Induttori/bobine per filtri passabasso classe D/T

Leggendo i consigli dell'utente christian.celona,
e nota la nostra insaziabile voglia di tweaking
mi è tornato in mente di fare un elenco/discussione il più possibile "sicuro" su questi componenti reperibili sul mercato.

E' noto che, lavorando questi ampli a centinaia di KHz, non tutti gli induttori sono efficaci (per esempio i generici anti-disturbi di linea) in quanto devono poter lavorare lontani dalla saturazione del nucleo magnetico (se presente ) ad elevate frequenze, caratteristica critica, e quindi sono specifici per questo tipo di applicazione.

E' altrettanto noto che esistono ampli in classe T/D da pochissimi watt, come altri da centinaia e centinaia di Watt, quindi gli induttori avranno un loro campo di utilizzo legato anche alla corrente che possono reggere..

raccomandazione : postate nuovi prodotti solo se c'è qualche evidenza che possano essere "specifici" per l'applicazione, in caso contrario fate presente che non si sa se lo siano, e il campo di utilizzo (bassa/media/alta potenza)

iniziamo coi post di Christian, estratti da un thread ( https://www.tforumhifi.com/ta-2022-ta-2020-e-altri-chip-derivati-f4/smsl-sa-36-ta2020-t11712-75.htm#195499 ) riguardante il chip Tripath TA2020 (quindi bassissima potenza, una manciata di Watt ergo pochissimi Ampere ad attreversare questi induttori)

christian.celona ha scritto:
Se le trovi cambia le bobine in uscita con le Toko schermate suggerite da Tripath.

christian.celona ha scritto:La bobine in uscita sono i quattro cilindri di colore blu posti dietro al radiatore del TA2020.
Le Toko consigliate da Tripath sono queste:
http://www.toko.co.jp/products/pdf/inductors/8rdy.pdf
In alternativa puoi utilizzare anche le Datatronic PT21707, le Toko 8RHT2 ed 8RHB2, le ISI RL622 e in altri amplificatori con PCB SMD le Toko DS86C.

sono noti da tempo gli induttori toroidali dell'eBayer Arjen Helder ( http://stores.ebay.it/Helder-HiFi , dalla Cina con furore )
costruiti attorno al nucleo Micrometal (uMetal, muMetal) che li rende specifici per questa applicazione :
- Bassa Potenza, un suo prodotto "storico" : http://cgi.ebay.it/Choke-coil-for-class-D-amplifiers-10uH-3A-/250732208731?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item3a60cde25b
- Medio / Alta Potenza, prodotto relativamente nuovo sul suo listino : http://cgi.ebay.it/T68-2-Coils-for-TK2050-TA3020-HIGH-PWR-Class-D-AMPS-/250736811731?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item3a61141ed3

sotto con le alterative, ma che abbiano un minimo di senso

come al solito intervengo col mio solito modo
Inutile farsi le pippe mentali, non esistono induttori specifici per la classe D, gli induttori andranno scelti, nel nostro caso, rispettando scrupolosamente cio che ci dice il datasheet del chip.
Piu' precisamente va scelto in base al valore dell'induttanza perche' in un certo qual modo, per usare parole semplici, quel determinato valore di induttanza, rende sinusoide il segnale quadro o triangolare generato dal chip. Quindi e' il produttore stesso a dirci quale valore di induttanza va usato per rendere sinusoide il segnale generato, non c'e' via di scampo.
Secondo fattore da tenere in considerazione e' il fattore saturazione: Anche in questo caso vanno letti i datasheets delle induttanze, non fatevi alloccare da chi pubblicizza induttanze per classe D. La saturazione avviene perche' tra le spire delle bobine si forma un campo magnetico al passaggio della corrente. Quindi? Quindi si calcola quanta corrente scorre tra i due morsetti dell'altoparlante e si sceglie una induttanza capace di reggere quella determinata corrente, prima che si verifica il fenomeno della saturazione. Conclusione: non si puo' assolutamente generalizzare, gli induttori vanno scelti caso per caso, in funzione della frequenza generata dal chip e dal valore dell'induttanza per "risistemare" il segnale d'uscita oltre al valore della corrente che deve scorrere tra le spire prima che intervenga la saturazione.

ma perché c'è gente che vende induttori "specifici per la classe d"?

piero7 ha scritto:ma perché c'è gente che vende induttori "specifici per la classe d"?

