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[求助] LC滤波电路参数设计验证

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纯净的硅(初级)

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发表于 2019-4-29 15:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
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对D类功放芯片输出进行LC滤波电路设计选型现在知道音频模拟信号的带宽是100Hz-16kHz,且负载扬声器最小负载为2欧姆(现按2欧姆进行计算)
我的输出拓扑是如图1所示
2.jpg        图1

现计算出 L=15uH, C=10uF
【1】但是根据公式f=1/2*pi*根号LC,计算出截止频率为13kHz,并不是16kHz。这是不是要重新选取LC的值?
【2】由于通道功率为40W,模拟音频信号有效值为8V,则电感L到的电流为5A。那么对L进行选型时,选取的电感电流值应大到多少A?
出了结合电感体积、成本,是不是要通过仿真看纹波电压或者电流?此外,电感选取还考虑什么参数在这里的话
【3】电容C是选取薄膜电容,电容耐压值应该只需要大于我的模拟信号电压幅值(1倍)就可以了,1.414*8=12V,但是看到TI的同款芯片的LC滤波电路的电容C选取,薄膜电容的耐压值在250V(如图2),这时为什么?是不是薄膜电容的耐压值都较大?
1.jpg   图2



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maychang

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发表于 2019-4-29 16:15 | 显示全部楼层
又改成100Hz-16kHz了?
你的扬声器能放出16kHz的声音么?
能够工作到16kHz的扬声器,比你的D类功率放大芯片贵得多。

点评

这个扬声器的播放频率可以先放一放 就按照理论计算来选取L和C 我首贴的几个问题还请您解答一下  详情 回复 发表于 2019-4-29 16:18


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纯净的硅(初级)

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 楼主| 发表于 2019-4-29 16:18 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-4-29 16:15
又改成100Hz-16kHz了?
你的扬声器能放出16kHz的声音么?
能够工作到16kHz的扬声器,比你的D类功率放大芯 ...

这个扬声器的播放频率可以先放一放
就按照理论计算来选取L和C
我首贴的几个问题还请您解答一下

点评

先不说LC滤波,说说电流的计算。 你的扬声器阻抗2欧,功率放大器能否输出40W?须知功率放大器输出功率并非一成不变的。这一点,查查datasheet就知道。  详情 回复 发表于 2019-4-29 16:49


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maychang

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发表于 2019-4-29 16:49 | 显示全部楼层
shaorc 发表于 2019-4-29 16:18
这个扬声器的播放频率可以先放一放
就按照理论计算来选取L和C
我首贴的几个问题还请您解答一下

先不说LC滤波,说说电流的计算。
你的扬声器阻抗2欧,功率放大器能否输出40W?须知功率放大器输出功率并非一成不变的。这一点,查查datasheet就知道。

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[attachimg]411658[/attachimg] 是可以的  详情 回复 发表于 2019-4-29 17:22


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maychang

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发表于 2019-4-29 16:51 | 显示全部楼层
薄膜电容耐压值一般较大,因为耐压与薄膜厚度有关,膜厚则耐压高。但是,太薄的膜很难制造出来。

点评

“薄膜电容耐压值一般较大,因为耐压与薄膜厚度有关,膜厚则耐压高。但是,太薄的膜很难制造出来” 按照您这个逻辑,是不是应该是 膜薄则耐压高? 要不然怎么薄膜电容的耐压值大?  详情 回复 发表于 2019-4-29 17:00


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纯净的硅(初级)

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 楼主| 发表于 2019-4-29 17:00 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-4-29 16:51
薄膜电容耐压值一般较大,因为耐压与薄膜厚度有关,膜厚则耐压高。但是,太薄的膜很难制造出来。

“薄膜电容耐压值一般较大,因为耐压与薄膜厚度有关,膜厚则耐压高。但是,太薄的膜很难制造出来”

按照您这个逻辑,是不是应该是 膜薄则耐压高
要不然怎么薄膜电容的耐压值大?

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“按照您这个逻辑,是不是应该是 膜薄则耐压高?” 那是不可能的事。 你查查一定压强空气耐压值(空气间隙被击穿)和距离的关系就知道了。  详情 回复 发表于 2019-4-29 17:24


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纯净的硅(初级)

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 楼主| 发表于 2019-4-29 17:22 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-4-29 16:49
先不说LC滤波,说说电流的计算。
你的扬声器阻抗2欧,功率放大器能否输出40W?须知功率放大器输出功率并 ...

1.jpg
是可以的

点评

那么,你的40W是怎么来的?你可没有办法控制你的D类功率放大芯片恰好输出40W功率,因为输入信号(话筒、录音机……等等)你没办法控制,使用话筒的人若是使劲喊一声怎么办?  详情 回复 发表于 2019-4-29 17:27


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maychang

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发表于 2019-4-29 17:24 | 显示全部楼层
shaorc 发表于 2019-4-29 17:00
“薄膜电容耐压值一般较大,因为耐压与薄膜厚度有关,膜厚则耐压高。但是,太薄的膜很难制造出来”

按 ...

