Netzteilfilterung der Klasse D für leitungsgebundene Emissionen

Ich habe kürzlich einen Audioplayer entworfen, der den Leistungsverstärker TPA3112D1 von TI verwendet, und hauptsächlich auf dem Referenzdesign und dem Schaltplan basiert . Ich finde jedoch, dass das Design den leitungsgebundenen Emissionstest aufgrund von Rauschrückkopplungen in die 24-VDC-Versorgung nicht besteht. Dieses Rauschen beginnt bei 340 kHz, wobei Oberwellen vorhanden sind, die den Frequenzbereich hinaufgehen. Ich nehme an, dass dies vom Verstärker kommt, da das Rauschen beginnt, sobald der Verstärker nicht stummgeschaltet wird. Das Rauschen ist unabhängig vom Audiopegelausgang des Verstärkers vorhanden.

Ich habe versucht, verschiedene Arten und Variationen von Bypass-Kappen hinzuzufügen, was wirklich keine Wirkung zu haben scheint. Ich habe auch einen 12-uh-Induktor (AISC-1210HS-120K-T2) ausprobiert , den ich am positiven Versorgungseingang zur Hand hatte, was ebenfalls keinen merklichen Unterschied machte. Das Testhaus probierte auch einen Steward LFB310190-000 aus , was kaum einen Unterschied machte.

Die Platine ist eine 6-Lagen-Platine, die Bilder unten enthalten nicht die Lagen 3 und 4, da es keine Spuren oder Ebenen in der Nähe der Leistungs- und Endstufenschaltung gibt.

Der Stromkreis verwendet eine Gleichtaktdrossel , die wahrscheinlich überhaupt nicht auf diese niedrigen Frequenzen abzielt.

Dies zu googeln ist weitgehend wirkungslos, da die meisten App-Notizen auf EMI auf der Ausgangsseite eines Class-D-Verstärkers ausgerichtet sind. Es kann sein, dass ich eine Art Niederfrequenzfilterung brauche, aber es ist mir nicht klar.

Amp-Schema

Ergebnisse der leitungsgebundenen Emissionen

oberste Schicht 1

Grundschicht 2

Leistungsschicht 5

Unterschicht 6

Datenblatt der Endstufe

Steward-Filter

Meine eigenen Laborergebnisse

Meine Ergebnisse Mein DSA

Pre- und Post-12-uH-Induktivität vor der Gleichtaktdrossel

12 uH Induktivität

24 V + und -, mit AB, am Ausgang, durch Gleichtaktdrossel (Es scheint fast, als würden diese Signale verstärkt!?)

24v -+ math

Reparaturversuch 1

In diesem Fix habe ich die Spuren zwischen dem Via und den SM-Kappen geschnitten und die Versorgung durch die Kappenleitungen geführt. Diese Kappe ist ein 470uf 35v Elektrolyt. Ich habe auch 1nf und .1uf auf jeder Seite doppelt gestapelt.

L4 und L5 sind Teil HI0805R800R-10

Original C12 und C64 100uf 50v sind Teil UCD1H101MNL1GS Geändert zu 470uf 35v EEU-FR1V471L

C29 und C13 1nf 50v sind Teil C0402C102K5RACTU

C30 und C31 0.1uf 50v sind Teil C0603C104K5RACTU

Die Ergebnisse sind nicht besser, wahrscheinlich etwas schlechter. Der auffälligste Unterschied wird durch das Berühren der Ausgangsleitungen oder des Lautsprecherkörpers verursacht, was dazu führt, dass sich diese Spitzen/Harmonischen in der Amplitude ungefähr verdoppeln. Dies scheint darauf hinzudeuten, dass die Ausgangsfilterung (L4 und L5) eine Rolle dabei spielt, wie dies funktioniert.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sondenaufbau

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Können Sie aufgrund unzureichender Filterung ein differentielles 340-MHz-Signal auf einer beliebigen Schiene sehen? Haben Sie zufällig Ihren Induktor gesättigt / sehen Sie einen Unterschied bei niedrigerer Leistung?
Es gibt einen wahrnehmbaren Unterschied darin, dass höhere Audiopegel einige Subharmonische etwas absenken, aber wenn der Chip mit sehr niedriger oder gar keiner Ausgabe stummgeschaltet ist, ist das Rauschen vorhanden.
Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihre Frage zum Differential auf einer einzelnen Schiene verstehe? Ich werde meinen eigenen Testaufbau anhängen.
Haben Sie genug Entkopplung? Wenn Sie Ihr Oszilloskop auf AC-Kopplung einstellen und die +24-V-Schiene prüfen, wie sieht es unter Last aus?
24-V-Schienenaufnahmen hinzugefügt.
Beachten Sie, dass die Teilenummer TPA3112D1 ist, nicht TPA31121.
Unter der Annahme, dass Ihr Sonden-Setup tot ist (bitte zeigen Sie Ihr Sonden-Setup), ist das wahrscheinlich Ihre Quelle. Versuchen Sie, die Schienenkapazität zu erhöhen und ESR und ESL zu reduzieren.
@winny, Probe-Setup hinzugefügt.
Ah! Anfängerfehler. Bei 340 kHz ist es vielleicht nicht die Welt, aber die Entkopplung dort zu ändern und das mV-Signal erneut zu messen, wird leiden und es ist schwer, daraus Schlussfolgerungen zu ziehen. Bitte lesen Sie Daves eevblog zu diesem Thema hier: youtu.be/Edel3eduRj4
Äh, 37 Minuten YouTube mit mobilen Daten?
Vielleicht ein Einzeiler zu welchem ​​Anfängerfehler?
Das Erdungskabel zu Ihrem Zielfernrohr muss so kurz wie möglich gehalten werden. Sie können sich den Bereich vorstellen, der zwischen der Sonde und dem Erdungskabel gebildet wird. Größere Fläche = weniger Eckfrequenz der eigentlichen Messung und erhöhte Anfälligkeit für gestrahlte Störungen. Streben Sie diesen „Pigtail“ an: electronic.stackexchange.com/questions/136123/…

