Criterios de diseño para un filtro LC de salida

Question

A la hora de diseñar un filtro de salida para un simple amplificador de clase D tengo dudas sobre el dimensionamiento de los componentes. Dado:

• frecuencia de corte de aproximadamente 50kHz
• la resistencia DC del inductor puede ser ignorada para esta pregunta
• la carga es 8, para esta discusión puramente resistiva
• esta arquitectura:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

La frecuencia central del filtro LC es: $$f_c = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$

Las posibles soluciones incluyen (pero no se limitan a):

\begin {array}{|c||c|} \hline L & C \\ \hline 220 \text {H} & 47 \text {nF} \\ 22 \text {H} & 470 \text {nF} \\ 2.2 \text {H} & 4.7 \text {F} \\ 220 \text {nH} & 47 \text {F} \\ \hline \end {array}

¿Cuáles son los criterios de diseño adecuados para elegir un inductor más grande o más pequeño / un condensador más pequeño o más grande?

Answer 1

Debe tener en cuenta la carga que el altavoz crea para su filtro LC. Esto cambia la respuesta del filtro. A continuación se muestran los resultados de la simulación realizada con LTspice para diferentes valores de L y C (manteniendo casi constante el producto LC):

Como puedes ver, de los valores probados 330nF, 33µH da los mejores resultados (he añadido este conjunto de valores basándome en los resultados de la simulación).

\begin {array}{|c|c|c|} L & C & \text {color} \\ \hline 220 \text {μH} & 47 \text {nF} & \text {violeta} \\ 33 \text {μH} & 330 \text {nF} & \text {turqoise} \\ 22 \text {μH} & 470 \text {nF} & \text {rojo} \\ 2.2 \text {μH} & 4,7 \text {μF} & \text {azul} \\ 220 \text {nH} & 47 \text {μF} & \text {verde} \\ \end {array}

Desde el punto de vista del altavoz (R1) tenemos un circuito RLC paralelo. Su factor Q se define por la fórmula: $$Q = R_1\sqrt{\dfrac{C_1}{L_1}}$$

Para C1=330nF, L1=33µH el factor Q es igual a 0,8

La solución óptima será la que para cada Q sea igual a 1.