Sei abbastanza adulto per capirlo da solo
A proposito, ben tornato, e' un piacere leggerti

e come al solito replico

non è una questione di pippe mentali, è questione di capire (o tentare di capire) cosa c'è dietro, muovendosi di conseguenza.. Il DS non è bibbia (diciamo quasi ) , è una guida scritta da persone competenti, che andrebbe letta con altrettanta competenza e quindi con competenza (ed esperienza, anche pratica nel contesto) interpretata, l'oro colato è una questione di fede e l'elettronica è scienza, non religione

Cmq OK, il DS DEVE essere preso in seria considerazione, incontestabile ma...per esempio, sui DS dei piccoli Tripath pressochè sempre vengono esposte due varianti di valori per lo stadio di finale, e non ti dicono quale sia la "migliore".. vuoi mettere che magari non sia solo una l'unica soluzione possibile?
in commercio poi trovi varianti ulteriori a questi 2 set di valori, addirittura delle schede con doppio stadio di filtro (24dB/ottava anzichè i canonici 12) ipotesi questa pure contemplata da alcuni DS Tripath, nelle varie note scritte in piccolo.. tralasciando i vari DIYer che sperimentano ulteriori varianti, stabili e ben funzionanti..

la realtà è che una modulazione PWM (classe D/T) ripropone in uscita multipli e infiniti spettri del segale audio amplificato in banda base, ognuno di questi è centrato attorno ad un multiplo della frequenza di modulazione PWM e via via di intensità decrescente, compito del filtro passa-basso (in cui l'induttore è impiegato) è par passare la componente in banda-base, filtrando i vari multipli...e di fatto è un compito relativamente poco critico, perchè questi multipli sono posti a frequenze molto superiori a quella della banda base audio...decisamente meno critico per esempio di estrarre un segnale da 20KHz di banda data una Fc di 44.1KHz..
ti do ragione nel ritenere che le cose vadano fatte con cognizione di causa, non si cambiano i valori "ad minchiam" ma qualche conto teorico + qualche simulazione con uno Spice decente a caso, danno un valido ed insostituibile supporto nella ricerca di una propria e valida via..

non esistono induttori specifici per la classe D, concordo, forse mi sono spiegato male, ho fatto presente da subito (magari in modo lacunoso) quali sono le criticità del contesto di un ampli in classe D (elevate frequenze di lavoro) e quindi quali caratteristiche debbano avere tali induttori (attitudine a non saturare a queste frequenze, che sono centinaia di KHz se non MHz per le ripetizioni più remote) indi ho riportato 2 esempi, quello di Christian a sua volta dedotto dai DS Tripath (mi fido di entrambi) e quello di Arjen, i cui core uMetal sono noti per l'attitudine a lavorare in questo contesto, evitando la saturazione..nessun effetto speciale come vedi

tralasciando l'empasse (che alla fine stiamo dicendo le stesse cose) gli induttori da te usati cosa sono, e come li hai scelti ?

piero7 ha scritto:ma perché c'è gente che vende induttori "specifici per la classe d"?

Piero, non inventarti casi che non esistono dai
esistono induttori adatti a lavorare nel contesto elettronico di un ampli in classe D (contesto dettagliato più volte sia da me che da Aris) se poi su eBay si mette una inserzione rivolta al mondo intero, che vuole raggiungere anche persone con competenze tecniche non così elevate da comprendere questo contesto, e la si "semplifica", che male c'è
ci sarà forse scritto "specifici per la classe d" ma non c'è di sicuro scritto "specifici per la classe D e nient'altro che la classe D"

p.s. bentornato anche da me

Venditore di nuclei micrometal adatti alle alte frequenze:
http://kitsandparts.com/

Per il resto non esiste nessuno che vende bobine per classe D, ma al massimo esistono delle bobine adatte.

I datasheet spesso danno dai range per la frequenza di taglio del filtro e in genere non danno valori esatti, cosa perfettamente inutile. Ma al massimo danno una frequenza di taglio ideale.

