Eisazadeh, M. (2019). Control of Switch-mode power amplifiers with high-order LC output filter [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2019.39042
E370 - Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe
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Date (published):
2019
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Number of Pages:
82
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Keywords:
Schaltverstärker; D-Verstärker
de
switch-mode power amplifier; class-D amplifier
en
Abstract:
Class-D-Verstärker stellen eine interessante Lösung zur Realisierung von Leistungsverstärkern dar, die die Anforderungen hinsichtlich Effizienz und Stabilität im Vergleich zu traditionellen linearen Verstärkern gut erfüllen. Ziel der Arbeit ist es, den Class-D-Verstärker unter Verwendung von Filterstrukturen Ordnung zu untersuchen, besonders unter Bezug auf dessen Stabilität und Aussteuergrenzen zur Erzeugung möglichst idealer Ausgangssignale. Schwerpunkt der Arbeit liegt in Verbesserung der Ausgangssignal-Qualität. Dazu wurden verschiedene LC-Ausgangsfilter zur Unterdrückung des schaltfrequenten Rippels betrachtet und verglichen, wie etwa Butterworth-Filter 2.Ordnung und 4.Ordnung bzw. eine Serienanordnung von zwei Filtern 2.Ordnung. Dabei ist auch der Ausgangspannungsregler inkludiert. Als Methode wurde eine Dimensionierung der Filterreaktanzen mittels Koeffizientenvergleich zur Parametrierung angewendet. Nach erfolgtem analytischem Filterdesign wurden PSpice-Simulationen zur Überprüfung durchgeführt, die sich für die gesamte Auslegung als sehr hilfreich erwiesen haben. Die verschiedenen Filtervarianten wurden dabei sowohl für Leerlauf als auch bei verschiedenen Lasttypen getestet. Die Variante mit dem Filter 2.Ordnung zeigt dabei im Ausgangsignal erwartungsgemäß eine geringere zeitliche Verzögerung auf, als die Varianten mit Filtern 4.Ordnung. Die Lösungen mit Filtern 4.Ordnung sind dafür aber durch einen geringeren schaltfrequenten Restrippel vorteilhaft. Im Rahmen der Arbeit wurde gezeigt, dass das verwendete Verfahren sehr gut zur Dimensionierung von Schaltverstärkern mit Ausgangsfiltern höherer Ordnung und geregelter Ausgangsspannung geeignet ist.
de
A Class-D amplifier is a technical realization of a power amplifier that today can combine most of the requirements simultaneously such as efficiency and stability, compared to traditional linear amplifiers. The goal is to redesign the Class D amplifier using higher and more complex filters and to consider the final system for inputs and loads in terms of stability, sustainability boundaries, and as far as possible ideal output signals. We focused on the output filter of this amplifier and try to improve the output signal. In this work different Butterworth filters including 2nd order, 4th order and two 2nd order in series are used and the result are having been compared. Our method in this thesis is to obtain the circuit parameters in order to design the system for each filter, which w will then find the system transfer function and use it to calculate the parameterized the system. After completing design of each filter, several PSpice simulations were created. These simulations allowed for various methods and components to be tested, ultimately saving valuable time in the final design. Finally, each system in no load condition and with different load types were tested. Thus, the second order filter case had the least time-lag while the 4th order filter cases have higher time-lag. In other words, the higher the order of system, the more time-lag the step response shows. This means one of the disadvantages of the higher order system is that the response of system will be slower. On the other hand, the fact that a higher order system can remove the snitching noise, is a great advantage. The result was that the amplifier met most of the specifications. In other word, the theory behind the design does prove that the performance and implementation is achievable.
en
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