PA-Endstufe QSC MX1500a

Auf dem OP-Tisch liegt dieses Mal eine PA-Endstufe, eine QSC MX1500a, die bis zu 2x 750W (an 2 Ohm) leisten kann. Wir benutzen sie in der Band als Monitorendstufe, d.h. sie steuert unsere passiven Monitore auf der Bühne an, über die wir uns selbst hören können. Beim letzten Gig hat sie jedoch schlapp gemacht, noch bevor es richtig losging kamen Rauchzeichen und der typische Geruch verbrannter Elektronik aus ihr ... Notgedrungen mussten wir dann ohne Monitore spielen, aber zumindest war es "nur" die Monitorendstufe und nicht eine der Endstufen für die Publikumsbeschallung, sonst wäre der Gig schnell vorbei gewesen!

Raucheffekt integriert

Raucheffekt integriert ...

Ich hab die Endstufe mit zu mir genommen, das Gehäuse geöffnet und sie draußen (aus olfaktorischen Gründen) nochmal eingeschaltet, um zu sehen, woher die Rauchzeichen kommen. Es hat dann aus einer Ecke leicht gebrutzelt, und so war Quelle dann auch sehr schnell auszumachen.

Innenansicht

Im Gerät sind vier kleine, SMD-bestückte Module verbaut, zwei pro Kanal, von denen eines starke Brandspuren aufwies. Zweifellos ist das die Quelle des Rauchs, ob es auch die primäre Ursache ist, musste noch geklärt werden.

Ich hab mir also den Schaltplan der Endstufe besorgt, zum Glück gibt es im Web ein komplettes Service Manual zum Herunterladen. Sehr praktisch, dort ist auch eine Abgleichanleitung enthalten, falls notwendig kann ich den also auch gleich durchführen. Leider gibt es von den Modulen im Service Manual keinen detaillierten Schaltplan, sondern nur ein Blockschaltbild, in den Weiten des WWW bin ich jedoch auch da fündig geworden.

Defektes Modul von vorne
Defektes Modul von hinten

Schaltung und Ursachenforschung

Die Schaltung der Endstufe ist etwas speziell, denn sie hat gegenüber einer klassischen Gegentaktendstufe zwei Besonderheiten (siehe Schaltplanauszug). Zum Einen ist der Verbindungspunkt der Ausgangstransistoren (Q505 bis Q510) nicht die "heiße" Ausgangsseite, sondern die Lautsprechermasse, die gleichzeitig galvanisch mit dem Kühlkörper und somit über das Gehäuse mit dem Erdpotential (Schutzleiter) verbunden ist. Die "heiße" Seite ist der Mittelpunkt der Endstufenversorgungsspannung, die mit der Mittelanzapfung des gewichtigen Netztrafos verbunden ist. Damit das Signal phasenrichtig (z.B. zu anderen, parallel betriebenen Endstufen in einer größeren Anlage) bleibt, arbeitet in der Eingangsstufe ein invertierender Operationsverstärker (NE5532, der Klassiker für Audioanwendungen).

Die zweite Besonderheit ist eine umschaltbare Versorgungsspannung für die Endstufe. Sie arbeitet im Normalfall mit +/-48V, wenn der Ausgangspegel jedoch ansteigt und die Ausgangstransistoren in die Nähe der Sättigung kommen, dann schaltet ein MOSFET (z.B. Q504 im Bild unten) den betreffenden Zweig (positiv oder negativ) auf eine Betriebsspannung von + bzw. -96V um. Dadurch bleiben die Transistoren im linearen Betrieb, und Verzerrungen werden vermieden. Außerdem wird so die Verlustleistung geringer, als wenn die Endstufe ständig an +/-96V laufen würde. Hier gibts noch ein paar gute Erklärungen von QSC dazu.

Auszug aus dem Schaltplan

Genau diesen Schaltungsteil hat es erwischt. Neben dem Modul waren auch Q504 und D502 defekt. Q504 schaltet die Versorgungsspannung um, und D502 entkoppelt die +48V von den +96V. Beide hatten einen satten Kurzschluss zwischen allen Anschlüssen, und somit gelangten die +96V, die am Drain anliegen, in das kleine SMD-Modul, das zur Ansteuerung des MOSFETs dient. Vermutlich sind Q504 oder D502 die primäre Ursache, und das Modul ist dann einfach als Folge davon in Rauch aufgegangen. Die Ursachen für den Defekt können vielfältig sein, Lebensdauerende, spontaner Defekt, eine unsaubere Netzspannung mit hohen Störspannungsspitzen oder vielleicht war auch einfach das Wurzel-Schakra des Netztrafos aus dem Zenith gerutscht ;-)

Reparatur

Da das defekte Modul bis auf die gegenüberliegende Seite der Platine stark verbrannt ist, muss es ersetzt werden. Ich habe in einigen Foren gelesen, dass die Module nur noch schwer verfügbar sind, deswegen packte mich der Ehrgeiz, es einfach nachzubauen. Den Schaltplan hatte ich ja teilweise, und als Muster ist noch das Modul des anderen Kanals verfügbar. Also hab ich den Schaltplan aufgenommen, mit dem zweiten Modul verglichen, und dann in KiCAD gezeichnet und ein passendes Layout erstellt. Wer sich dafür interessiert, kann hier das Projekt inkl. einer Schaltplan-PDF herunterladen.

Nachtrag vom 24.08.2015: Johan aus Belgien hat mich kontaktiert, er hat das Gegenstück benötigt, sprich das Modul für die negative Seite. Auch er hat sich einen Schaltplan nachgezeichnet, den ihr euch hier ansehen könnt.

