Diseños de filtro de woofer de amplificador de clase D

Las dos etapas LPF que menciona en su pregunta, el cruce de 200 Hz y el filtro de salida después del puente H, tienen diferentes propósitos, que deben distinguirse entre sí, debe evitar la tentación de 'combinarlos' en 1 simplemente haciendo una salida LPF con una frecuencia de corte de 200 Hz. Déjame explicarte por qué:

El filtro de cruce de paso bajo de 200 Hz tiene el propósito de eliminar el contenido de audio de frecuencia más alta que su woofer no puede reproducir de su señal, y cuando se usa en combinación con parlantes de medios-agudos con un filtro de cruce de paso alto correspondiente, proporciona una transición controlada entre las regiones de frecuencia. cubierto por el woofer y los altavoces medios-altos. La solución a la antigua es un cruce pasivo, que se encuentra entre la etapa de amplificación y el altavoz y se fabrica con componentes de filtro grandes y de alta potencia. y para que funcione correctamente, el cruce debe incorporarse junto con una red Zobel, un conjunto adicional de componentes que tienen como objetivo compensar la parte reactiva de la impedancia dependiente de la frecuencia y hacer que el altavoz parezca una carga resistiva para el cruce pasivo: esto es importante para una respuesta de filtro controlada, ya que un filtro pasivo está cargado por la impedancia adjunta que afecta su respuesta. La solución sencilla y moderna común en sistemas como los altavoces activos es un cruce activo en algún lugar de la etapa de pequeña señal (antes de la amplificación). Como se menciona en el comentario de @Majenko, una buena opción es construir este paso bajo en el preamplificador, también puede venir justo después, dependiendo de su circuito de preamplificador. No recomendaría tener el paso bajo antes del preamplificador, en cuanto a una buena relación señal-ruido, generalmente es mejor ganar que atenuar, no al revés, y también como un circuito de entrada de audio que se comporta bien tiene una impedancia de entrada alta (por ejemplo, 10 kOhm) que es plana dentro del banda de audio: algo que un circuito de preamplificador puede proporcionar pero que un paso bajo pasivo en la entrada no lo haría. También es posible que desee tener un paso alto aquí para bloquear la CC y las frecuencias muy bajas.

El filtro de salida después del puente H, en el otro lado, sirve para eliminar la frecuencia de conmutación y todo el contenido de PWM, dejando solo la señal deseada. No hay otra opción que hacer que un filtro de salida sea pasivo: debe aparecer después de la etapa de conmutación, lo que significa que se deben usar componentes de filtro grandes, y significa que el filtro es propenso a los mismos problemas de carga que se mencionaron anteriormente para el pasivo. cruces Este es un problema común en el diseño de amplificadores de Clase D: diferentes cargas provocan diferentes respuestas en el filtro de salida, el filtro descargado tiene un pico resonante agudo que cae cuando la impedancia de carga disminuye.

La dependencia de la carga del filtro de salida no es un problema si se asegura de que la frecuencia de corte del filtro sea significativamente más alta que la frecuencia más alta en la señal que está reproduciendo; de esta manera, el filtro no afectará la respuesta de frecuencia en su rango. de mucho interés. Entonces, aquí hay una razón inmediata para no usar su filtro de salida como cruce; de ​​lo contrario, su salida PWM reproducirá contenido de frecuencia más alta en su señal que intentará filtrar con su filtro de salida, lo que no resultará en una señal controlada. respuesta del filtro: no solo esto, sino que no debe permitir que su etapa PWM emita ninguna señal en la frecuencia de resonancia del filtro o cerca de ella, ya que en la resonancia el filtro de salida (especialmente cuando está descargado) presentará una impedancia muy baja al puente H,

No olvide que la frecuencia de corte del filtro de salida también debe ser significativamente más baja que la frecuencia de conmutación para que sea efectiva. Una pauta general para comenzar es tener la frecuencia de corte aproximadamente 10x (o más) más baja que la frecuencia de conmutación (dando una atenuación de 20 dB en la frecuencia de conmutación) y aproximadamente 2x (o más) más alta que la frecuencia más alta de su señal. . La aplicación de esto limita la frecuencia de corte del filtro de salida a un rango entre 400 Hz y 3 kHz, lo cual es mucho espacio para jugar, un poco menos restrictivo que la típica aplicación de Clase D de audio de rango completo. Le sugiero que intente ir más bajo en lugar de más alto dentro de esta pequeña ventana, o tan bajo como sea práctico dadas las restricciones en el tamaño / precio de los componentes que tenga. Esto es porque no

¡Espero que esto ayude!

Necesita un filtro antialiasing frente a su ADC. El filtro se vuelve más complejo dependiendo de cuán cerca de la mitad de la frecuencia de muestreo se obtenga. Por ejemplo, si está muestreando a 10kHz o 44kHz, el filtro para un ancho de banda de 200Hz es fácil. Si está muestreando a 500 Hz, no será tan fácil. Este puede ser un filtro activo, pero debe ser un filtro analógico. Una vez que se digitaliza la señal, es demasiado tarde para evitar el aliasing.

Normalmente también tendría un LPF pasivo en la salida del puente H, de lo contrario, estaría transmitiendo una gran cantidad de EMI por todos lados. Una frecuencia PWM alta significa que el filtro puede ser más simple y usar piezas menos costosas y voluminosas. Es preferible mantener la frecuencia PWM por encima del rango audible para que los inductores, etc. no "canten" a la frecuencia portadora, por lo que tal vez 25-50kHz.