“按照您这个逻辑,是不是应该是 膜薄则耐压高?”

那是不可能的事。
你查查一定压强空气耐压值(空气间隙被击穿)和距离的关系就知道了。


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maychang

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发表于 2019-4-29 17:27 | 显示全部楼层

那么,你的40W是怎么来的?你可没有办法控制你的D类功率放大芯片恰好输出40W功率,因为输入信号(话筒、录音机……等等)你没办法控制,使用话筒的人若是使劲喊一声怎么办?

点评

这个在具体设计的时候,应该是保证输入信号幅度最大的时候,能输出40W最大功率值。而输入音频信号的幅度范围,目前看来是比较混乱(音频源的标准并不统一),我个人是以0.2Vrms-2Vrms来考虑的,并加限幅电路保证更大  详情 回复 发表于 2019-4-30 10:18


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纯净的硅(高级)

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发表于 2019-4-29 18:22 | 显示全部楼层
【1】但是根据公式f=1/2*pi*根号LC,计算出截止频率为13kHz,并不是16kHz。这是不是要重新选取LC的值?
-------你是用我上传的TI计算表吗?那个算出的cut-off频率 13KHz,应该是我昨天帖子里说的f0,而截止频率fc应该看右边图表中对应喇叭曲线与横轴(-3dB)交点的频率(你的参数计算出Q值大于0.707,所以截止频率就会比13KHz高一些)。

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对了,你知道line out信号的频率范围吗?就是声卡处理音频后输出的信号  详情 回复 发表于 2019-5-6 18:11
谢谢,这里没看懂,能否图解一下,fc和fo,还有怎么看出你说的截止频率高于13khz。我是记得maychang老师说过,二阶的滤波电路这两个值不太一样  详情 回复 发表于 2019-4-29 19:15


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纯净的硅(初级)

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 楼主| 发表于 2019-4-29 19:15 来自手机 | 显示全部楼层
topwon 发表于 2019-4-29 18:22
【1】但是根据公式f=1/2*pi*根号LC,计算出截止频率为13kHz,并不是16kHz。这是不是要重新选取LC的值?
-- ...

谢谢,这里没看懂,能否图解一下,fc和fo,还有怎么看出你说的截止频率高于13khz。我是记得maychang老师说过,二阶的滤波电路这两个值不太一样


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纯净的硅(高级)

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发表于 2019-4-30 09:19 | 显示全部楼层
f=1/2*pi*根号LC,这里的f应该就是LC电路的谐振频率f0,应该也被称为固有频率(或中心频率?)。而截止频率fc一般是以-3dB对应的频率点,可以在幅频响应曲线上找到(图示中右边的2个桔黄色圆圈处,最右边是局部放大图,横轴就是-3dB线)。 15uH 10uF.png Ti计算表中用cut-off来描述f0,我个人认为是有错误的。如果你选择适合的负载电阻值(比如1.733欧),使得Q值等于0.707的话,二者才会等同(图片中对应1.733欧的曲线会在13KHz处与-3dB相交)。

点评

topwon兄,我反复看你这贴这楼的回复 发现利用公式 f=1/2*pi*根号LC,算出的频率是谐振频率fo 即你图中所有颜色曲线平直段的最右端点的频率 然后再利用看图算出截止频率(-3dB处) 但是在12楼图的左下角 却是用  详情 回复 发表于 2019-5-5 11:30
就这个图 我有一个问题 既然你也说了按照公式算出来的频率fo,是谐振频率,而截止频率fc,是以增益下降3dB对应的频率 而且橘黄色圈圈表示出了截止频率fc 那么前面算出的谐振频率fo,在这个图上是哪儿? 是比截止  详情 回复 发表于 2019-4-30 16:08


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纯净的硅(高级)

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发表于 2019-4-30 09:43 | 显示全部楼层
针对你的具体设计要求100Hz-16kHz,我觉得首先要考虑电感值尽量小一些(体积成本可以减小,电流容易做大)。而且需要考虑元器件的精度范围,电感一般是20%吧,薄膜电容考虑5%,负载电阻会更复杂些(因为实际上喇叭不是纯阻性负载)先假定是10%吧。你需要保证LCR元件精度范围内计算出的fc都能大于你要求的16KHz。其实对于这种实际产品,我自己做的话是会把fc做到20KHz以上的,因为这个LC低通滤波的主要作用是去掉classD功放的开关频率(相当于载频),一般都有几百KHz了,这样fc就算是做到4、50KHz也应该没有问题(实际上很多不考虑EMI问题的产品,都可以省掉这个LC,直接利用人耳的低通滤波器特性来去掉载频),这样电感和电容值都可以取小些,方便选取适合的物料(体积、成本、供货等)。