Antworten (3)

Lies nochmal das Datenblatt:

Der TPA3112D1 ist ein Hochleistungs-CMOS-Audioverstärker, der eine angemessene Entkopplung der Stromversorgung erfordert, um sicherzustellen, dass die gesamte harmonische Verzerrung (THD) des Ausgangs so niedrig wie möglich ist. Die Netzentkopplung verhindert zudem Schwingungen bei langen Leitungslängen zwischen Verstärker und Lautsprecher. Eine optimale Entkopplung wird durch die Verwendung eines Netzwerks aus Kondensatoren unterschiedlichen Typs erreicht, die auf bestimmte Arten von Rauschen auf den Stromversorgungsleitungen abzielen. Für höherfrequente Transienten aufgrund parasitärer Schaltungselemente wie Bonddrähte und Kupferspurinduktivitäten sowie Leiterrahmenkapazitäten eignet sich ein qualitativ hochwertiger Keramikkondensator mit niedrigem äquivalentem Serienwiderstand (ESR) von 220 pF bis 1000 pF gut. Dieser Kondensator muss so nah wie möglich an den PVCC-Pins des Geräts und der Systemmasse (entweder PGND-Pins oder PowerPAD) platziert werden.Zum Filtern von Rauschsignalen mit niedrigeren Frequenzen eignet sich ein größerer Aluminium-Elektrolytkondensator von 220 µF oder mehr, der in der Nähe des Audio-Leistungsverstärkers platziert wird, gut. Der 220-µF-Kondensator dient auch als lokaler Speicherkondensator für die Stromversorgung während großer Signaltransienten an den Verstärkerausgängen. Die PVCC-Pins versorgen die Ausgangstransistoren mit Strom, daher muss an jedem PVCC-Pin ein 220-µF- oder größerer Kondensator platziert werden. Ein 10-µF-Kondensator am AVCC-Pin ist ausreichend. Außerdem kann ein kleiner Entkopplungswiderstand zwischen AVCC und PVCC verwendet werden, um zu verhindern, dass hochfrequentes Class-D-Rauschen in die linearen Eingangsverstärker eindringt.

Holen Sie sich eine niederohmige Kappe von mindestens 220 uF. Auch hier sind ein paar Hinweise zu Ihrem Layout. 3 Kreise in Rot, Spuren zu dünn, um höhere Leistung zu liefern. 2 Pfeile in Orange, verschieben Sie die Via-Löcher an eine neue Position; mindestens 3 Vias pro Seite stanzen. Layoutbeispiele auf Seite 23 sind für den ersten Prototyp besser zu befolgen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Diese Antwort würde davon ausgehen, dass bei einer perfekten Entkopplung die Ergebnisse perfekt wären? Was ist, wenn die Schaltung zu gut ist, könnte das Problem durch die Ausgangslast verursacht werden?

Das Design besteht den geleiteten Emissionstest aufgrund von Rauschrückkopplungen in die 24-VDC-Versorgung nicht

Dies erfordert eine gewisse Quellenimpedanz, um eine Dämpfung mit C12, C29, C31 für 100 uF, 100 nF, 1 nF zu erreichen.

Wenn die Quellenimpedanz der Versorgung niedriger ist, wird das Rauschen nicht so stark gedämpft.
Eine Keramik mit niedrigem ESR von 1 uF kann besser sein als 100 nF > 1 MHz

Hier ist eine Lösung mit 10uH.

Gibt es einen bestimmten Grund, warum Sie sich eher auf AVCC als auf PVC als Rauschquelle konzentrieren würden?
Ist dies für differenzielles Rauschen oder Gleichtakt?
Sehen Sie sich neue 24-V-Schienenaufnahmen an. Es scheint ein bisschen von beidem zu sein. AVCC, das auf Wechselstrom geprüft wird, zeigt eine Störung, die außerhalb des 10R-Widerstands liegt oder von der 24-V-Hauptschiene kommt.

Nichts geht über Haut im Spiel, also poste ich dies, da keine der anderen Antworten wirklich auf das Kernproblem abzielte.

Dies ist immerhin ein Hochleistungschip, was bedeutet, dass ein schnelles Umschalten auf eine Last direkt auf den PVCC zurückgeworfen wird, und keine noch so große Leistungseingangsfilterung wird diesen Rauschpegel wirklich dämpfen. Diese Antwort in den TI-Foren weist auf diese Annahme hin. Also habe ich im Sinne dieser Antwort 15uH- und 0,47uf-Rekonstruktionsfilter anstelle des Ferritperlenfilters auf den Ausgang gelegt.

Originalteil-Scan:Originalteil

Geänderter Teilescan:LC-Rekonstruktionsfilter

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