Grazie Mad, ovviamente il mio intervento non era per contraddirti anzi...
Per la mia umile esperienza sui chip in classe D non tripath, posso dirti che i relativi datasheets sono piu' completi, nel senso che ti dicono pure il dielettrico da usare per i condensatori di bypass e di disaccoppiamento e ne spiega anche il motivo, cosa che tripath non fa. Ultima nota, sembra di aver letto a caratteri molto piccoli, come vanno ridimensionati i valori dei condensatori dopo le induttanze, quelli verso massa per cui chi acquista le schede basate su chip tripath, e' consigliato controllare il valore dei condensatori utilizzati, per un utilizzo a 4 oppure 8 ohm.
Personalmente starei molto attento ad allontanarmi troppo dai valori consigliati, anzi mi attengo scrupolosamente, come gia scritto in altri post, la classe D non funziona come una valvola o come una qualsiasi altra classe di funzionamento, il perfetto funzionamento dei chip e' strettamente legata alla qualita' dei componenti nonche' ai valori dei condensatori che si occupano di stabilire la frequenza generata dall'oscillatore interno.

aris69 ha scritto:

piero7 ha scritto:ma perché c'è gente che vende induttori "specifici per la classe d"?

Sei abbastanza adulto per capirlo da solo
A proposito, ben tornato, e' un piacere leggerti

Ciao aris!


Certo che per vendere, si inventano di tutto, ma pure chi crede a queste cose, però, lascia un po' basiti...

piero7 ha scritto:

aris69 ha scritto:

piero7 ha scritto:ma perché c'è gente che vende induttori "specifici per la classe d"?

Sei abbastanza adulto per capirlo da solo
A proposito, ben tornato, e' un piacere leggerti

Ciao aris!


Certo che per vendere, si inventano di tutto, ma pure chi crede a queste cose, però, lascia un po' basiti...

Caro Piero il mondo e' bello perchè è variegato

aris69 ha scritto:
Per la mia umile esperienza sui chip in classe D non tripath, posso dirti che i relativi datasheets sono piu' completi, nel senso che ti dicono pure il dielettrico da usare per i condensatori di bypass e di disaccoppiamento e ne spiega anche il motivo, cosa che tripath non fa.

umile mica tanto "hai dato" , e con risultati notevoli
Un DS ricco di queste info potrebbe essere ad esempio quello sui TPA3122 che hai usato nei tuoi progetti? interessante, leggerò con attenzione

Ultima nota, sembra di aver letto a caratteri molto piccoli, come vanno ridimensionati i valori dei condensatori dopo le induttanze, quelli verso massa per cui chi acquista le schede basate su chip tripath, e' consigliato controllare il valore dei condensatori utilizzati, per un utilizzo a 4 oppure 8 ohm.

ricordo qualcosa del genere, anche se non ricordo di preciso se parlassero dei C di filtro, o della rete di Zobel..
i DS Tripath sembrano fatti con un "quasi-stampino" pressochè identici ma ognuno di loro ha una qualche considerazione "generica" che i quasi gemelli non riportano

piero7 ha scritto:Certo che per vendere, si inventano di tutto, ma pure chi crede a queste cose, però, lascia un po' basiti...

al netto delle mie considerazioni di cui sopra, non capisco quali siano queste cose a cui si crede..

Mad, la parte piu' interessante e' da pag 11 a pag 15 ovviamente nella mia realizzazione oltre a seguire alla lettera cio' che viene scritto per quanto riguarda il tipo di dielettrico (ne ho usati 2 diversi sullo stesso chip vedi pag 13 Primo rigo), anche per quanto riguarda gli elettrolitici ho usato degli Ultra Low ESR (prime righe di pag 14) come espressamente richiesto dal datasheet che poi costano quanto quelli normali.
Ovviamente ho preso come riferimento anche tutti gli altri accorgimenti consigliati quando si parla di PCB Layout vedi pag 14)
Per il TA2020 cambiano sia per la zobel che per quelli verso massa dopo l'induttanza

ciao ragazzi...
sono nuovo del sito. Sto preparando una tesina d'esame sugli amplificatori in classe D e ora sono arrivato al punto di progettare il filtro passa basso LC...qualcuno di voi mi può dare delle buone referenze?
Una cosa molto importante che non ho capito e che non so cosa sia di preciso (quindi vi chiedo di essere il più specifici possibile) è la saturazione del core dell'induttanza...cosa sarebbe?saturazione?corrente variabile? angolo critico?incide sulla distorsione?

