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[参考译文] TPA3223：即使在没有音频输入的情况下、TPA3223和输出滤波器电感器发热问题

admin
Guru**** 1818760 points
Other Parts Discussed in Thread: TPA3223
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/1420061/tpa3223-tpa3223-and-the-output-filter-inductor-heating-issue-even-at-no-audio-in

器件型号：TPA3223

工具与软件：

我设计了音频放大器、在测试期间遇到了这个问题。 即使没有音频输入、IC 以及输出滤波电感器也会发热。 我在36V 和42V 直流电压下测试了放大器、但遇到了同样的问题。 我的电路中使用的电感器值根据 EVM 确定、但器件型号与之不同。 我使用了器件型号 7444011715100 (链接： https://www.we-online.com/components/products/datasheet/7444011715100.pdf)该电感器的额定和饱和电流远高于 EVM 中使用的电流。 该装置使用4欧姆电阻负载和4OHM 扬声器进行了测试。 我仔细检查了原理图是否有任何错误、但找不到任何错误。 您能否告诉我、导致放大器 IC 和 LC 滤波器发热的问题可能是什么？ 我还附上了原理图供您参考。 请尽快回复我组装了10个器件、并测试和面对相同的 issuee2e.ti.com/.../1663.TPA3223-schematics.pdf

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    TI__Guru**** 1818760 points
    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。

    您好 Tenzing、

    由于 PWM 输出正在切换、IC 和电感器会发热。 这意味着电感器会产生纹波电流、并且器件会发热、这是预期行为。 为了降低温度、您需要更好的散热器和热界面材料、或者使用器件的复位引脚(或静音引脚)来避免任何开关操作。

    可以在原理图上改进的一点(与输出无关)是 FAULT 和 CLIP_OTW 网络。 因为它们当前完成了、当有效时、这些引脚直接驱动 LED。 这是没有问题的、也可以正常工作、但通过使用外部 FET (如 EVM 原理图上所示)、您可以将从放大器汲取的电流移至电源。

    此致、

    Ramsey

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    所以你的意思是除了热管理或使用复位或静音引脚之外没有其他出路,顺便说一下,因为这种 IC 使用 AD 调制是因为,在 BD 调制中散热会更少吗? 因为我以前设计20W 音频放大器时没有发现这种发热问题。

    此外、当我以全音量播放音频时、即在输入端2Vrms 时、放大器升温并触发热关断。 是否有办法防止过热？  
    我无法找到适用于 TPA3223的 PSpice 库、您能否向我发送用于仿真的库文件。

    还有一个问题,输出滤波器设计为 fc @ 50kHz,这可以改变吗? 为什么 EVM 使用50kHz 截止频率？ 增大或减小此截止频率会影响放大器的发热或性能吗？

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    您好 Tenzing、

    AD 和 BD 调制在热性能方面非常相似。 通常、影响热性能的主要因素是系统热设计、电源(开关损耗)和输出功率(导通损耗)。 对于 TPA3223、最低增益设置为20dB。 这意味着放大器输入端的2Vrms 信号将是输出端的20Vrms 信号。 使用4欧姆负载、这意味着您将按每通道100W。 您可以在数据表的 功率耗散与输出功率间的关系图(图7-9)中看到、您需要耗散大约50W 的功率。 这是可以实现的、但散热器设计必须尽可能完美、才能将输出功率保持在此范围内。

    我们没有针对该元件的 pspice 库。

    选择50kHz、以便在音频频带的20kHz 部分保持尽可能小的衰减、同时仍然尽可能衰减开关频率。 这可以更改、但应注意防止具有高 Q 的滤波器以及防止切换到音频。 如果您需要更改 LC 滤波器、该工具可以帮助设计它、但通常不需要偏离我们的建议。  通常、较高的截止频率意味着噪声更大、开关频率衰减更少、而较低的截止频率意味着音频频带中具有更多衰减。 更改滤波器可以帮助电感器散热(较大的电感器具有较小的纹波电流)、但通常电感器的质量及其损耗(DCR、磁芯损耗等)对电感器的热性能更具确定性。

    此致、

    Ramsey

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    尊敬的 Ramsey：
    感谢您的建议。 您能否推荐一些散热器以实现更好的散热、以及在全容量运行时是否需要主动冷却以实现更好的散热？

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    您好 Tenzing、

    我们  在 EVM 中使用了 ATS-TI1OP-563-C1-R0散热器。 主动冷却肯定会有所帮助、因为它会使器件散发更多热量。

    此致、

    Ramsey

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    尊敬的 Ramsey：
    感谢对我 在电路板中使用 ATS-TI1OP-519-C1-R0散热器的理解、我将使用主动冷却对其进行测试。

