicht deutlich anspruchsvoller als konventionelle Schaltungen.

Also habe ich mich umgesehen, was es an fertig aufgebauten Endstufenbaugruppen gibt.
Um die Suche sinnvoll durchführen zu können, mussten zunächst einmal die Randbedingungen definiert werden.
Wenn schon ein modernes Schaltungskonzept beim eigentlichen Verstärker, dann wollte ich ein solches auch beim Netzteil realisieren. Statt eines konventionellen Trafos sollte also ein Schaltnetzteil verbaut werden.
Aufgrund der gegenüber den Atelier Geräten nochmals geringeren verfügbare Bauhöhe in den slimline Gehäusen bringt der Verzicht auf Trafos auch Vorteile beim mechanischen Aufbau.
Die Verstärkermodule selbst sollten natürlich auch möglichst flach sein, um sie problemlos in den Gehäusen unterbringen zu können.
Außerdem wollte ich im Rahmen dieses Projektes ausloten, welche Ausgangsleistung sich über 35 Jahre nach dem Erscheinen des 2 x 100 Watt starken AP 701 in einem slimline Gehäuse realisieren lässt. Und das natürlich dauerhaft stabil. 

Ansonsten galt es die üblichen Forderungen an einen hochwertigen Endverstärker hinsichtlich Frequenzgang, Klirrfaktor usw. zu erfüllen.
Schließlich sollten die Endstufen natürlich in der Lage sein, mein auch schon an anderer Stelle geäußertes Vorurteil gegen Verstärker, die das Musiksignal zunächst zerstückeln um es dann kurz vor dem Lautsprecherausgang wieder „zusammenzubasteln“ zu widerlegen. Ok, das ist zugegebenermaßen eine sehr verkürzte Darstellung des Class-D Prinzips.

Schaut man sich auf dem Markt um, so fällt zunächst die große Zahl an chinesischen Verstärkerbaugruppen auf.
Ein Modul mit der Bezeichnung L15D - auch Udo aus dem Braun Forum hat es für seinen Umbau verwendet - wird in Sachen „Klang“ in den einschlägigen Internetforen oft hoch gelobt. Ebenso auch einige Module der Firma Connexelectronic, die auch gleich passende Schaltnetzteile liefert.
Insbesondere die L15D, aber auch andere Module aus Fernost, die bei ebay und alibaba angeboten werden, punkten vor allem mit ihrem niedrigen Preis. Technische Daten sind aber oftmals nicht verfügbar und auch die Qualität der Bauteile ist gelegentlich zweifelhaft. Immer wieder gibt es Berichte darüber, dass bei chinesischen noname Produkten gefälschte Halbleiter oder umgelabelte Elkos verbaut werden.
Auch die Abwicklung von Garantiefällen ist aufgrund der langen Versandwege eher schwierig.

Aus den genannten Gründen habe ich mich dazu entschlossen hier keine Experimente zu machen und nach einem in Europa ansässigen Hersteller Ausschau zu halten:
Die ICE-Power Module von B&O schieden schon deswegen schnell aus, weil sie für Privatkunden nur schwer zu beschaffen sind.
Neben der bereits erwähnten HiFi-Akademie gibt es dann noch die Module der Firma Hypex Electronics aus den Niederlanden.
HiFi-Akademie und Hypex Electronics verfolgen unterschiedliche Ansätze bei der Umsetzung des Class-D Prinzips. Im Detail möchte ich auf die Unterscheide hier nicht eingehen, aber auf den Internetseiten beider Anbieter kann man einiges dazu nachlesen.

Ob nun die Module von Hypex Electronics oder diejenigen der HiFi-Akademie "besser" sind, mag ich nicht beurteilen.
Ich für meinen Teil habe den Eindruck gewonnen, dass man hier wie dort eine gehörige Portion Erfahrung und Fachwissen vorfindet. In so fern macht man wohl keinen Fehler, egal für welches der beiden Module man sich entscheidet.

Ich selbst habe letztlich für die Hypex Module UcD400 gewählt. Grund waren einerseits ihrer geringen Maße, vor allem in der Höhe, und andererseits die Tatsache, dass man von gleichen Hersteller die maßgeschneiderten Schaltnetzteile SMPS400A400 bekommt, die mit in das Gesamtkonzept integriert sind.
Hier wird im Fehlerfall (Überlast, Über- oder Unterschreiten der Versorgungsspannung, Gleichspannung am Ausgang) einfach die Spannungsversorgung der Module gekappt, was den Vorteil hat, dass keine Relais am Ausgang benötigt werden.
Gegenüber den Schaltnetzteilen aus Fernöstlicher Produktion haben die Hypex-Netzteile auch den Vorteil, dass sie der Schutzklasse 2 entsprechen, was schon deswegen erforderlich ist, weil die slimline Geräte nicht über einen Schutzleiteranschluss verfügen.