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纯净的硅(高级)

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发表于 2019-4-30 10:01 | 显示全部楼层
3,薄膜电容一般的耐压值有 50V-63V-100V-250V DC。耐压越高价格和尺寸应该也越大。一般取值比PVDD(应该不是和音频模拟电压幅值比较,因为LC过滤的是PVDD幅度的方波,还要考虑有一些过冲余量)高一些应该就可以了。比如24V-36V供电用50V耐压的薄膜电容,应该是没有问题的。48V供电用63V耐压,我没有做过,但是个人分析是可以的。

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谢谢 这里分析的很清晰了 但是有个点 正好说到了我想要了解的 “一般取值比PVDD(应该不是和音频模拟电压幅值比较,因为LC过滤的是PVDD幅度的方波。”我之前没明白滤波前后PWM波和模拟信号正弦波的幅值 现在理解  详情 回复 发表于 2019-4-30 10:43


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纯净的硅(高级)

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发表于 2019-4-30 10:09 | 显示全部楼层
【2】由于通道功率为40W,模拟音频信号有效值为8V,则电感L到的电流为5A。那么对L进行选型时,选取的电感电流值应大到多少A?
----40W@2欧,为啥是8Vrms?应该是大约8.9Vrms吧?电感的5A电流你是怎么算出来的?40W/8V(实际是40W/8.9V) ?这个是电感电流的平均值吧,电感的标称电流值要大于 平均电流+纹波电流峰值 ,而纹波电流峰值各个功放芯片应该是有对应的计算公式。


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纯净的硅(高级)

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发表于 2019-4-30 10:18 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-4-29 17:27
那么,你的40W是怎么来的?你可没有办法控制你的D类功率放大芯片恰好输出40W功率,因为输入信号(话筒、录 ...

这个在具体设计的时候,应该是保证输入信号幅度最大的时候,能输出40W最大功率值。而输入音频信号的幅度范围,目前看来是比较混乱(音频源的标准并不统一),我个人是以0.2Vrms-2Vrms来考虑的,并加限幅电路保证更大的信号不至于损坏后级。有些高档的功放会设置输入灵敏度调节能力,以更方便地匹配各种音源信号幅度。他这个产品是用于特定场合,前级音源的选择和兼容估计会相对好处理些。

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楼主采用了D类功率放大芯片,但未说明该芯片供电电压。对芯片来说,供电电压决定了最大输出功率,楼主可能不清楚这一点。 放大器最大输出功率如果远大于扬声器额定功率,那么扬声器工作时是有一定危险性的,楼主好  详情 回复 发表于 2019-4-30 10:38


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2019-4-30 10:37 | 显示全部楼层
13楼讲得是有道理的,那么精确地计算那个LC滤波器的截止频率有点刻舟求剑的味道。
如果要学习LC滤波器设计,最好去看几本有关的书,网上很多设计软件都只给结果,如果你不清楚原理会被它弄得一头雾水的。就拿楼主在首楼的设计来说,我粗略地验证了一下,大致上是一个带内波动为0.25dB的切比雪夫型低通滤波器,-3dB带宽确实在16kHz附近。

点评

谢谢指点 我也在看书查资料 不过书上总喜欢拿5阶的LC低通滤波来举例子  详情 回复 发表于 2019-4-30 10:39


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maychang

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发表于 2019-4-30 10:38 | 显示全部楼层
topwon 发表于 2019-4-30 10:18
这个在具体设计的时候,应该是保证输入信号幅度最大的时候,能输出40W最大功率值。而输入音频信号的幅度 ...

楼主采用了D类功率放大芯片,但未说明该芯片供电电压。对芯片来说,供电电压决定了最大输出功率,楼主可能不清楚这一点。
放大器最大输出功率如果远大于扬声器额定功率,那么扬声器工作时是有一定危险性的,楼主好像也不清楚这一点。


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纯净的硅(初级)

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 楼主| 发表于 2019-4-30 10:39 | 显示全部楼层
gmchen 发表于 2019-4-30 10:37
13楼讲得是有道理的,那么精确地计算那个LC滤波器的截止频率有点刻舟求剑的味道。
如果要学习LC滤波器设计 ...

谢谢指点 我也在看书查资料 不过书上总喜欢拿5阶的LC低通滤波来举例子

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几阶无所谓,只要掌握了原理,原则上任何阶数都是可以计算的。例子仅仅是让读者理解那些公式。  详情 回复 发表于 2019-4-30 10:46


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五彩晶圆(中级)

Rank: 8Rank: 8

发表于 2019-4-30 10:40 | 显示全部楼层
LC滤波器的截止频率不是简单地按照1/(2*pi*sqrt(LC))这样算的。因为要考虑负载和信号源内阻对于LC回路的Q值的影响,高于2阶的还有前后级的相互影响。


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