Original und Fälschung

Das Bild zeigt links das funktionierende Modul des anderen Kanals, und rechts meinen Nachbau. Das Layout ist leicht unterschiedlich, da sich so ein paar Brücken vermeiden ließen, außerdem ist es nach oben etwas größer, was aber vom Platz kein Problem darstellt. Etwas schwierig war es, alle Transistoren und Dioden eindeutig zu identifizieren, hier hat es etwas Hilfe aus dem mikrocontroller.net-Forum gegeben. Vielen Dank dafür!

Neben dem Modul, der Diode und dem MOSFET hab ich sicherheitshalber auch noch C511 getauscht, dieser 50V-Elko hat durch die defekte Diode die vollen 96V abbekommen. Seine Messwerte waren zwar in Ordnung und er zeigte auch keine äußerlichen Schäden, aber sicher ist sicher. Außerdem habe ich noch R505 ersetzt, dieser ist in der Nähe des SMD-Moduls und war äußerlich auch etwas lädiert (wenn auch messtechnisch in Ordnung).

Inbetriebnahme

Das erste Wiedereinschalten hab ich sicherheitshalber am geöffneten Fenster gemacht, nicht dass es doch noch unangenehme Überraschungen gibt ;-) Es lief aber alles gut, der Lüfter läuft an, und nach kurzer Zeit klacken die Relais und die grünen PWR-LEDs gehen an. Soweit, sogut. Aber sicherheitshalber will ich doch noch einen Dauertest fahren und die Endstufe einige Zeit unter Last laufen lassen.

Dauertest an Dummy-Load

Dazu hab ich meine Audio Dummy-Load benutzt und die Endstufe mal bei 100W (Sinus) pro Kanal einige Zeit arbeiten lassen. Sieht soweit super aus, das neue, nachgebaute Modul verhält sich genau wie das des anderen Kanals, ab etwa 75 Watt beginnt eine der roten LEDs leicht zu leuchten. Auch das Ausgangssignal, ein schöner Sinus, vorgegeben vom Funktionsgenerator, sieht auf dem Oszi sauber aus. Das sieht gut aus!

Aber ups, was ist das? Plötzlich schaltet der andere Kanal (nicht der frisch reparierte) ab und die rote PROT(ection)-LED geht an?? Offensichtlich die Übertemperaturabschaltung, der Kühlkörper ist auf der Seite dieses Kanals auch recht warm, gerade dass ich ihn noch mit der Hand anfassen kann. Aber hey, die Endstufe hat 2x 750W, das sollte sie doch packen? Sie hat dann nachdem ich den Gain-Regler auf Linksanschlag gedreht hab auch nicht mehr wieder eingeschaltet, sondern blieb dauerhaft auf Protection, und der Kühlkörper kühlte kaum ab.

Ich hab dann laut Abgleichanleitung im Service Manual den Ruhestrom beider Kanäle überprüft, der reparierte Kanal war in Ordnung, beim anderen Kanal jedoch war dieser viel zu hoch. Ich hab die Endstufe abkühlen lassen und im kalten Zustand erneut gemessen, gleich nach dem Einschalten war der Ruhestrom ok, stieg jedoch dann langsam auf einen viel zu hohen Wert an. Hm, da ist wohl doch noch was nicht in Ordnung ...

Ruhestrom läuft davon

Einen Großteil der Schaltung hab ich dann mit dem Multimeter überprüft, ohne einen Fehler zu finden. Es schien alles recht normal zu sein. Die Ansteuerung der Endstufentreiber war ok und blieb relativ konstant, kein Grund für einen ansteigenden Ruhestrom. Warum also sollte der Ruhestrom "von selbst" langsam ansteigen, wie kann das sein? Eigentlich kann es, wenn in der Schaltung nichts offensichtlich fehlerhaft ist, nur eine Erklärung dafür geben: Temperatur. Also hab ich mal den Kontakt der Endstufentreibertransistoren mit dem Kühlkörper geprüft, und siehe da, einer war locker! Ich hab dann die Haltefeder des Kühlkörpers etwas zurechtgebogen und die Schrauben fest angezogen, so dass der Kontakt wieder passt. Heureka: der Ruhestrom bleibt stabil!

Folgendes ist also passiert: Durch den fließenden Ruhestrom hat sich der Treibertransistor aufgrund fehlendem Kontakt zum Kühlkörper stärker erhitzt, und dadurch hat er weiter aufgesteuert und der Ruhestrom ist davongelaufen. Schon verrückt, wie in der Elektronik alles zusammenspielt :-)

Optimierung

Zum Schluss und vor dem finalen Zusammenbau hab ich noch eine kleine Optimierung durchgeführt, als Ausgang hatte die Endstufe ausschließlich Schraubklemmen. Ich hab dann noch zwei Speakon-Buchsen spendiert, die auch bei unseren anderen Endstufen im Einsatz sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, im Fall des Falles schnell auf eine andere Endstufe umzustecken. Außerdem sind die Teile äußerst robust und sehr praktisch.

Speakon-Anschlüsse innen

Die Anschlüsse an den Speakon-Buchsen sind gelötet und mit Schrumpfschlauch versehen, an den bestehenden Schraubklemmen hab ich Ösen aufgecrimpt und an die Klemmen mit angeschraubt. Die Gehäuseausbrüche für die Speakon-Buchsen sind sogar schon vorhanden, sie waren nur von einem Aufkleber überklebt. Offensichtlich hatte QSC die schon mal vorgesehen, aber nicht eingebaut ...

Speakon-Anschlüsse außen

Fazit

Die Endstufe ist damit wieder fit und dem nächsten Einsatz steht nichts im Weg. Wir haben sie probeweise bereits bei mehreren Bandproben als Gesangs- und Keyboardendstufe eingesetzt, was sie auch problemlos mitgemacht hat.

Es darf also wieder gerockt werden! :-)