Als nächstes galt es dann die Gehäusefrage zu klären.
Nein, eigentlich nicht, denn als Basis für die angedachten Endstufen kommen eigentlich nur die Gehäuse des A 301 oder A 501 in Frage.
Da ich für meine slimline Anlage aufgrund des teilaktiven Betriebs der LS 150 zwei Stereo-Endstufen benötige, mussten es natürlich auch zwei Schlachtgeräte sein.
Weil defekte slimline Verstärker nicht so häufig anzutreffen sind, dauerte deren Beschaffung einige Wochen. Außerdem benötigte ich aufgrund der geplanten Schalteranordnung auch noch zwei Kunststoff Inlets aus dem T 301.

Um sicher zu gehen, dass die Kühlkörper der A 301 Gehäuse auch für die Hypex Module ausreichend dimensioniert sind, habe ich einen groben Vergleich des Wärmewiderstands mit ähnlich dimensionierten Strangguss-Kühlkörpern angestellt.
Überschlägig weist der Kühlkörper des A301 ohne Berücksichtigung der verbundenen Gehäuseteile demnach einen Wärmewiderstand von 1,5 K/W auf.
Das sollte in Anbetracht des sehr hohen Wirkungsgrads von 92% bei Volllast auch für zwei Module passen.
Die Befestigung der Module erfolgt mittels eines zusätzlichen Flachprofils mit den Maßen 35x195mm. Es ist einerseits mit drei Gewindebohrungen M4 für die Verschraubung am Kühlkörper, und andererseits mit 4,5mm Sacklöchern versehen, die die Inbusschrauben für die Verschraubung mit den Modulen aufnehmen.

Die Gehäuse der slimline Reihe sind von hoher Qualität und bestehen zu großen Teilen aus Alu-Druckguss. Einziger Wermutstropfen sind die mit Alufolie kaschierten Pappböden.
Um eine solide Grundlage für die neuen Einbauten zu schaffen, sollten die Gehäuse also einen massiven Boden aus Aluminium bekommen. Schon bei meinem Satelliten-Receiver habe ich das so realisiert.
Beim jetzigen Projekt war die Sache allerdings etwas einfacher, weil hier, aufgrund des modularen Aufbaus und der kleineren Platinen, weniger Material am Gehäuse entfernt werden musste. Lediglich die Haltelaschen für die Pappböden mussten entfernt, bzw. nachgearbeitet werden.
Die neue Grundplatten habe ich mit LibreCad gezeichnet. Um eine ausreichende Belüftung der Netzteil- und Verstärkermodule zu gewährleisten, habe ich mehrere Reihen Lüftungsschlitze vorgesehen.
Die Grundplatte ist mehr oder weniger universell ausgelegt. So können statt der Hypex Module auch andere Verstärkerplatinen, und statt der Schaltnetzteile auch zwei Ringkerntransformatoren montiert werden. Das dann erforderliche lineare Netzteil muss in diesem Fall so aufgebaut werden, dass es in der Mitte des Gehäuses, zwischen der Front und den Verstärkermodulen eingebaut werden kann.
Gefertigt wurden die Grundplatten aus 4mm Alu-Blech bei der Fa. Seeger Laser, mit der ich schon bei früheren Projekten zusammen gearbeitet hatte.
Die im A 301 für die Befestigung der Elektronik vorgesehenen Löcher werden auf 3,3mm aufgebohrt und dann M4 Gewinde geschnitten. Hier kann dann die neue Bodenplatte mit Linsenkopfschrauben M4x10 von unten befestigt werden. 
Zusätzlich wurde sie, nachdem an den Kontaktflächen am Gehäuse der Lack entfernt war, mit Zweikomponentenkleber verklebt.
Im Bereich des Ausschnitts für den Pappboden sind die Gussteile des A301 Gehäuses nicht abgefräst oder anderweitig nachgearbeitet. Der Ausschnitt ist also nicht überall völlig maßhaltig. Auch sind die Kanten teilweise rechtwinklig und teilweise abgerundet ausgeführt. Aus diesem Grund habe ich die neue Bodenplatte so fertigen lassen, dass, abgesehen von der Vorderseite, überall ein bis zwei Milimeter Abstand zum Gehäuse bestehen bleibt. Diese Schlitze wurden abschließend verspachtelt.

