ZHCAEL5 October 2024 TAS6584-Q1 , TAS6684-Q1

2 LC 滤波器配置

根据临界阻尼、平坦通带和相位响应来选择 LC 滤波器值。为 LC 滤波器选择元件时，截止频率和 Q 因子或阻尼比是需要考虑的两个因素。LC 滤波器的截止频率和电感器值取决于放大器开关频率，所以要降低纹波电流，使 LC 滤波器之后只有很小的残余纹波电压。TAS6x84-Q1 支持 384kHz、480kHz 和高达 2MHz 的高开关频率。根据 LC 滤波器设计 应用手册中的计算结果找到典型的电感器和电容器值。384kHz 或 480kHz 开关频率通常使用 10μH 电感器，而 2MHz 开关频率设计可以使用 3.3μH 范围内小得多且重量更轻的电感器。但是，LC 滤波器配置也会根据电源电压和终端系统 EMC 规格进行调整。对于高压电源应用和特殊 EMC 条件，使用四阶滤波器配置和更高的电感。表 2-1 提供了 LC 滤波器的快速选择指南。

表 2-1 LC 滤波器配置

EMC 条件	开关频率	LC 滤波器配置				截止频率，4Ω 负载
EMC 条件	开关频率	L1	C1	L2	C2	截止频率，4Ω 负载
支持 H 类，或 ≤ 24V 电源应用	384kHz、480kHz	10μH	2.2μF	无	无	41.82kHz
在基频下具有高限制		15μμH	2.2μF	无	无	29.79kHz
标准配置		10μH	1μF	1μH	0.22μF	43.85kHz
在全频带具有高限制		10μH	1μF	3.3μH	1μF	38.93kHz
仅适用于 ≤ 24V 电源应用	2MHz	5.6μH	1μF	0.68μH	0.22μF	76.34kHz
仅适用于 14.4V 电池电源应用	2MHz	3.3μH	1μF	0.68μH	0.22μF	113.19kHz

为电感器和电容器选择元件值时，LC 滤波器的频率响应至关重要。图 2-1 是具有 4Ω 负载的 LC 滤波器配置的频率响应（假设电感呈线性且直流电阻 (DCR) 为零）。表 2-1 给出了不同 LC 滤波器的截止频率。为 384kHz 或 480kHz 开关频率选择的电感值和电容值对 4Ω 负载进行了优化，使用 10μH/1μF + 1μH/0.22μF LC 滤波器时会略微过阻尼，使用 10μH + 2.2μF LC 滤波器时会略微欠阻尼。而在 2MHz 开关频率下，使用 3.3μH/1μF + 0.68μH/0.22μF LC 滤波器时，响应略显过高，处于欠阻尼状态。

图 2-1 LC 滤波器的频率响应 - 4Ω 负载

LC 滤波器响应也随着扬声器负载阻抗的变化而变化。负载阻抗决定了输出 LC 滤波器的阻尼比，分为过阻尼、临界阻尼或欠阻尼。图 1-1 显示了单端 LC 滤波器的公式：

方程式 2.

f_{0} = \frac{ω_{0}}{2 π} = \frac{1}{2 π \sqrt{L \times C}} Cutoff frequency of single - ended LC filter

方程式 3.

ω_{0} = 2 π f_{0} C o n v e r s i o n b e t w e e n r a d i a n s a n d f r e q u e n c y i n h e r t z

方程式 4.

Q = R_{L} \sqrt{\frac{C}{L}} Q u a l i t y F a c t o r Q

方程式 5.

ζ = \frac{1}{2 Q} = \frac{1}{2 \times R_{L} \sqrt{\frac{C}{L}}} D a m p i n g R a t i o

根据上述计算结果，负载阻抗决定了输出 LC 滤波器的阻尼比。图 2-2 是所选 LC 滤波器 10μH/1μF + 1μH/0.22μF 在不同扬声器负载下的频率响应。频率响应在 2Ω 负载下严重过阻尼，在 8Ω 负载下严重欠阻尼。在高频下，峰值通常对人耳来说非常刺耳，并且还会触发某些放大器的保护电路，例如过电流保护。但是，过阻尼滤波器会导致音频频带内的高频音频内容衰减。

图 2-2 使用 10μH/1μF + 1μH/0.22μF 电感器时的 LC 滤波器响应

为了帮助补偿这种影响并实现平坦的响应，TAS6x84-Q1 提供了基于通道的集成增益补偿双二阶滤波器，这些双二阶滤波器可按通道进行配置，并默认处于禁用状态。为了实现所需的调节，需要将相应的系数写入 DSP 存储器。图 2-3 和图 2-4 展示了在相同负载下启用和未启用调优增益补偿双二阶滤波器时的频率响应差异。通过适当的均衡器设置启用集成补偿后，可获得平坦的响应。有关增益补偿双二阶滤波器调优指南，请参阅AppendixA。

图 2-3 使用 10μH/1μF + 1μH/0.22μF - 2Ω，24V PVDD 时的 LC 滤波器响应

图 2-4 使用 10μH + 0.22μF - 8Ω，45V PVDD 时的 LC 滤波器响应

图 2-5 和图 2-6 展示了 TAS6584-Q1 在几种电源下的 2MHz 开关频率电源效率。高电源电压下的电源效率会带来较高的热要求，因此不建议在高电源电压应用中使用 2MHz 开关频率。在 2MHz 开关频率下，仅建议在 14.4V 电源应用中使用 3.3μH 电感器。由于电源电压增加，因此将电感增大至 5.6μH 可减小纹波电流。另外，为了满足终端系统 EMC 规格，建议在 2MHz 开关频率下采用四阶滤波器配置。当电源电压高于 24V 时，384kHz 或 480kHz 开关频率是更好的设计。本文档重点介绍 480kHz 开关频率应用中的 LC 滤波器性能，因为在相同电感下，480kHz 开关频率的纹波电流低于 384kHz 开关频率的纹波电流。

图 2-5 效率与输出功率间的关系 - 8Ω，PVDD

图 2-6 效率与输出功率间的关系 - 4Ω，PVDD