Ausgangsfilterkomponenten Breaking Class D Amplifier Chip

Hallo, ich entwerfe eine Verstärkerplatine der Klasse D mit dem Verstärkerchip TPA3122D2. Ich plane, meine Schaltung auf dem Schaltplan des Evaluierungsboards zu basieren:Vollständiger Schaltplan

Ich habe Komponenten mit den gleichen Werten gekauft, die im Schaltplan angegeben sind, und versucht, die Schaltung auf einem Steckbrett aufzubauen. Ich bin jedoch auf ein Problem gestoßen, das ich auf die hier gezeigte Ausgangsfilterschaltung isoliert habe:Ausgangsfilterschaltung

Bevor ich den LOUT-Ausgangspin mit dem Ausgangsfilter verbunden habe, habe ich den LOUT-Pin mit einem Oszilloskop überprüft und das hochfrequenzmodulierte Audiosignal gesehen, das ich an einem Klasse-D-Ausgang erwarten würde. Zu diesem Zeitpunkt sah die Ausgangsschaltung so aus:Kein Filter ausgeben

Ich habe dann versucht, den Ausgang ohne angeschlossenen Lautsprecher an den Ausgangsfilter anzuschließen, woraufhin der Chip zu überhitzen begann und das Signal am LOUT-Pin verschwand. Danach wird der Chip frittiert und überhitzt, wenn ihm Strom zugeführt wird. Dies konnte ich mehrmals wiederholen. An der Stelle, an der der Chip bricht, sieht die Ausgangsschaltung so aus:Ausgangsfilter Kein Lautsprecher

Ich habe auch versucht, den Ausgangsfilter an einen neuen Chip ohne den Kondensator an Masse anzuschließen, an welchem ​​​​Punkt der Chip nicht bricht:Ausgangsfilter Kein Lautsprecher Keine Kap

An diesem Punkt bin ich mir ziemlich sicher, dass das Problem bei meiner Auswahl entweder der L_FILTER- oder der C_FILTER-Komponente besteht, die unten hervorgehoben wird:Problemkomponenten

Das EVM-Board verwendet die folgenden Komponenten:

Induktor: A7503AY-220M Datenblatt (nicht im Handel erhältlich)

Kondensator: Kondensator, Metallpoly, 0,68 µF, 63 V, B32529C684J

Beim Aufbau der Schaltung habe ich verwendet:

Induktivität: DR0608-223L

Ich habe mich für diesen Induktor entschieden, weil er die gleiche DC-Nennleistung und fast den gleichen maximalen DC-Widerstand (78 mOhm gegenüber 97 mOhm) hatte.

Kondensator: 50 V 0,68 uf Keramik

Ich habe diesen Kondensator verwendet, weil ich ihn zur Hand hatte und hoffte, SMT-Keramikkappen zu verwenden, wo immer dies möglich ist, um die Herstellung zu vereinfachen.

Fazit :

Gibt es eine notwendige Bewertung, die ich in einer dieser beiden Komponenten vermisse, die dazu führt, dass der Verstärkerchip auf diese Weise bricht? Auf welche Bewertung muss ich achten? Wie kann ich sicherstellen, dass ich die richtigen Komponenten auswähle, damit die Schaltung funktioniert?

Ich möchte das gerne nachvollziehen, da ich die Komponenten aus der EVM nicht verwenden möchte. Der Induktor ist bei Mouser oder DigiKey nicht verfügbar, und ich würde gerne einen Kondensator mit kleinerem Platzbedarf für meine spätere Leiterplatte finden.

Haftungsausschluss für Paare :

Ich habe die Schaltung mehrmals überprüft und bin mir sicher, dass sie korrekt auf dem Steckbrett aufgebaut ist. Mir ist auch bewusst, dass Steckbretter für Hochfrequenzschaltungen nicht ideal sind, aber ich suche nur nach Proof of Concept, nicht nach audiophiler Qualität.

Ich habe auch das EVM für diese Komponente erworben und getestet, ob die Komponente funktioniert, wenn die richtige Schaltung gegeben ist.

Ich habe eine Sinuswelle mit Line-Pegel zum Testen des Audioeingangs verwendet. Dieses Problem tritt auf, unabhängig davon, ob ich dem Verstärker Eingaben gebe oder nicht.

Danke!

