Klasse-D-Verstärker-Woofer-Filterdesigns

Die beiden LPF-Stufen, die Sie in Ihrer Frage erwähnen - die 200-Hz-Frequenzweiche und der Ausgangsfilter nach der H-Brücke - dienen unterschiedlichen Zwecken, die voneinander unterschieden werden sollten. Sie sollten der Versuchung widerstehen, diese einfach zu 1 zu "zusammensetzen". Erstellen eines Ausgangs-LPF mit einer Grenzfrequenz von 200 Hz. Lassen Sie mich erklären, warum:

Die 200-Hz-Tiefpassweiche dient dazu, höherfrequente Audioinhalte, die Ihr Woofer nicht wiedergeben kann, aus Ihrem Signal zu entfernen und sorgt in Kombination mit Mittelhochtonlautsprechern mit entsprechender Hochpassweiche für einen kontrollierten Übergang zwischen den Frequenzbereichen vom Woofer und den Mittelhochtonlautsprechern abgedeckt. Die altmodische Lösung ist eine passive Frequenzweiche, die zwischen der Verstärkerstufe und dem Lautsprecher sitzt und aus großen, leistungsstarken Filterkomponenten besteht. und um richtig zu funktionieren, muss die Frequenzweiche in Verbindung mit einem Zobel-Netzwerk eingebaut werden - einem weiteren Satz von Komponenten, die darauf abzielen, den frequenzabhängigen reaktiven Teil der Impedanz zu kompensieren und den Lautsprecher so erscheinen zu lassen, als wäre er eine ohmsche Last die passive Frequenzweiche - dies ist wichtig für eine kontrollierte Filterantwort, da ein passives Filter durch die an ihm angebrachte Impedanz belastet wird, die seine Antwort beeinflusst. Die einfache moderne Lösung, die in Systemen wie Aktivlautsprechern üblich ist, ist eine aktive Frequenzweiche irgendwo in der Kleinsignalstufe (vor der Verstärkung). Wie im Kommentar von @Majenko erwähnt, ist es eine gute Option, diesen Tiefpass in den Vorverstärker einzubauen, er kann je nach Vorverstärkerschaltung auch direkt danach kommen. Ich würde nicht empfehlen, den Tiefpass vor dem Preamp zu haben, denn für ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis ist es typischerweise besser zu verstärken als zu dämpfen, nicht umgekehrt, und außerdem hat eine gut benommene Audio-Eingangsschaltung eine hohe Eingangsimpedanz (z. B. 10 kOhm), die innerhalb des flach ist Audioband - etwas, das eine Vorverstärkerschaltung bieten kann, ein passiver Tiefpass am Eingang jedoch nicht. Möglicherweise möchten Sie hier auch einen Hochpass haben, um Gleichstrom und sehr niedrige Frequenzen zu blockieren.

Der Ausgangsfilter nach der H-Brücke hingegen dient dazu, die Schaltfrequenz und den gesamten PWM-Anteil zu entfernen, sodass nur das gewünschte Signal übrig bleibt. Es gibt keine andere Wahl, als ein Ausgangsfilter passiv zu machen - es muss nach der Schaltstufe erscheinen, was bedeutet, dass große Filterkomponenten verwendet werden müssen, und es bedeutet, dass das Filter anfällig für dieselben Belastungsprobleme ist, wie oben für das Passiv erwähnt Frequenzweichen. Dies ist ein häufiges Problem beim Design von Klasse-D-Verstärkern - unterschiedliche Lasten verursachen unterschiedliche Reaktionen im Ausgangsfilter, das unbelastete Filter hat eine scharfe Resonanzspitze, die abfällt, wenn die Lastimpedanz abnimmt,

Die Belastungsabhängigkeit des Ausgangsfilters ist kein so großes Problem, wenn Sie sicherstellen, dass die Grenzfrequenz des Filters deutlich höher ist als die höchste Frequenz des wiedergegebenen Signals - auf diese Weise beeinflusst das Filter den Frequenzgang in Ihrem Bereich nicht sehr von Interesse. Hier ist also ein unmittelbarer Grund, Ihren Ausgangsfilter nicht als Frequenzweiche zu verwenden - andernfalls reproduziert Ihr PWM-Ausgang höherfrequente Inhalte in Ihrem Signal, die Sie mit Ihrem Ausgangsfilter herauszufiltern versuchen, was nicht zu einer Kontrolle führt Filterantwort - nicht nur das, Sie sollten auch nicht zulassen, dass Ihre PWM-Stufe ein Signal bei oder in der Nähe der Filterresonanzfrequenz ausgibt, da das Ausgangsfilter (insbesondere im unbelasteten Zustand) bei Resonanz eine sehr niedrige Impedanz für die H-Brücke darstellt.

Vergessen Sie nicht, dass die Grenzfrequenz des Ausgangsfilters auch deutlich niedriger als die Schaltfrequenz sein muss, um wirksam zu sein. Eine allgemeine Richtlinie für den Anfang ist, dass die Grenzfrequenz etwa 10x (oder mehr) niedriger als die Schaltfrequenz ist (was eine Dämpfung von 20 dB bei der Schaltfrequenz ergibt) und etwa 2x (oder mehr) höher als die höchste Frequenz in Ihrem Signal . Wenn Sie dies anwenden, wird die Grenzfrequenz Ihres Ausgangsfilters auf einen Wert zwischen 400 Hz und 3 kHz begrenzt, was viel Spielraum bietet und etwas weniger einschränkend ist als die typische Fullrange-Audio-Class-D-Anwendung. Ich würde vorschlagen, dass Sie versuchen, innerhalb dieses kleinen Fensters eher nach unten als nach oben zu gehen, oder so niedrig, wie es praktisch ist, wenn Sie Einschränkungen hinsichtlich der Größe / des Preises der Komponenten haben. Das liegt daran, dass du es nicht tust

Hoffe das hilft!

Sie benötigen einen Antialiasing-Filter vor Ihrem ADC. Der Filter wird komplexer, je nachdem, wie nahe Sie der Hälfte der Abtastfrequenz kommen. Wenn Sie beispielsweise mit 10 kHz oder 44 kHz abtasten, ist der Filter für eine Bandbreite von 200 Hz einfach. Wenn Sie mit 500 Hz sampeln, wird es nicht so einfach sein. Dies kann ein aktives Filter sein, es muss jedoch ein analoges Filter sein. Sobald das Signal digitalisiert ist, ist es zu spät, Aliasing zu verhindern.

Normalerweise hätten Sie am Ausgang der H-Brücke auch einen passiven LPF, da Sie sonst überall viel EMI übertragen würden. Eine hohe PWM-Frequenz bedeutet, dass der Filter einfacher sein und weniger teure und sperrige Teile verwenden kann. Es ist vorzuziehen, die PWM-Frequenz über dem hörbaren Bereich zu halten, damit die Induktivitäten usw. nicht bei der Trägerfrequenz "singen", also vielleicht 25-50 kHz.