Entwurfskriterien für ein Ausgangs-LC-Filter

Beim Entwerfen eines Ausgangsfilters für einen einfachen Klasse-D-Verstärker bin ich mir bei der Dimensionierung der Komponenten nicht sicher. Gegeben:

  • Grenzfrequenz von etwa 50 kHz
  • der Gleichstromwiderstand der Induktivität kann bei dieser Frage vernachlässigt werden
  • die Last ist 8Ω, für diese Diskussion rein ohmsch
  • diese Architektur:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Mittenfrequenz für das LC-Filter ist:

F C = 1 2 π L C

Mögliche Lösungen sind (aber nicht beschränkt auf):

L C 220 μH 47 nF 22 μH 470 nF 2.2 μH 4.7 μF 220 nH 47 μF

Was sind die richtigen Designkriterien für die Auswahl einer größeren oder kleineren Induktivität / eines kleineren oder größeren Kondensators?

Was ist Ihre PWM-Frequenz?
@Andyaka Ich möchte die Wahl der PWM-Frequenz im Vergleich zur Grenzfrequenz nicht diskutieren, diese Designentscheidung ist wahrscheinlich eine eigene Frage wert. Die PWM-Frequenz ist viel höher als die 50 kHz.
Ah, wenn es nur so einfach wäre - an der Stelle, an der die Filterabschaltung möglicherweise eingestellt ist, möchten Sie vielleicht untersuchen, wie die Lautsprecherimpedanz aussieht (insbesondere wenn die Umschaltung unter 200 kHz liegt) - dies könnte eine weitere Resonanzspitze verursachen, die näher liegt Ihre PWM-Frequenz. Bei weit über Audiofrequenzen kann ich mir vorstellen, dass der Lautsprecher wie eine Induktivität wirkt - das ist mein Grund, den Typen zu fragen, weil Sie sich nicht mehr auf die 8 Ohm zur Dämpfung verlassen können. Welche Ausgangsleistung ziehen Sie in Betracht oder können Sie herausfinden, ob die Induktorsättigung ein Problem darstellt?

Antworten (1)

Sie müssen die Belastung berücksichtigen, die der Lautsprecher für Ihr LC-Filter erzeugt. Es ändert die Reaktion des Filters. Unten sind die Ergebnisse der mit LTspice durchgeführten Simulation für verschiedene Werte von L und C (wobei das LC-Produkt nahezu konstant gehalten wird):

Simulationsergebnisse für verschiedene L- und C-Werte (bei konstantem LC-Produkt)

Wie Sie sehen können, ergeben von den getesteten Werten 330 nF, 33 µH die besten Ergebnisse (ich habe diesen Satz von Werten basierend auf Simulationsergebnissen hinzugefügt).

L C Farbe 220 μH 47 nF violett 33 μH 330 nF türkis 22 μH 470 nF Rot 2.2 μH 4.7 μF Blau 220 nH 47 μF Grün

Aus Sicht des Lautsprechers (R1) haben wir eine parallele RLC-Schaltung. Sein Q-Faktor wird durch die Formel definiert:

Q = R 1 C 1 L 1

Für C1=330nF, L1=33µH ist der Q-Faktor gleich 0,8

Die optimale Lösung wird diejenige sein, für die jedes Q gleich 1 ist.

Sehr hilfreiche Antwort, im Grunde dämpft die Last die Resonanz der LC-Kombination und das muss ausgerichtet werden.
Ja genau. Wenn man theoretischen Hintergrund liefern möchte, sollte es notwendig sein, den Q-Faktor der RLC-Schaltung zu analysieren, die durch L1, C1 und R1 (Lautsprecher) erzeugt wird. Für den höchsten Wert von L1 verhält sich die Schaltung fast wie ein Tiefpass-RL-Filter, bestehend aus L1 und R1 (der Einfluss von C1 ist erst oberhalb von 300 kHz sichtbar).
Wenn Sie verschiedene Lautsprecher ansteuern, denken Sie daran, dass nicht alle 8-Ohm-Lasten sind und die meisten HiFi-Lautsprecher LC-Filter als Frequenzweichen verwenden. Es kann sich also lohnen, die Simulation mit verschiedenen Lautsprechermodellen (4 Ohm, 8 Ohm und einer typischen Frequenzweiche) erneut durchzuführen, bevor Sie eine endgültige Entscheidung treffen.
Entwurfskriterien für ein Ausgangs-LC-Filter
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v