Cfilter muss mindestens 4 Ohm in Reihe haben
Ich denke, Sie brauchen eine Induktivität mit niedrigerer Frequenz - versuchen Sie, in Mouser zu suchen, einschließlich des Wortes „Audio“ in Ihrer Induktivitätssuche, und Sie werden einige finden, die speziell für Klasse D entwickelt wurden.
Ich denke, Sie könnten Probleme mit den Keramikkondensatoren bekommen. Das Evaluierungskit spezifiziert metallisierte PET-Folienkondensatoren. An anderen Stellen wird Keramik verwendet, aber die Ausgangsfilterkappen sind Filmkondensatoren.
Klasse b ? Tippfehler?
@ Sunnyskyguy EE75 Warum braucht es 4 Ohm in Reihe? Zur Verdeutlichung, die Schaltung hat das gleiche Problem, wenn ein Lautsprecher an den Ausgang angeschlossen ist. Außerdem läuft die EVM-Platine, bei der es sich um dieselbe Schaltung handelt, nur um eine andere Komponentenauswahl und ein anderes PCB-Layout, ohne angeschlossene Last. Ich glaube nicht, dass das stimmt. Außerdem, ja, es ist ein Tippfehler, danke, dass du das aufgefangen hast!
@JRE Das war einer meiner Gedanken. Wissen Sie, warum speziell die Schaltung eine metallisierte Folienkappe benötigen könnte?
Die SRF-Bewertung von L sollte >> 1 MHz sein. Nachdem ich Ihre Schaltung modelliert hatte, stellte ich fest, dass ich sie ohne die 4 Ohm zum Erhöhen der HF-Impedanz zum Laufen bringen konnte. Der Wärmeverlust ist auf einen niedrigen X (f) hohen Resonanzstrom zurückzuführen. Siehe meine Antwort
@John Birckhead Wenn ein Induktor mit niedrigerer Frequenz benötigt wird, warum sollte der Schaltplan einen 22uH erfordern? Gibt es eine Frequenzbewertung für Induktivitäten, die von ihrem Wert Henries getrennt ist? Werde mich mit audiospezifischen Induktivitäten befassen
@ Sunnyskyguy EE75 Hmmm ... Wie finde ich die Eigenresonanzfrequenz eines Induktors? Das scheint kein Parameter in der Mouser- oder DigiKey-Suche zu sein und wird in keinem der Datenblätter erwähnt, die ich gefunden habe.
Wenn Sie DCR und SRF nicht finden, wählen Sie einen Teil, der mit dem maximalen Strom übereinstimmt
Ich habe gelesen, dass Ihre Induktivitätsverbindung 22 uH SRF = 16 MHz ok lautet, aber wenn Sie 20 nF darüber legen, erzeugt dies eine Kerbe bei der PWM-Frequenz von 250 kHz. Die Masseinduktivität simulierte Ihr Layout mit 5 cm Draht zum Entkoppeln von V +/- Kappen . vielleicht ist es schlimmer. Wenn Sie sich nicht genau an das PCB-Design-Kit halten und versuchen, diese Effekte zu verstehen, müssen Sie mit Ärger rechnen.
Gerade bemerkt. Sie sagten, Sie hätten es ohne Lautsprecher versucht, und der Chip sei kaputt gegangen. Schon mal mit einem Lautsprecher probiert ? Oder zumindest eine Dummy-Last (Widerstände mit geeignetem Widerstand und Nennleistung?)
Wenn Sie das Datenblatt auf Ihrem Induktor überprüfen, garantiert es nur 22 uH bis hinunter zu 10 KHz. Sie können dies überprüfen, indem Sie den Induktor in Ihr Evaluierungsboard einbauen und sehen, ob er ein Problem verursacht.

Antworten (3)

Klasse "D"-Verstärker wie SMPS können nicht in ein Steckbrett geworfen werden, um Arbeit zu machen. Die gegenseitige Kopplung von Drähten aus Spulenstrom und 10 nH/cm kann einen großen Unterschied in Funktion oder Ausfall ausmachen.

Ich habe mit ihrem Design experimentiert, um zu sehen, warum und theoretisch sollte es nicht oszillieren, aber in Ihrem Layout tut es das.

Ein weiterer Tankkreislauf scheint zu helfen.

Aber wir brauchen mehr Details zu Ihren Designunterschieden.

Hier können Sie simulieren Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aber während Sie diese Werkzeuge und Auswirkungen von Antiresonanzströmen lernen, ist es ratsam, einen einstellbaren DC-Strombegrenzer für Prüfstandstests zu haben, um gebratene Teile zu sparen.

