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TPA3128D2: BTL模式4歐姆輸出一直跳

Part Number:TPA3128D2

您好,

目前使用TPA3128D2EVM做測試,IC採用TPA3128D2,

已測試BTL模式8歐姆24V輸入1%與10%與文件圖11相符,

但是測試BTL模式4歐姆24V輸入輸出約24W+24W時,

輸出會一直重覆上電與跳掉,量測FAULTZ電壓會0V與12V之間跳躍,

推測是跳保護,由於OCP可以到7.5A認為可能性不大,

有可能僅剩OTP問題,但是由於測試瓦數並不高,

測試電流也比BTL模式8歐姆還低,

誠懇請問有什麼可能?

謝謝您!!

Amy Luo:

您好,

下面表格是数据表截图,可以看出产生FAULTZ拉低的现象有3种情况,过流、过温和 DC Offset过高,如果您排除了过流和过温,那么看下是否产生了过高的 DC Offset?您可以实测下输出波形吗?看下是否存在一定的直流成分?

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Shang Chih Chang:

Dear Amy:

您好,謝謝您的回覆,

不好意思,沒有打上,

4歐姆24V輸出約24W+24W時,

是有吹風扇的放久還是會跳,

但不吹風扇時跳掉頻率更快,

但是由於測試瓦數並不高,

所以覺得很奇怪,

DC Offset部分也會再確認看看,

謝謝您!!

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Amy Luo:

如果吹风扇有所改善的话,那可能是过温保护;同样的供电电压,在4Ω负载时输出电流相比8Ω时应该高才对,您为什么说“測試電流也比BTL模式8歐姆還低”,您是测量的哪里的电流?

发生过温保护与输出功率有一定关系,但是更主要的是PCB设计时要做好散热处理,否则的话,发热热量散不出去就会发生过温保护;

TPA3128D2 EVM板用户指南中有PCB Layouts示例,您可以参考,如下截图:

EVM板用户指南:https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/slou457/slou457.pdf

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Shang Chih Chang:

測量的電流是電源供應器24V供應電流,

目前PVCC跟AVCC都供電24V,

BTL 8Ω測試24V(THD 10%),

電流3.5A、單邊電阻兩端電壓17.32V瓦數37.5W,

BTL 4Ω時電流3A、單邊電阻兩端電壓9.87V瓦數24.4W,

與8Ω測試瓦數與輸入電流都比較低,

但是會導致OTP保護?

目前是用TPA3128D2 EVM板測試,

如果要能夠測BTL 4Ω 1%與10%數值以目前EVM PCB散熱是不夠的?

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DC Offset,

頂點峰值13.9V底部峰值13.9,

應該沒有DC Offset問題。

謝謝您的回覆!!

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Amy Luo:

EVM板应该支持4Ω的负载(我手头上没有EVM板,我没有实测),上述测试是在EVM板上测量的吗?

您是否按照EVM板用户指南进行了相应的设置?

另外供电电源是否满足以下要求?

Shang Chih Chang 说:

電流3.5A、單邊電阻兩端電壓17.32V瓦數37.5W,

BTL 4Ω時電流3A、單邊電阻兩端電壓9.87V瓦數24.4W,

这里是什么意思?测量的哪里的数据?

看您测得波形,没有发生DC fault;

查找问题方向还可能是欠压问题,您还可以实时检测供电电压吗?看工作过程中是否发生了电压降?

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Shang Chih Chang:

上述測試是在EVM測量的如下圖,

PVCC與AVCC皆供應24V接法如下圖,J3的2、3PIN短路,

線材使用16AWG,目前電流測試不到8A,

測試BTL 4Ω時電流3A、單邊電阻兩端電壓9.87V瓦數24.4W,

此時供電電壓降至23.66V,

兩顆電阻量過各自電壓一樣,

所以只記錄一邊數值,所以數值僅量單邊電阻,

所以輸出總瓦數為24.4W+24.4W=48.8W,

發現效率也有問題僅有48.8W/3A/23.66V=68.75%,

設置按照TPA3128D2 Evaluation Module設定如下,

謝謝!!

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Amy Luo:

您使用的24V供电电源,它能够输出的最大电流是多少?

Shang Chih Chang 说:測試BTL 4Ω時電流3A、單邊電阻兩端電壓9.87V瓦數24.4W

您是使用的纯电阻代替的4Ω喇叭是吗?输出端接4Ω电阻时,24V电源输入至EVM板的电流是3A?输出端4Ω电阻两端的电压有效值是9.87V?输出端4Ω消耗的功率是24.4W?是这个意思吗?