Das Gehäuse bekommt zwar eine neu gefertigte Haube (dazu weiter unten mehr), trotzdem benötigt man aber die Führung für den Knopf des Netzschalters. Da ich an dieser Stelle lediglich einen zweiten Schalter für die Muting Funktion und eine LED unterbringen wollte, habe ich den linken Teil des Kunststoffeinsatzes der T 301 Frontplatte hierfür genutzt. Den nicht benötigten Teil habe ich einfach mit einer fein gezahnten Säge abgetrennt und die Schnittstelle dann mit der Feile geglättet.
Was an diesem Teil dann nur noch fehlt, ist die 2mm Bohrung für die Status LED. Praktischerweise befindet sich auf der Rückseite, genau in der Mitte zwischen den beiden Knöpfen, der Abdruck eines Auswerfers der Spritzgussform, was das Bohren an der richtigen Stelle sehr erleichtert.

Damit das modifizierte Kunststoffteil am Gehäuses befestigt werden kann, bedarf es noch einer kleinen Änderung am Alurahmen des A 301. Hier muss so viel Material entfernt werden, dass die verbliebene Haltenase am Rahmen eingreifen kann. Sinnvollerweise sollte man diese Nut anbringen bevor man die Bodenplatte verbaut.

Das Anschlussfeld für die Lautsprecher am A 301 sitzt hinter der Sicherungs- und Netzschalterplatine. Es bietet einen Kopfhöreranschluss und vier DIN Buchsen, die für die Leistungsabgabe des neuen Verstärkers natürlich völlig unter dimensioniert sind.

Haube

Nachdem nun alle Punkte hinsichtlich der Gehäuse geklärt waren, konnte es an die Details hinsichtlich der verbauten Elektronik gehen.
Zwar sind Verstärker- und Netzteilmodule aufeinander abgestimmt und es gibt sogar vorkonfektionierte Kabelsätze, aber die Anordnung in den slimline Gehäusen erforderte eine Längenanpassung der Kabel. Bei den Steckverbindungen handelt es sich um Standardware von XXX, sodass es problemlos möglich war, Crimpkontakte nachzukaufen und die Kabel meinen Bedürfnissen anzupassen.
Hier konnte dann auch gleich berücksichtigt werden, dass die Endstufen eine Muting Taste auf der Front gekommen sollten. Diese Funktion ist über die Steuerleitung zwischen den Netzteilen und den Verstärkermodulen realisiert.

Ein klein wenig Eigenleistung war im Bereich der Elektronik dann aber doch noch gefragt. Dies betraf im wesentlichen die Punkte Einschaltstrombegrenzung und Fehlersignalisierung.
Die Schaltungen für diese Aufgaben habe ich auf einer gemeinsamen Platine im linken Teil des Gehäuses untergebracht. Auf der gleichen Platine sitzt auch der neue Netzschalter.
Hier das Schaltbild, das der Platine zu Grunde liegt.

SCHALTBILD

Zunächst zur Einschaltstrombegrenzung:
Obwohl die verbauten SMPS400A400 Schaltnetzteile am 230V Eingang über einen NTC zur Strombegrenzung verfügen, kann es bei der gleichzeitigen Verwendung von mehr als zwei dieser Netzteile dazu kommen, dass der Sicherungsautomat im Lichtnetz auslöst. Dies wurde mir auch vom Hersteller so bestätigt.
Da ich zwei Stereo-Endstufen gleichzeitig betreiben möchte, galt es also den Einschaltstrom zuverlässig zu begrenzen.
Hierzu habe ich auf eine bewährte Schaltung zurückgegriffen, die mit wenigen Bauteilen auskommt.
Wird der Verstärker über den Netzschalter S101 oder das Fernschaltrelais RE101 eingeschaltet, werden die Netzteile zunächst über fünf Hochlastwiderständen (R103 ... R107) mit Spannung versorgt. Nach einer Verzögerung von einigen hundert Millisekunden, die über die beiden Elkos C103 und C104 bestimmt wird, zieht dann das Relais RE102 an und verbindet die Netzteile direkt mit der Netzspannung.
Die Versorgungsspannung für das Relais wird dabei direkt aus der Netzspannung erzeugt und über D102 begrenzt.
Soweit so gut. Was aber passiert im Fehlerfall, sprich wenn das Relais nicht anzieht? In diesem Fall würden die Widerstände dauerhaft mit einem viel zu hohen Strom belastet werden. Aus diesem Grund kommen hier vier nicht brennbare 5W Drahtwiderstände im Karamikgehäuse zum Einsatz. Zusätzlich ist R105 als Sicherungs-Drahtwiderstand (Vitrohm CRF257-4) vorgesehen. Da dieser lediglich eine Belastbarkeit von 4,3W besitzt, ist sichergestellt, dass er im Überlastfall kontrolliert durchbrennt.  