Dieser Schnittpunkt von RLC stimmt mit den Simulationen überein

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich bin mir nicht wirklich sicher, was diese Simulationen zu präsentieren versuchen. Warum fügen Sie kleine Widerstände und Induktivitäten in die Schaltung ein?
Ich suche nach Lasteffekten oder Resonanzen, die dazu führen, dass Ihr IC verbrennt. Wenn Sie dies entwerfen möchten, müssen Sie diese Simulationen verstehen
Okay, wonach genau suchen Sie in diesen Simulationen? Resonanzfrequenzen? Das obere Diagramm sieht aus wie eine Equalizer-Reaktionskurve, die recht einfach erscheint. Was stellt das unbeschriftete untere Diagramm dar?
Das ist Ihr Ausgangsfilter mit 4 oder 8 Ohm. Das RLC-Nomogramm zeigt die Impedanzen jedes Teils gegen f mit roten Linien. 200 mOhm ist der FET-Treiber. die keine Last Q auf dem 2. Diagramm erhöht> auf dem Nomogramm LC schneidet sich bei 5 Ohm bei 40 kHz, was die Spitze auf dem 2. Diagramm ist. Das bedeutet, dass jedes Signal bei 40 kHz scheinbar um 15 dB verstärkt wird. Ihrer Frage fehlen jedoch viele Daten für Messungen

Ich poste dies als Antwort, weil ich noch nicht das nötige Mojo habe, um einen Kommentar hinzuzufügen. Und ja, mir ist klar, dass dies ein sehr alter Beitrag ist. Aber ich bin auf das gleiche Problem gestoßen (obwohl meine statt Chips zu braten, mit einem unverwechselbaren Tick-Tick-Tick-Geräusch heruntergefahren wird), und dies ist eine der wenigen Webressourcen, die ich gefunden habe, die das Problem tatsächlich identifiziert .

Meine Lösung für das Problem: Entfernen Sie den EMI-Filter.

Es funktioniert und wird von TI als plausible Möglichkeit zur Kostensenkung in diesem PDF dokumentiert: https://www.ti.com/lit/an/slyt198/slyt198.pdf

Die wichtigsten Erkenntnisse aus dem Dokument sind: Der Ruhestrom wird zunehmen, und es ist ratsam, die Lautsprecherkabel kurz zu halten und einen Treiber mit hoher Induktivität zu verwenden. Wenn Sie so etwas wie Aktivlautsprecher bauen, sind Ihre Leitungen kurz. Wenn Sie einen Gitarren- oder Bassverstärker mit einem großen Treiber bauen, ist Ihre Induktivität hoch.

Ich habe einen brückengebundenen Monoverstärker konfiguriert und alle Komponenten, die Sie in Ihrem Schaltplan haben, wurden entfernt, mit Ausnahme des 0,22-u-Bootstrap-Kondensators. Es sitzt auf einem Steckbrett, das ein altes 3,5-Zoll-8-Ohm-Radio-Shack-Fullrange-Special antreibt, und funktioniert einwandfrei.

Sparen Sie sich die Kopfschmerzen, überspringen Sie den Filter.

Ich weiss. Es ist zu spät. Ich habe auch Class-D-Verstärker ausprobiert. Was ich verstehe, ist, dass die Filterinduktivität nicht in der Lage ist, so viel Strom ohne Kernsättigung durchzulassen. Wenn Sie einen 0,68-uF-Kondensator nach der Induktivität hinzufügen, wird ein enormer Strom durch das LC-Netzwerk geleitet, da der größte Teil der Versorgungsspannung (Hochfrequenzkomponente) über der Induktivität erscheint. Der Induktorstrom beginnt mit einer Rate proportional zur Versorgungsspannung anzusteigen. Wenn die Schaltfrequenz oder Induktivität nicht hoch genug ist, kann der Induktorstrom den Sättigungsstrom des Kerns erreichen und seine Permeabilität verschwindet, was zu einem Kurzschluss führt, der die MOSFETs durchbrennt. selbst wenn keine Kernsättigung vorliegt, kann der Induktor zu heiß werden, wenn er hinsichtlich Kernverlust oder Gleichstromwiderstand von schlechter Qualität ist. Sie müssen entweder einen Induktor von guter Qualität kaufen oder einen (vorzugsweise bifilaren oder trifilären) mit verlustarmem Ringkern wickeln. In manchen Fällen ist das LC-Filter auf die Schaltfrequenz abgestimmt oder sein Oberschwingungsleerlaufstrom wird höher sein. Der Einbau eines 0,68-uF-Kondensators hebt tatsächlich einen Teil der induktiven Reaktanz auf, was zu einer Erhöhung des Leerlaufstroms führt. Sie können dies überprüfen, indem Sie die Spannung über der Induktivität / dem Kondensator messen. Sie werden eine höhere Spannung als die Versorgungsspannung an ihnen sehen.

Der von Ihnen gewählte Kondensator ist MLCC. Sie sind stark nichtlinear. Ihre Kapazität variiert mit der angelegten Spannung. Sie müssen einen Nicht-Keramik-Folienkondensator für eine bessere Linearität wählen.

Ausgangsfilterkomponenten Breaking Class D Amplifier Chip
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