grazie in anticipo a tutti quelli cheavranno voglia di mettersi a scrivere due righe per tirarmi fuori da sto vicolo cieco
CIAO

sorry, non so essere più specifico di quanto (poco) lo sia stato più su,
penso proprio ti convenga chiedere a google
http://www.google.it/search?q=spettro+modulazione+pwm&ie=utf-8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozillaofficial&client=firefox-a&safe=active (magari anche in inglese)
http://uscnd.det.unifi.it/AMPL-D.pdf
ecc.ecc..
azzardo, ma non credo ci siano particolari accorgimenti "progettuali" da prendere in considerazione per la risposta del filtro passa-basso, se non quelli canonici (io cercherei la massima costanza di fase in banda audio, e cmq un filtro che non abbia ripple e risonanze varie a fine-banda).. anche qui, google ti è amico

idem le bobine e la saturazione
http://www.google.it/search?q=saturazione+induttore&ie=utf-8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozillaofficial&client=firefox-a
http://www.carbognin.it/note_tecniche_reattanze.html
http://it.wikipedia.org/wiki/Induttore
http://www.electroportal.net/phpBB2/viewtopic.php?f=2&t=19425&start=0&st=0&sk=t&sd=a
http://www.costruirehifi.net/forum/viewtopic.php?f=71&t=1124

se poi ti va di fare un salto in zona presentazioni..

Provo ad interpretare il pensiero dell'utente christian.celona che è già intervenuto in altre discussioni sugli induttori.

Partiamo da un dato di fatto: i datasheet sono rivolti a personale tecnico, dunque non trattano approfonditamente la materia, visto che certe conoscenze per lavorare nel settore bisogna averle. Diverso è il caso in cui si producano circuiti integrati in DIL, ormai confinati all'ambito didattico e a produzioni artigianali come quelle del DIY, dove il destinatario del prodotto è in formazione o auto-formazione e dove il bagaglio di conoscenze teoriche, ma soprattutto pratiche, deve essere completato.

Lo scrivo perché mi è già stato contestato che il datasheet della Tripath non menziona quel che scriverò in seguito.

I nostri piccoli amplificatori a commutazione si trovano nella quasi totalità dei casi in contenitori di piccole dimensioni e sono progettati e prodotti in economia, come ad es. gli S.M.S.L SA-36 oggetto delle più recenti discussioni.



Nel caso della foto testé inserita, le piazzuole circolari che si estendono lungo i lati della scheda che verrà a contato con il generoso chassis in alluminio hanno lo scopo di mettere a massa il contenitore, in modo da schermare all'esterno le interferenze prodotte; allo stesso modo le piazzuole forate previste da Tripath servono a saldare una gabbia schermante.

I quattro cilindri di colore blu, sono le bobine non schermate e il costruttore, sapendo che queste (le più utilizzate) prodotte da TDK generano un campo che si estende ben oltre il contenitore plastico del componente, ha separato i due canali con una ulteriore bobina, contenuta nel relais di colore nero che può interferire solo finché gli altoparlanti sono disconnessi, ovvero ai fini pratici mai. Fino a questo punto sono riuscito a mantenere semplice il discorso.

La maggior distanza tra i canali serve ad evitare che il campo di forza generi una F.E.M. negli induttori del canale opposto, che porterebbe ad una minor separazione tra i canali. Si tratta dello stesso principio utilizzato nei trasformatori, dove un avvolgimento percorso da corrente, induce una tensione in un diverso avvolgimento galvanicamente isolato, ed ovviamente sto' semplificando il tutto per renderlo comprensibile a tutti i lettori del forum.

Per verificare la presenza di questo campo serve una piccola radiolina in AM con l'antenna avvolta attorno ad un nucleo in ferrite; passando il radioricevitore in prossimità delle bobine si potrà chiaramente udire l'interferenza, che sarà molto forte anche sopra gli induttori. Il problema nasce nel momento in cui, al fine di migliorare la resa sonora dei nostri amplificatori si vanno ad occupare i pochi spazi disponibili con migliori condensatori di disaccoppiamento in ingresso, e sulla parte opposta della basetta, con un piccolo condensatore per la soppressione dei disturbi ed un generoso elettrolitico di rinforzo che si appoggierà proprio sopra o in prossimità degli induttori.