PLIMIT pin电压是多少?

您是要测功放的工作效率吗?请按照下面手册 9.1 Efficiency Measurements章节进行测量:

https://www.ti.com/lit/pdf/sloa068?keyMatch=SLOA068A

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Shang Chih Chang:

Amy Luo 说:您使用的24V供电电源,它能够输出的最大电流是多少?

最大輸出電流可到6A,功率24V x 6A =144W,功率測到140W沒問題的,

Amy Luo 说:您是使用的纯电阻代替的4Ω喇叭是吗?输出端接4Ω电阻时,24V电源输入至EVM板的电流是3A?输出端4Ω电阻两端的电压有效值是9.87V?输出端4Ω消耗的功率是24.4W?是这个意思吗?

是的,

Amy Luo 说:PLIMIT pin电压是多少?

BTL 4Ω 24.4W時,PLIMIT與GVDD電壓一樣量測5.76V跳掉時電壓變為5.84V電壓來回跳動變化,

此時吹風扇比較久才會跳,可能是效率變差IC更燙,就算風扇吹,熱還是會慢慢累積導致過溫度保護?

目前R4轉到底PLIMIT電壓等於GVDD電壓,應該是沒有功率限制的,

Amy Luo 说:您是要测功放的工作效率吗?

只是發現BTL 4Ω 24.4W時效率有問題,

Shang Chih Chang 说:

BTL 8Ω測試24V(THD 10%),

電流3.5A、單邊電阻兩端電壓17.32V瓦數37.5W,

BTL 8Ω THD 10%是正常的估算37.5W x 2 / 24V / 3.5A=89.29%

與下圖24V曲線效率相符,

主要問題是BTL 8Ω測試正常,

但僅改電阻為4Ω之後(會因為改4Ω IC判斷會有不同嗎?),

導致跳保護、效率降低(導致IC過燙過溫度保護?),

但為什麼會發生跳保護跟效率變低?

目前討論比較有可能是過溫度保護,

矛盾的是BTL 8Ω瓦數可測到37.5W+37.5W(24V@THD 10%),

但BTL 4Ω瓦數只推到24.4W+24.4W就保護住了?

謝謝您的回覆!!

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Amy Luo:

我想先确认下,在4Ω负载时,芯片是否有明显的温升而导致过温保护?您是否有办法测量下 TPA3128D2的温升?

另外,在4Ω负载时,24V的供电电流为3A您是怎样测量的?

,

Shang Chih Chang:

4Ω負載時,溫度量測約125度會跳,然後溫度再下降,在上升至125度,

測試溫度探點只能貼IC外殼,可能內部溫度更高?

電流是電源供應器輸出串聯電表做測量,

謝謝!!

,

Amy Luo:

是的,内部温度(结温)比IC外壳温度更高;

我大概计算了下可以归结为过温保护。输入功率24V*3A=72W;输出功率24.4W+24.4W=48.8W,发热功率72W-48.8W=23.2W;IC 结到外壳顶部的热阻按0.3°C/W计算,温升约为7°C(23.2W*0.3°C/W),即结温为125°C+7°C=132°C;

过温保护触发点是150°C±15°C,很接近上述计算值132°C,并且根据您的描述 “温度量测约125度会跳,然后温度再下降,在上升至125度”,这应该是到达125°C,设备过温保护关闭输出,设备温度会降,因为自动恢复设置,降到一定温度设备又开始输出,温度又升高。

但是按照数据表提供的工作效率,在24V,25W输出,4Ω负载时,约为85%,这样算发热功率25*2/85%-25*2=8.8W,热阻按结到电路板的4.8 °C/W计算,温升约为42°C,加上室温算30°C,也才72°C,远低于过温保护触发点是150°C±15°C。

所以,建议您按照用户指南再检查下EVM哪里是否存在设置不当造成的

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Shang Chih Chang:

這就是比較納悶的點了,

8Ω測試時有燒機半小時是穩定的,

此時量測溫度119度,

Shang Chih Chang 说:

BTL 8Ω測試24V(THD 10%),

電流3.5A、單邊電阻兩端電壓17.32V瓦數37.5W,

發熱功率約24V x 3.5A / 90% – 37.5W x 2 = 18.3W,

溫度約為18.3W x 4.8°C/W +30°C = 117.8°C與量測接近,

8Ω測試結果應該能證實EVM的設置是可以的,

設置一樣僅有將8Ω改為4Ω就過溫度保護?

