Componentes del filtro de salida Chip amplificador de clase D de ruptura

Hola, estoy diseñando un PCB amplificador de clase D usando el chip amplificador TPA3122D2. Estoy planeando basar mi circuito en el esquema de la placa de evaluación:Esquema completo

Compré componentes de los mismos valores dados en el esquema e intenté construir el circuito en una placa de prueba. Sin embargo, me encontré con un problema que aislé en el circuito del filtro de salida, que se muestra aquí:Circuito de filtro de salida

Antes de conectar el pin de salida LOUT al filtro de salida, verifiqué el pin LOUT con un osciloscopio y vi la señal de audio modulada de alta frecuencia que esperaría en una salida de clase D. En este punto, el circuito de salida se veía así:Salida sin filtro

Luego intenté conectar la salida al filtro de salida sin un altavoz conectado, momento en el que el chip comenzó a sobrecalentarse y la señal en el pin LOUT desapareció. Después de esto, el chip se fríe y se sobrecalienta cada vez que se le da energía. Pude repetir esto varias veces. En el punto donde el chip se rompe, el circuito de salida se ve así:Filtro de salida Sin altavoz

También intenté conectar el filtro de salida a un chip nuevo sin el condensador a tierra, momento en el que el chip no se rompe:Filtro de salida Sin altavoz Sin tapa

En este punto, estoy bastante seguro del problema en mi selección del componente L_FILTER o C_FILTER, resaltado a continuación:Componentes del problema

La placa EVM utiliza los siguientes componentes:

Inductor: Hoja de datos A7503AY-220M (no disponible comercialmente)

Condensador: Condensador, poli metálico, 0,68 µF, 63 V, B32529C684J

Al construir el circuito utilicé:

Inductor: DR0608-223L

Elegí este inductor porque tenía la misma clasificación de corriente CC y casi la misma resistencia máxima de CC (78 mOhms frente a 97 mOhms).

Condensador: 50V 0.68uf Cerámico

Usé este condensador porque lo tenía a mano y esperaba usar tapas de cerámica SMT donde fuera posible para simplificar la fabricación.

En conclusión :

¿Hay una calificación necesaria que me falta en uno de estos dos componentes que está causando que el chip del amplificador se rompa de esta manera? ¿Qué calificación debo mirar? ¿Cómo puedo asegurarme de que estoy seleccionando los componentes adecuados para que el circuito funcione?

Me gustaría entender esto, porque no quiero usar los componentes del EVM. El inductor no está disponible en Mouser o DigiKey, y me gustaría encontrar un capacitor con una huella más pequeña para mi PCB eventual.

Descargos de responsabilidad de la pareja :

Volví a revisar el circuito varias veces y estoy seguro de que está construido correctamente en la placa. También soy consciente de que las placas de prueba no son ideales para circuitos de alta frecuencia, pero solo busco una prueba de concepto, no una calidad de audiófilo.

También adquirí el EVM para este componente y probé que el componente funciona cuando se le proporciona el circuito adecuado.

Usé una onda sinusoidal de nivel de línea para probar la entrada de audio. Este problema ocurre ya sea que le dé al amplificador alguna entrada o no.

¡Gracias!

El filtro debe tener al menos 4 ohmios en serie
Creo que necesita un inductor de baja frecuencia: intente buscar en Mouser, incluida la palabra "audio" en su búsqueda de inductores, y encontrará algunos diseñados específicamente para la clase D.
Creo que puede estar teniendo problemas con los condensadores cerámicos. El kit de evaluación especifica condensadores de película de PET metalizados. Utiliza cerámica en otros lugares, pero las tapas del filtro de salida son condensadores de película.
clase B ? ¿error de tipografía?
@Sunnyskyguy EE75 ¿Por qué necesita 4 ohmios en serie? Para aclarar, el circuito tiene el mismo problema cuando hay un parlante conectado a la salida. Además, la placa EVM, que es el mismo circuito, solo que la elección de componentes y el diseño de PCB son diferentes, funciona bien sin carga conectada. No creo que eso sea exacto. Además, sí, es un error tipográfico, ¡gracias por detectarlo!
@JRE Ese fue uno de mis pensamientos. ¿Sabes por qué específicamente el circuito podría necesitar una tapa de película metalizada?
La clasificación SRF de L debería ser >> 1MHz > después de modelar su circuito, descubrí que podía hacerlo funcionar sin los 4 ohmios para aumentar la impedancia de RF. la pérdida de calor se debe a la baja X (f) alta corriente resonante Ver mi respuesta
@John Birckhead Si necesita un inductor de baja frecuencia, ¿por qué el esquema requeriría 22uH? ¿Existe una clasificación de frecuencia para los inductores que esté separada de su valor Henries? Buscará inductores específicos de audio
@Sunnyskyguy EE75 Hmmm... ¿Cómo encuentro la frecuencia de resonancia propia de un inductor? Eso no parece ser un parámetro en la búsqueda de Mouser o DigiKey y no se menciona en ninguna de las hojas de datos que encontré.
Si no encuentra DCR y SRF, elija cualquier parte que lo haga junto con la corriente máxima
Leí el enlace del inductor, dice 22uH SRF = 16 MHz, está bien, pero si lo cruza con 20nF, eso crea una muesca en la frecuencia PWM de 250 kHz. La inductancia de tierra simulaba su diseño con 5 cm de cable para desacoplar las tapas V+/-. . tal vez sea peor. Si no sigue exactamente el PCB del kit de diseño y trata de comprender estos efectos, puede esperar problemas.
Me acabo de dar cuenta. Dijiste que probaste esto sin un altavoz, y el chip murió. ¿ Lo has probado con un altavoz? O al menos una carga ficticia (¿resistencias de resistencia y potencia nominal adecuadas?)
Si revisa la hoja de datos de su inductor, solo garantiza 22 uH hasta 10 KHz. Puede verificar instalando el inductor en su placa de evaluación y ver si causa un problema.