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    尊敬的 Ramsey：
    我遇到了一个奇怪的问题、放大器工作正常、在全输出时发热正常。 放大器连续运行约一小时(未采用主动冷却)。 但当我断开电源并重新连接时、放大器发生故障、即使在复位后也从未清除过。 我甚至断开了电源,几分钟后重新连接,但故障仍然存在。  
    我检查了输出、输出也没有切换(即使负载断开时也是如此)、但使用万用表进行测量时、输出显示为19.5V、在示波器上也是如此。
    我检查了电源轨、一切都很好。
    可能是什么原因导致了这种奇怪的问题？ 我过去也遇到过同样的问题、但我想我在测试过程中犯了一些错误、但这次测试台上没有悬挂的电线或其他金属部件。

    出现此问题的原因可能是什么？ 请提出建议。

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    您好 Tenzing、

    如果 FAULT 引脚被置位而 CLIP_OTW 未置位、则表示存在欠压、过压或过载故障。 要找出出现其中哪种情况、最好的方法是探测 PVDD 和 AVDD 的引脚、同时测量输出端电感器之前的电流、然后为器件供电。

    此致、

    Ramsey

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    尊敬的 Ramsey：
    我探测了引脚 PVDD、AVDD 和 GVDD、PVDD 电压为40V、GVDD/AVDD 电压为5V、上电期间的电流约为4-5A、时间间隔非常短、可能为几微秒、然后输出电压降至约19.5V (空载时)、但当连接负载时、电压降至0。 但在输出端未观察到任何切换。
    此外,在损坏之前(即放大器工作正常时),每次重置放大器都会产生一个爆裂声,它也会产生一些自振荡的声音,并逐渐减小(在此期间重置保持高电平)。

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    您好 Tenzing、

    一旦器件出现该故障、您是否能够重新启动该器件？ 如果没有、您能否移除输出滤波器并查看器件是否仍将 FAULT 引脚拉至低电平？ 您是否有任何行为示波器截图？  

    此致、

    Ramsey

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    我发现、连接到 OUT1M 的滤波电容器在我的两个板中都短路了。我移除了电容器并进行了检查、但电容器正常、但发现 OUTM 引脚和接地端短。 原因可能是什么？ 我在下面附上了供您参考的图片。 我使用的电容器器件型号是 PHE426HB7100JR06。

    另外、我还获取了启动期间消耗的电流的示波器屏幕截图。 电压在0.1OHM 分流电阻器上测量、使启动期间放大器消耗的电流达到约38A 并下降。

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    您好 Tenzing、

    如果 该电容器发生短路、则您基本上会尝试将其驱动为接地短路。 如果移除电感器、放大器是否具有 PWM 输出？ 在移除该电感器后、是否仍然存在接地短路？

    此致、

    Ramsey

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    我把它取下来,检查它,它是好的。 即使在移除电感器后、OUTM 也会对地短路、当我为电路上电时、没有 PWM 信号、并且故障 LED 也一直亮起。 我在断开其显示短路的电源后检查了 OUTM 引脚与接地的导通性。 可能是什么原因 导致了此类问题？

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    您好 Tenzing、

     所有4个输出(ch1和2 +/-)上是否都出现了缺少输出的情况？  如果将 受影响通道的自举电容器替换为0.47uF、这完全有用吗？

    此致、

    Ramsey

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    不是所有其他通道都正常、只有 OUT1_M 引脚接地短路。 我更改了自举电容器、但仍然存在故障、并且在输出端也未观察到开关。

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    您好 Tenzing、

    该器件的低侧输出似乎已损坏。 当器件启动并尝试开始切换时、它会看到接地短路、从而触发 OC 故障。 如果换用芯片、问题就解决了吗？ 如果将不良器件放置在 EVM 上、是否会恢复正常运行？

    此致、

    Ramsey

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    我已经用新的替换了芯片、它可以正常工作、但我认为它会再次出现故障。 有故障的芯片无法正常工作。 更改自举电容器、增大 CMUTE 电容器是否会产生任何差异？或防止低侧 MOSFET 烧毁。

    还有一件事、我不明白在我的大多数电路板中为什么只有 OUT1M (低侧 MOSFET)对地短路？ 这是设计问题还是操作有问题？

    您能再验证一下我在第一条消息中发送给您的原理图吗？

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    您好 Tenzing、

    我看不到原理图有任何错误。 您能将您的布局发送给我吗？

    此致、

    Ramsey

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    尊敬的 Ramsey：
    很抱歉耽误你的时间。 我已随附布局、请拥有一个 look.e2e.ti.com/.../6825.PCB-file.PDF

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    TI__Guru**** 1818760 points
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    您好 Tenzing、

    布局让我立即发现两件事。 首先、器件下方的接地平面被一些信号布线切断。 通常、应避免这种情况、数据表中提到了这种情况。 此外、您还将该器件放置在 PCB 自身的一侧。 去耦电容器应位于同一层并尽可能靠近器件。 将这些传感器放在电路板的另一侧会增加网中应避免的额外阻抗。 数据表和 EVM 用户指南中提供了有关最佳做法的示例。

    此致、

    Ramsey