Auf den UcD400 Modulen ist jeweils eine blau LED montiert die signalisiert, ob das Modul störungsfrei arbeitet.
Nun wollte ich aber einerseits keine blaue Innenbeleuchtung ;-) und andererseits sollte auf der Front ersichtlich sein, ob etwa eine Schutzschaltung angesprungen ist.
Um diese Anforderungen in das Designkonzept der slimline Reihe zu integrieren, habe ich oberhalb des Netzschalters, also an der gleichen Position wie beim AC 701, eine LED verbaut.
Betriebsbereitschaft wird hier grün, eine Störung durch einen Wechsel auf rot angezeigt.
Da im Handel keine rot/grün LEDs in 2mm Ausführung zu bekommen sind, bin ich einem Vorschlag von Uli aus dem Braun-Forum gefolgt und habe eine 3mm LED abgedreht.
Das erspart das Aufkleben eines Lichtleiters, wie ich es bei meinem ST 701 umgesetzt habe.

Zur Ansteuerung der Duo-LED wird natürlich eine kleine Schaltung benötigt.
Zunächst sollte diese über die 20V Hilfsspannung aus einem der beiden Schaltnetzteile versorgt werden. Von Jos Wolthuis von Hypex Electronics erfuhr ich dann aber, dass im Störungsfall das komplette Netzteil, also auch die Hilfsspannung heruntergefahren wird.
Die ursprüngliche Schaltung musste also um ein eigenes Netzteil ergänzt werden.
Da ich noch einen 6V Printtrafo im Bestand hatte, habe ich das Netzteil um diesen herum aufgebaut.
Das Netzteil liefert eine stabilisierte Spannung von 5V
Mit einem 6V Trafo kann es bei der Eingangsspannung für den oft verwendeten LM7805 schon bei einer leichten Unterschreitung der Netzspannung von 230V knapp werden. Deshalb verwende ich hier den Low-Drop Regler LM2940 CT5.0.
Sekundärseitig ist hinter dem Trafo aber zunächst ein Brückengleichrichter B40D von Diotec verbaut. Laut Datenblatt benötigt er bei kapazitiver Last einen Schutzwiderstand >2,0Ω, welcher in der Schaltung mit R208 bezeichnet ist.
Es folgt der Ladeelko C205 und der 4,7µF Tantal Kondensator C206. Im Datenblatt wird dieser für einen stabilen Betrieb des LM2940 empfohlen.
Hinter dem Spannungsregler ist mit C207 ein weiterer Elko von 22µF verbaut. Auch er entspricht den Vorgaben im Datenblatt des LM2940. Zu beachten ist hier, dass sein ESR zwischen 0,1Ω und 1Ω liegen muss.

Doch nun zur eigentlichen Ansteuerschaltung für die LED auf der Frontplatte:
Die LED Anschlüssen der Verstärker-Module sind mit den Steckverbindungen K205 und K206 verbunden.
Um eine vollständige Trennung der von den UcD400 Modulen kommenden Signale zu realisieren, werden sie auf die Eingänge des zweikanal Optokopplers PC827 geführt. Die beiden Widerstände R209 und R210 dienen der Anpassung an die Stromvorgaben aus dem Datenblatt des Optokopplers.
Dessen beiden Ausgänge sind in Reihe geschaltet. An Pin 5 liegt also nur dann eine Spannung an, wenn beide Verstärker-Module betriebsbereit sind.
In diesem Fall wird der grüne Teil der Duo-LED über den Vorwiderstand R213 mit Spannung versorgt und sie leuchtet.
Gleichzeitig wird über R212 die Basis von T1 angesteuert. Dieser schaltet durch und überbrückt der roten Teil der LED, welcher folglich erlischt.

Die LED selbst hat ebenfalls eine keine Platine bekommen, mit der sie hinter der Frontplatte befestigt ist.

Ihren Platz hat sie links vorne

Da das Gesamtkonzept der Endstufen so angelegt werden sollte, dass grundsätzlich auch andere Endstufenmodule, oder auch ein konventionelle Netzteil verbaut werden können, ist eine Einschaltstrombegrenzung vorgesehen.
Zusammen mit dem Relais für die Ferneinschaltung hat sie auf der neuen Netzschalterplatine ihren Platz gefunden.
Die Platine ist mit den Leiterbahnen nach oben montiert. Die größeren Bauteile, wie die Relais und der kleine Hilfstrafo finden ihren Platz oberhalb der Vertiefung im Gehäuseboden, die beim A301 für die Montage des Trafos vorgesehen war.

Was noch fehlte war die Relaiskarte, die für die Ferneinschaltung sorgt. Hier habe ich auf die gleiche Karte von Conrad zurückgegriffen, die ich schon im AF 701 verbaut hatte. Sie findet ihren Platz auf einem Alu-Blech, dass an den von Braun für den Trafo vorgesehenen Befestigungspunkten verschraubt ist.

Erstellen der Beschriftung: in LibreCad, nicht in QCad! Schriftbild passt sonst nicht!

Selbst erstellter Font mit geringerer Laufweite durch reduzierte Zeichenabstände