TPA3255 / TPA3251 / TPA3245 Rev.1B Final

In Fortsetzung/Erweiterung der Implementierungen auf Basis der TPA3255 / TPA3251 / TPA3245 hier nun der finale Ansatz eines Verstärkerdesigns für die Akita-Familie. Anders als bisher wurde das analoge Frontend auf einer dedizierten Platine integriert und symmetrisch versorgt. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, verschiedene Ansätze der Signalzuführung zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise ergäbe sich mit dem PCM5242 die Möglichkeit, den Verstärker digital per I2S zu speisen.

Dieser Beitrag ist in Fortsetzung zu folgenden Beiträgen:

http://www.360customs.de/2015/07/tpa3251d2-2-x-175w-stereo-350w-mono/

http://www.360customs.de/2017/06/universal-afe-analog-front-end-tpa32xx-tpa3245-tpa3251-tpa3255-mit-pffb/

http://www.360customs.de/2016/10/tpa3255-tpa3251-tpa3245-universal-one-for-all/

 

Visualisierung Rev1.B

TPA3255 Rev.1A vs Rev.1B with AFE

TPA3255 Rev1.A vs Rev1.B with AFE

TPA3255 Rev.1B with AFE

TPA3255 Rev1.B with AFE

Aufbau

Ein erster Probeaufbau bevor die Boards bestückt wurden.

TPA3255 Rev1.B Testaufbau

TPA3255 Rev1.B Testaufbau

Aufgebaut wurden 2 Boards mit jeweils einem AFE-Modul. Hiervon wurde eins lokal gemessen und bewertet, das Andere ging an “Voltwide”, Mitglied des Forums “stromrichter.org”.

TPA3255 Rev1.B Testsystem #1

TPA3255 Rev1.B Testsystem #1

TPA3255 Rev1.B Testsystem #2

TPA3255 Rev1.B Testsystem #2

TPA3255 Rev1.B Kühlkörper

TPA3255 Rev1.B Kühlkörper

Die Versorgung des AFE-Moduls (Analog Frontend) sowie AVCC des TPA32XX erfolgt durch einen LM5017 in Flybuck-Konfiguration. Ausgangsseitig stehen +/-12V zur Verfügung. Der Wandler läuft mit ca. 850kHz, weit ausserhalb des Audiospektrums.

TPA3255 Rev1.B Flybuck

TPA3255 Rev1.B Flybuck

Messwerte / Performanz

Versorgung Analog +/-AVCC

Für den LM5017 als Flybuck ergeben sich direkt am Wandlerausgang für +/-AVCC folgende Ripple:

LM5017 AVCC+Wandlerausgang

LM5017 AVCC+Wandlerausgang

LM5017 AVCC-Wandlerausgang

LM5017 AVCC-Wandlerausgang

Der mittlere Ripple ist kleiner als 10mV, ohne Ripple läuft kein COT-Regler. Bezogen auf +/-12V ist der Ripple kleiner 0.1%. Mit zusätzlichen 100n am Pinheader für das AFE misst sich der Ripple wie folgt:

LM5017 AVCC- +100n Pinheader AFE

LM5017 AVCC- +100n Pinheader AFE

LM5017 AVCC- +100n Pinheader AFE

LM5017 AVCC- +100n Pinheader AFE

Auf dem AFE-Modul gibt es eine zusätzliche RC-Filterung mit nachfolgendem Durchführungskondensator.

AVCC+ AFE filtered

AVCC+ AFE filtered

2mV Ripple entsprechen 0.017% bezogen auf AVCC = 12V.  Die im AFE verwandten OPA1654 bieten bei 850kHz immer noch 30dB PSRR, im Audioband bis 20kHz ist der PSRR besser als 65dB.

Audio THD/THD+N

Das Design liefert an 3.8Ohm Lastwiderstand folgene Performanz:

1W

THD: 0.0016%
THD+N: 0.02%
K1: 11.9dBV
K2: -94.22dBV
K3: -89.8dBV
K1/K2: 106.12dBV
K1/K3: 101.7dBV

10W

THD: 0.0016%
THD+N: 0.013%
K1: 16dBV
K2: -90.4dBV
K3: -82.5dBV
K1/K2: 106.4dBV
K1/K3: 98.5dBV

100W

THD: 0.0039%
THD+N: 0.046%
K1: 25.9dBV
K2: -68.4dBV
K3: -65.4dBV
K1/K2: 94.3dBV
K1/K3: 91.3dBV

Plots für 3.8Ohm Last in BTL bei PVCC=51V, 600kHz mit AFE-Modul und minimalem PFFB bei 1kHz und für verschiedene Frequenzen:

THD vs POUT into 3R8 at 51V 600kHz BTL

THD vs POUT into 3R8 at 51V 600kHz BTL

THD f(freq) vs POUT into 3R8 at 51V 600kHz BTL

THD f(freq) vs POUT into 3R8 at 51V 600kHz BTL

Nutzt man Prefilter PBTL, schaltet die Ausgänge also vor dem Ausgangsfilter zusammen, ergeben sich noch niedrigere Werte. Der Messaufbau:

TPA3255 Rev1.V PBTL Messaufbau

TPA3255 Rev1.V PBTL Messaufbau

Hier wurde für eine Last von  5.0Ohm bei PVCC=30V gemessen, ohne PFFB und AFE-Modul:

THD vs POUT into 5R0 at 30V 600kHz PBTL no AFE PFFB

THD vs POUT into 5R0 at 30V 600kHz PBTLTHD vs POUT into 5R0 at 30V 600kHz PBTL no AFE PFFB

Mit einer Last von 10.0Ohm kann folgendes erreicht werden:

THD vs POUT into 10R0 at 30V 600kHz PBTL no AFE PFFB

THD vs POUT into 10R0 at 30V 600kHz PBTL no AFE PFFB

Versorgung

Im gleichen Formfaktor (10x10cm) wurde durch “Voltwide” ein LLC-Versorgungsmodul entwickelt, welches 50V für den Verstärker sowie 12V AUX bereitstellt. Mit den passenden Bolzen ergibt sich eine Einheit in 10x10x10cm.

TPA3255 Rev1.B + 50V Voltwide LLC #1

TPA3255 Rev1.B + 50V Voltwide LLC #1

TPA3255 Rev1.B + 50V Voltwide LLC #1

TPA3255 Rev1.B + 50V Voltwide LLC #2

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1 Antwort

  1. irs20957 sagt:

    Very nice job!

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