Respuestas (3)

Los amplificadores de clase "D" como SMPS no se pueden colocar en una placa de pruebas para que funcionen. El acoplamiento mutuo de los cables de la corriente de la bobina y 10 nH/cm puede marcar una gran diferencia para que funcione o falle.

Experimenté con su diseño para ver por qué y en teoría no debería oscilar, pero en su diseño sí lo hace.

Hacer otro circuito de tanque parece ayudar.

Pero necesitamos más detalles sobre sus diferencias de diseño.

Puedes simular aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

Pero mientras aprende estas herramientas y los efectos de las corrientes antirresonantes, es aconsejable tener un limitador de corriente CC ajustable para pruebas de banco para ahorrar en piezas fritas.

Esta intersección de RLC es consistente con las simulaciones

ingrese la descripción de la imagen aquí

No estoy realmente seguro de lo que estas simulaciones están tratando de presentar. ¿Por qué está insertando resistencias e inductores de pequeño valor en el circuito?
Estoy buscando efectos de carga o resonancia que hagan que su IC se queme. Si quieres diseñar esto, necesitas entender estas simulaciones
Vale, ¿qué buscas exactamente en estas simulaciones? ¿Frecuencias resonantes? El gráfico superior parece una curva de respuesta del ecualizador que parece bastante sencilla, ¿qué representa el gráfico inferior sin etiquetar?
Este es su filtro de salida con 4 u 8 ohmios. El nomógrafo RLC muestra las impedancias de cada parte frente a f con líneas rojas, 200 mohm es el controlador FET. lo que plantea Q sin carga en el segundo gráfico> en el nomograma LC se cruzan a 5 ohmios a 40 kHz, que es el pico en el segundo gráfico. Esto significa que cualquier señal a 40kHz se amplifica por lo que parece 15 dB. Pero a tu pregunta le faltan muchos datos para las mediciones.

Estoy publicando esto como respuesta, porque aún no tengo el mojo necesario para agregar un comentario. Y sí, me doy cuenta de que esta es una publicación muy antigua. Pero me encontré con el mismo problema (aunque en lugar de freír papas fritas, la mía se apaga con un sonido distintivo de tictac) y este es uno de los pocos recursos web que encontré que realmente identifica el problema. .

Mi solución al problema: quitar el filtro EMI.

Funciona y está documentado por TI como una forma plausible de reducir costos en este PDF: https://www.ti.com/lit/an/slyt198/slyt198.pdf

Los puntos clave del documento son: la corriente de reposo aumentará, y es recomendable mantener cortos los cables de los altavoces y usar un controlador con alta inductancia. Si está construyendo algo como altavoces autoamplificados, sus clientes potenciales serán cortos. Si está construyendo un amplificador de guitarra o bajo con un controlador grande, su inductancia será alta.

Configuré un amplificador mono conectado a un puente y se eliminaron todos los componentes que tiene en su esquema, excepto el capacitor de correa de arranque de 0.22u. Está sentado en una placa de prueba que maneja un viejo Radio Shack especial de rango completo de 3.5 "y 8 ohmios y funciona bien.

Ahórrate el dolor de cabeza, sáltate el filtro.

Lo sé. Es demasiado tarde. También probé amplificadores de clase D. Lo que entiendo es que el inductor del filtro no es capaz de pasar tanta corriente sin saturación del núcleo. cuando agrega un capacitor de 0.68uF después del inductor, pasa una gran corriente a través de la red LC porque la mayor parte del voltaje de suministro (componente de alta frecuencia) aparece a través del inductor. La corriente del inductor comienza a aumentar a un ritmo proporcional al voltaje de suministro. Si la frecuencia de conmutación o la inductancia no son lo suficientemente altas, la corriente del inductor puede alcanzar la corriente de saturación del núcleo y su permeabilidad desaparece provocando un cortocircuito que fríe los MOSFET. incluso si no hay saturación de núcleo, el inductor puede calentarse demasiado si es de mala calidad en términos de pérdida de núcleo o resistencia de CC. Tienes que comprar un inductor de buena calidad o viento (preferiblemente bifiliar o trifiliar) uno con núcleo de toroide de baja pérdida. En algunos casos, el filtro LC está sintonizado a la frecuencia de conmutación o su corriente inactiva de armónicos será mayor. La inclusión de un condensador de 0,68 uF en realidad cancela parte de la reactancia inductiva, lo que provoca un aumento en la corriente inactiva. puede verificarlo midiendo el voltaje a través del inductor/condensador. verá un voltaje más alto que el voltaje de suministro a través de ellos.

El condensador que ha elegido es MLCC. Son altamente no lineales. Su capacitancia varía con el voltaje aplicado. Debe elegir un condensador de película no cerámica para una mejor linealidad.

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