ZHCAEL5 October 2024 TAS6584-Q1 , TAS6684-Q1
2 LC 濾波器配置
根據(jù)臨界阻尼、平坦通帶和相位響應(yīng)來(lái)選擇 LC 濾波器值。為 LC 濾波器選擇元件時(shí)，截止頻率和 Q 因子或阻尼比是需要考慮的兩個(gè)因素。LC 濾波器的截止頻率和電感器值取決于放大器開(kāi)關(guān)頻率，所以要降低紋波電流，使 LC 濾波器之后只有很小的殘余紋波電壓。TAS6x84-Q1 支持 384kHz、480kHz 和高達(dá) 2MHz 的高開(kāi)關(guān)頻率。根據(jù) LC 濾波器設(shè)計(jì) 應(yīng)用手冊(cè)中的計(jì)算結(jié)果找到典型的電感器和電容器值。384kHz 或 480kHz 開(kāi)關(guān)頻率通常使用 10μH 電感器，而 2MHz 開(kāi)關(guān)頻率設(shè)計(jì)可以使用 3.3μH 范圍內(nèi)小得多且重量更輕的電感器。但是，LC 濾波器配置也會(huì)根據(jù)電源電壓和終端系統(tǒng) EMC 規(guī)格進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于高壓電源應(yīng)用和特殊 EMC 條件，使用四階濾波器配置和更高的電感。表 2-1 提供了 LC 濾波器的快速選擇指南。
| EMC 條件 | 開(kāi)關(guān)頻率 | LC 濾波器配置 | 截止頻率，4Ω 負(fù)載 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| L1 | C1 | L2 | C2 | |||
| 支持 H 類，或 ≤ 24V 電源應(yīng)用 | 384kHz、480kHz | 10μH | 2.2μF | 無(wú) | 無(wú) | 41.82kHz |
| 在基頻下具有高限制 | 15μμH | 2.2μF | 無(wú) | 無(wú) | 29.79kHz | |
| 標(biāo)準(zhǔn)配置 | 10μH | 1μF | 1μH | 0.22μF | 43.85kHz | |
| 在全頻帶具有高限制 | 10μH | 1μF | 3.3μH | 1μF | 38.93kHz | |
| 僅適用于 ≤ 24V 電源應(yīng)用 | 2MHz | 5.6μH | 1μF | 0.68μH | 0.22μF | 76.34kHz |
| 僅適用于 14.4V 電池電源應(yīng)用 | 3.3μH | 1μF | 0.68μH | 0.22μF | 113.19kHz | |
為電感器和電容器選擇元件值時(shí)，LC 濾波器的頻率響應(yīng)至關(guān)重要。圖 2-1 是具有 4Ω 負(fù)載的 LC 濾波器配置的頻率響應(yīng)（假設(shè)電感呈線性且直流電阻 (DCR) 為零）。表 2-1 給出了不同 LC 濾波器的截止頻率。為 384kHz 或 480kHz 開(kāi)關(guān)頻率選擇的電感值和電容值對(duì) 4Ω 負(fù)載進(jìn)行了優(yōu)化，使用 10μH/1μF + 1μH/0.22μF LC 濾波器時(shí)會(huì)略微過(guò)阻尼，使用 10μH + 2.2μF LC 濾波器時(shí)會(huì)略微欠阻尼。而在 2MHz 開(kāi)關(guān)頻率下，使用 3.3μH/1μF + 0.68μH/0.22μF LC 濾波器時(shí)，響應(yīng)略顯過(guò)高，處于欠阻尼狀態(tài)。
圖 2-1 LC 濾波器的頻率響應(yīng) - 4Ω 負(fù)載LC 濾波器響應(yīng)也隨著揚(yáng)聲器負(fù)載阻抗的變化而變化。負(fù)載阻抗決定了輸出 LC 濾波器的阻尼比，分為過(guò)阻尼、臨界阻尼或欠阻尼。圖 1-1 顯示了單端 LC 濾波器的公式：
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，負(fù)載阻抗決定了輸出 LC 濾波器的阻尼比。圖 2-2 是所選 LC 濾波器 10μH/1μF + 1μH/0.22μF 在不同揚(yáng)聲器負(fù)載下的頻率響應(yīng)。頻率響應(yīng)在 2Ω 負(fù)載下嚴(yán)重過(guò)阻尼，在 8Ω 負(fù)載下嚴(yán)重欠阻尼。在高頻下，峰值通常對(duì)人耳來(lái)說(shuō)非常刺耳，并且還會(huì)觸發(fā)某些放大器的保護(hù)電路，例如過(guò)電流保護(hù)。但是，過(guò)阻尼濾波器會(huì)導(dǎo)致音頻頻帶內(nèi)的高頻音頻內(nèi)容衰減。
圖 2-2 使用 10μH/1μF + 1μH/0.22μF 電感器時(shí)的 LC 濾波器響應(yīng)為了幫助補(bǔ)償這種影響并實(shí)現(xiàn)平坦的響應(yīng)，TAS6x84-Q1 提供了基于通道的集成增益補(bǔ)償雙二階濾波器，這些雙二階濾波器可按通道進(jìn)行配置，并默認(rèn)處于禁用狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)所需的調(diào)節(jié)，需要將相應(yīng)的系數(shù)寫(xiě)入 DSP 存儲(chǔ)器。圖 2-3 和圖 2-4 展示了在相同負(fù)載下啟用和未啟用調(diào)優(yōu)增益補(bǔ)償雙二階濾波器時(shí)的頻率響應(yīng)差異。通過(guò)適當(dāng)?shù)木馄髟O(shè)置啟用集成補(bǔ)償后，可獲得平坦的響應(yīng)。有關(guān)增益補(bǔ)償雙二階濾波器調(diào)優(yōu)指南，請(qǐng)參閱AppendixA。
圖 2-3 使用 10μH/1μF + 1μH/0.22μF - 2Ω，24V PVDD 時(shí)的 LC 濾波器響應(yīng)
圖 2-4 使用 10μH + 0.22μF - 8Ω，45V PVDD 時(shí)的 LC 濾波器響應(yīng)圖 2-5 和圖 2-6 展示了 TAS6584-Q1 在幾種電源下的 2MHz 開(kāi)關(guān)頻率電源效率。高電源電壓下的電源效率會(huì)帶來(lái)較高的熱要求，因此不建議在高電源電壓應(yīng)用中使用 2MHz 開(kāi)關(guān)頻率。在 2MHz 開(kāi)關(guān)頻率下，僅建議在 14.4V 電源應(yīng)用中使用 3.3μH 電感器。由于電源電壓增加，因此將電感增大至 5.6μH 可減小紋波電流。另外，為了滿足終端系統(tǒng) EMC 規(guī)格，建議在 2MHz 開(kāi)關(guān)頻率下采用四階濾波器配置。當(dāng)電源電壓高于 24V 時(shí)，384kHz 或 480kHz 開(kāi)關(guān)頻率是更好的設(shè)計(jì)。本文檔重點(diǎn)介紹 480kHz 開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)用中的 LC 濾波器性能，因?yàn)樵谙嗤姼邢拢?80kHz 開(kāi)關(guān)頻率的紋波電流低于 384kHz 開(kāi)關(guān)頻率的紋波電流。
圖 2-5 效率與輸出功率間的關(guān)系 - 8Ω，PVDD
圖 2-6 效率與輸出功率間的關(guān)系 - 4Ω，PVDD