謝謝您的回覆!!

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Amy Luo:

在2种负载测试情况下,您是仅由8Ω负载改为4Ω负载,其他设置接线都没有改变,是吗?

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Shang Chih Chang:

是的,謝謝!!

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Amy Luo:

对上述现象我也很疑惑,但是看到下面帖子中Shawn工程师的解释后,我才知道数据手册中给出的典型特性曲线是瞬时输出功率下的参数,而不是连续输出情况下的。因此,上述现象应该是受到了板子的热性能的限制,使得长时间输出时发生过温保护。

https://e2e.ti.com/support/audio-group/audio/f/audio-forum/704752/tpa3128d2-tpa3128d2?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=TPA3128D2#

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Shang Chih Chang:

看了帖子,

有說明24V 4Ω大約為 56W (THD 1%)和 70W(THD 10%),

引用

While the continuous output power is limited by the thermal performance, which is actually a system level performance.

So for different application design, the continuous output could be very different.

僅能說可能應用不同?

4Ω(板子測試受限熱性能?)/8Ω(板子測試可行),

導致測試連續輸出時會有受限熱性能的限制,

謝謝您的回覆!!

,

Amy Luo:

 

Shang Chih Chang 说:有說明24V 4Ω大約為 56W (THD 1%)和 70W(THD 10%),

这里是瞬时输出下的参数,而不是连续输出情况下的,因为在连续输出时,板子持续发热,而转换效率没有那么高,发热量大于散热量,板子温度就会持续升高;而瞬时输出参数,是指板子不受热性能限制时可以输出的最大功率。

负载为4Ω,电路的转换效率没有为8Ω时高,因此,在4Ω时发热量大于在8Ω时,使得设备在达到发热量与散热量的平衡时,其温度超过触发保护的温度点,因此在同样的测试环境下不能连续正常工作。可以降低测试环境温度或增加散热速度(比如用风扇吹风加快空气流动、使用散热片降低热阻等)来改善这种情况。

在供电电压14.4 V时,可以持续输出的功率是25W  (THD+N = 10%);在供电电压21 V时,可以持续输出的功率是30W  (THD+N = 10%);

而在瞬时输出功率下,供电电压14.4 V时,瞬时输出功率是27W左右,在供电电压21 V时,瞬时输出的功率是55W;

表格参数对比 figure12可以看出供电电压越大,可以持续输出的功率受热性能的影响越大。

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Shang Chih Chang:

好的,

感謝您的回覆,

BTL 4Ω因效率較低跟受限於EVM散熱,

而導致過溫度保護,

Shang Chih Chang 说:

輸出總瓦數為24.4W+24.4W=48.8W,

發現效率也有問題僅有48.8W/3A/23.66V=68.75%,

雖然不知道為什麼實測效率是更低的(可能過燙效率更低?),

目前也僅能認為是BTL 4Ω 因效率較低跟受限於EVM散熱無法達到了,

謝謝!!

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Amy Luo:

您可以在室温时,且使用风扇散热,或使用其他散热措施时,给EVM板刚上电时测试其24V供电电压电流吗 即在EVM板子还没有太热时,看其工作电流?

另外,PVCC和AVCC分开供电也可以提高效率,具体见下面文档第3部分:

https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/sloa238a/sloa238a.pdf

,

Shang Chih Chang:

PVCC等於AVCC供電24V,

剛上電流約2.46A隨時間慢慢升到2.5A,

電流變化不大,這次測試效率變正常一點,

效率約48W/24V/2.5A=80%,

但還是會跳過溫度保護,

=======================================================

PVCC供電24V;AVCC供電5V,

電流量測24V,剛上電流約2.49A隨時間慢慢升到2.54A,

效率跟瓦數差不多,

看文件僅差mW可能看不太出來?

謝謝!!

,

Amy Luo:

1、通过您的测试,可以知道散热做的越好功放的效率越高,这也验证了在4Ω时,板子受到了热性能的限制;

2、PVCC供电24V;AVCC供电5V时,通过sloa238a.pdf文档,如下截图,可以知道减少功率76mW,在整体功率上确实不明显;

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Shang Chih Chang:

好的,

謝謝您的回覆!!

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