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[参考译文] TPA3118D2:除了在同步从器件配置中外、它会产生大量热量

Guru**** 2381530 points
Other Parts Discussed in Thread: TPA3118D2
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/audio-group/audio/f/audio-forum/1386451/tpa3118d2-producing-lots-of-heat-except-when-in-sync-slave-configuration

器件型号:TPA3118D2

工具与软件:

大家好、我的设计中使用了 TPA3118D2 D 类放大器芯片。 此设计配置了多个芯片作为子卡和一个主板、可在其中将一个设计作为主时序源连接、并将3个其他器件作为从器件连接到同步模式。  

我注意到、无论是否插入扬声器、主设备都会发烫、而无论是否插入扬声器、从设备都会保持凉爽。 当我单独使用单芯片时也会发生这种情况、因为它用在定时主控配置中。 主器件仍可正常工作、音频正常、但我想尽可能消除设计中的这种过多热量。  

是否存在可能导致出现这种情况的某种布局或原理图问题?

请查看随附的设计原理图和布局。 您还可以在此处查看我的设计的完整 KiCad 项目: github.com/.../V2.0

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    尊敬的 Emmett:

    C10应该与 pF 相似。 数据表原理图中使用的此电容器的值此 E2E 主题(https://e2e.ti.com/support/audio-group/audio/f/audio-forum/732327/tpa3116d2-sync-functionality-issue)中说明了一个拼写错误。 由于您使用4个器件、您可能需要使用15pF 电容器(或甚至将其取下)、因为它们都将位于同一个网络上。

    从布局图像中可以看出、顶层的接地平面主要与器件切断。 这意味着器件散热所用的铜更少。 数据表的第40页和41页显示了此器件的良好布局。

    根据此设计中的跳线、您还可以尝试降低增益、看看这是否改善了热性能。

    此致、

    Ramsey

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    感谢您发送编修。 我认为这可能确实是电容器值的问题、因为它似乎是专门连接到主模式的、而且我只为主器件连接了电容器。 无论增益设置如何、从器件都不会变得过热。

    如何计算 SYNC 的电容值及其功能是什么? 您似乎在说我可以在同步多个装置时完全移除盖子? 仅使用单个设备时、能否取下盖子?

    我将在回到工作台时测试电容器变化、但这些信息在此期间会有所帮助、所以我可以计划一些可以尝试的东西。  

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    尊敬的 Emmett:

    但没有精确的计算。 数据表中的10K 电阻器和1nF 电容器用于帮助降低系列从器件的过冲。 但是、1nF 的值过大、建议使用47pF。 如果您使用一个主器件和3个从器件、则如果您在每个器件上放置一个电容、电容应进一步降低、因为它们都将并联。 另一种方法是仅在主器件附近安装一个47pF 电容器(除10k 电阻器之外)、然后在其余器件上没有电容器。

    此致

    Ramsey

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    如果不使用从器件、是否需要一个电容器? 我是否可以在不使用同步连接的设计中将此引脚悬空?

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    尊敬的 Emmett:

    在这种用例中、我仍建议在输出端使用 RC 网络。

    此致、

    Ransey

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    好了、没有 SYNC 的哪个值呢? 比如15pF?

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    尊敬的 Emmett:

    RC 网络的总电容应约为47pF。 如果没有同步的器件或一个器件、则使用47pF 电容器。 对于多个已同步器件、请在主器件附近使用一个47pF 电容器、或在每个已同步器件附近使用多个较小的值。

    此致、

    Ramsey

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    明白了、谢谢。 我将尝试用47pf 替换 C10、然后开始  

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    嘿、我现在意识到我有一个不同的设计、我在 SYNC 引脚上使用一个带有10k 电阻器到47pf 电容器接地的芯片:

    https://github.com/hhaudio/FlailDriver/tree/bigger-reg

    即使没有为任一输出插入任何器件、该设计仍然会变得非常热。 这可能是什么原因造成的?

    ~是所使用设计的照片、VCC = 24V 时静态电流消耗应该非常高 100mA:

    这特别指的是什么? 这似乎与我在另一个设计中遇到的问题有关、因为两者都显示类似的行为

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    尊敬的 Emmett:

    Ramsey 今天不在办公室。 他将在星期一对此进行调查。 感谢您的耐心。

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    没问题,非常感谢您的支持

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    尊敬的 Emmett:

    器件本身的100mA 会高于预期、但鉴于电路板上的微控制器和其他器件、这似乎是合理的。 器件将防止自身过热(损坏自身)。 然而、该电路板上没有太多的散热区域、因此散热可能会变得更热。 回到您原始的问题、您能告诉我器件的温度是多少、还能探测器件的 PWM 输出吗?

