Criterios de diseño para un filtro LC de salida

Al diseñar un filtro de salida para un amplificador de clase D simple, no estoy seguro del tamaño de los componentes. Dado:

  • frecuencia de corte de aproximadamente 50kHz
  • la resistencia de CC del inductor se puede ignorar para esta pregunta
  • la carga es de 8Ω, para esta discusión puramente resistiva
  • esta arquitectura:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La frecuencia central del filtro LC es:

F C = 1 2 π L C

Las posibles soluciones incluyen (pero no se limitan a):

L C 220 µH 47 nF 22 µH 470 nF 2.2 µH 4.7 µF 220 Nueva Hampshire 47 µF

¿Cuáles son los criterios de diseño adecuados para elegir un inductor más grande o más pequeño o un condensador más pequeño o más grande?

¿Cuál es su frecuencia PWM?
@Andyaka No quiero discutir la elección de la frecuencia PWM frente a la frecuencia de corte, esa decisión de diseño probablemente merezca una pregunta por derecho propio. La frecuencia PWM es mucho más alta que los 50kHz.
Ah, si tan solo fuera tan simple como eso: en el lugar donde se puede ajustar el corte del filtro, es posible que desee examinar cómo se ve la impedancia del altavoz (especialmente si el cambio es inferior a 200 kHz), esto podría causar otro pico de resonancia que está más cerca de su frecuencia PWM. En frecuencias de audio muy superiores, puedo imaginar que el altavoz actúa como un inductor; esa es la razón por la que le pregunto, amigo, porque ya no puede confiar en los 8 ohmios para la amortiguación. Además, ¿qué potencia de salida está considerando o está de acuerdo en determinar si la saturación del inductor será un problema?

Respuestas (1)

Debe tener en cuenta la carga que crea el altavoz para su filtro LC. Cambia la respuesta del filtro. A continuación se muestran los resultados de la simulación realizada con LTspice para diferentes valores de L y C (manteniendo casi constante el producto LC):

Resultados de la simulación para diferentes valores de L y C (con producto LC constante)

Como puede ver, de los valores probados 330nF, 33µH da los mejores resultados (he agregado este conjunto de valores basándome en los resultados de la simulación).

L C color 220 µH 47 nF Violeta 33 µH 330 nF turquesa 22 µH 470 nF rojo 2.2 µH 4.7 µF azul 220 Nueva Hampshire 47 µF verde

Desde el punto de vista del altavoz (R1) tenemos un circuito RLC en paralelo. Su factor Q se define por la fórmula:

q = R 1 C 1 L 1

Para C1=330nF, L1=33µH el factor Q es igual a 0.8

La solución óptima será la uno, para cada Q es igual a 1.

Respuesta muy útil, básicamente, la carga amortigua la resonancia de la combinación LC y eso debe alinearse.
Sí exactamente. Si se quiere proporcionar algún antecedente teórico, debería ser necesario analizar el factor Q del circuito RLC creado por L1, C1 y R1 (altavoz). Para el valor más alto de L1, el circuito se comporta casi como un filtro RL de paso bajo que consta de L1 y R1 (la influencia de C1 es visible solo por encima de 300 kHz).
Si puede manejar diferentes altavoces, recuerde que no todos son cargas de 8 ohmios y que la mayoría de los altavoces de alta fidelidad usan filtros LC como cruces. Por lo tanto, puede valer la pena volver a ejecutar la simulación con una variedad de modelos de altavoces diferentes (4 ohmios, 8 ohmios y una red de cruce típica) antes de tomar una decisión final.
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