    此致、

    Ramsey

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    大家好、我现在正在获取一个 红外 温度计 、以便进行准确的温度测量、明天回到 工作台上、我将对 PWM 信号进行示波器测量。  

    就布局而言、这是一种紧凑的设计、因此无法避免紧凑的外形。 添加2个额外的层和实心铜接地层是否可能有助于解决发热问题? 目前、我正在电路板背面放大器芯片对面使用粘合式散热器、并使用一组热过孔将芯片下方的接地平面连接到电路板的另一侧。  

    无论如何、我仍然认为正在发生一些原理图/器件选择问题、因为在我的另一个设计中、不生成同步信号的芯片不会发热、而生成时钟的芯片会发热。 无法生成同步的器件触摸起来非常酷、因此我想在进行其他更改之前深入了解一下。

    一种想法是、铁氧体磁珠的选择可能是个问题? 这些信息很难获得、因为大多数文档中都非常不清楚它们的规格/等级。 我无法确定哪些等级与设计相关、以及看似可互换的器件是否会导致问题。 有什么我应该关注的地方吗?

    此外、 您希望我对电路中是否有任何特定点进行探测? 我还应该在连接扬声器还是没有扬声器的情况下进行该测量吗? 是否正在播放音频?

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    尊敬的 Emmett:

    由于纹波电流较高、铁氧体磁珠往往会导致温度升高、并且时钟生成也会消耗一些功率。 放大器变热并不是主要问题、因为它们可以自我保护并且 OTSD 会在150°C 时启动、这远远超过了它们触摸时感觉很热的温度。 测量应在连接负载且器件播放(静音)且无音频的情况下进行。  

    此致、

    Ramsey

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    你好,拉姆西,我有机会采取一些测量。 PWM 输出在两个电路板上看起来正常、除了纹波很大之外、在并排查看时、输出也看起来彼此具有正确的相位。 每个引脚的输出看起来相同、并且 无论是否插入扬声器、输出都保持相同。 较大 PCB 的静态电流消耗约为80mA、移除同步电容器会将其降低到78mA、并且对温度没有明显的影响。 较大的电路板约为138.5华氏度、较小的电路板约为142华氏度。

    所有测量均在24V 电源条件下进行、无音频播放。 正如我说过的、在插入和未插入扬声器的情况下、我都进行了测试、测量结果相同。

    这特别指的是什么? 对于未播放音频的设置、这看起来像是较高的温度/电流消耗。

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    尊敬的 Emmett:

    预期温度为60°C、尤其是前面提到的有限散热设计。 如本应用手册所述、在输出端添加缓冲器有助于抑制 PWM 上的过冲、从而有所帮助。  https://www.ti.com/lit/an/sloa201/sloa201.pdf?ts = 1723133194059&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F 

    此致、

    Ramsey

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    即使没有插入任何设备、也可以达到60C 的工作温度? 这就像是针对如此小的电流会产生大量的热量、而且在不使用放大器的情况下会产生非常高的静止温度。  

    将其改为具有2个用于散热的额外接地平面(包括电路板背面通过散热过孔连接到正面的平面)的4层设计是否有助于解决散热问题? 尝试在不彻底改变外形的情况下找到可以用于改善此情况的解决方案。

    对于缓冲电路、这有助于减少热量还是仅仅减少振铃? 您会建议在我使用的输出电路中的什么位置插入缓冲器吗? 电阻器和电容器的值是多少?

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    尊敬的 Emmett:

    鉴于受限的发热布局、器件可能会自发热至该水平。 这就类似于用一个没有足够散热器的放大器来运行。 添加额外的接地层(尤其是背面)非常有助于实现这种效果。 在铜的背面添加散热器也会有所帮助。 缓冲器有助于抑制振铃、但这对散热有一定帮助、因为过冲更少。 此操作将在输出滤波器之前的 PWM 输出上添加。 本开发人员指南可以帮助您设计缓冲器。  https://www.ti.com/lit/an/sloa201/sloa201.pdf?ts = 1723502514030&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F 

    此致、

    Ramsey