Probabilmente non si è immaginato (e non lo fanno neppure i software simulatori) che il condensatore elettrolitico viene fabbricato avvolgendo due armature metalliche separate da un dielettrico, e che su questo avvolgimento, nonostante i migliori accorgimenti, si potrebbe generare una F.E.M. indotta. In tal caso le possibili soluzioni per rimediare, non ad un disturbo udibile, ma ad uno eventualmente misurabile sulla linea di alimentazione, sono quella di portare l'elettrolitico di rinforzo all'interno del proprio blocco, ovvero dentro l'alimentatore, oppure quella di utilizzare degli induttori schermati.

Uso il condizionale perché ho acquistato l'amplificatore di cui parlo da un venditore che finora non si è neppure degnato di spedirmelo, oppure che non lo ha mai comunicato ad eBay, anche se afferma di averlo spedito 4 giorni dopo il mio pagamento.

Ma tornando agli induttori, non è vero che sono tutti uguali; hanno una specializzazione per ambito d'uso, dovuta ai materiali impiegati per la costruzione del nucleo, il cui colore ne indica il tipo. A seconda ce si utilizzi la ferrite o la polvere di ferro, i nuclei che si caratterizzano per permeabilità magnetica, frequenze d'uso e potenza applicabile, divengono adatti ad uno scopo piuttosto che ad un altro. Ad esempio al crescere della permeabilità del nucleo, si abbassa la frequenza di lavoro raccomandata, mentre l'uso della polvere di ferro nella composizione del nucleo lo rende idoneo all'uso in alta potenza o idoneo agli oscillatori, dove però con i nuclei di colore giallo bisogna garantire la stabilità fissando le spire con della resina epossidica, in quanto il diametro del cavo dipenderà dal segnale in transito, dunque per segnali di modesta potenza basterà del rame smaltato con sezione da 0,18 ad 1mm da fissarsi con la resina per evitare spostamenti delle spire, vibrazioni e conseguenti derive in frequenza.

I nuclei in ferrite permettono di ottenere la stessa induttanza con un minor numero di spire a causa della maggior permeabilità, ma non sono stabili al variare della temperatura; vengono impiegati nella soppressione dei disturbi in RF e nei circuiti a larga banda. Un'altra differenza dovuta alla saturazione è quella relativa all'uso in potenza; saturando il nucleo si ottiene un aumento della temperatura dello stesso che può danneggiare permanentemente i nuclei in ferrite, mentre quelli in polvere di ferro tornano alle loro caratteristiche iniziali, dunque non si rovinano.

Un metodo semplice per ottenere un nucleo adatto a potenze maggiori consiste nell'incollare con la resina due nuclei più piccoli in modo da utilizzarli come un unico toroide. Una cosa che ho omesso di dire e che il nucleo può anche non esserci oppure avere forma cilindrica o toroidale e quest'ultimo viene preferito dagli autocostruttori per via della facilità con cui si può prevedere l'induttanza ottenuta e per l'effetto auto-schermante dovuto al fatto che nel solenoide toroidale tutto il campo rimane confinato all'interno del nucleo, rendendone superflua la schermatura. Nonostante ciò io sconsiglio di provare a costruirseli agli appassionati per la semplice ragione che se vai da un negoziante a chiedere dei nuclei specifici ed in casa ne ha altri, ti rifilerà quelli che ha, certo di non perdere grosse commesse da tali improvvisati clienti.

Senza andare a scomodare altri parametri come i fattori di qualità, delle caratteristiche menzionate in modo approssimativo, nei datasheet si trova di norma ben poco o quasi nulla. E anche leggendo le formule su Wikipedia o altri siti non è detto che si riesca a giungere a tali conclusioni, che maturano in quanti comprendono la teoria solo con la pratica e l'esperienza.

Faccio un ultimo esempio conclusivo, aiutandomi con una ulteriore immagine.



Si tratta dei nuclei toroidali forniti su eBay da Arjen Helder, di cui si parla tanto bene.

Ho già scritto quali siano i vantaggi del solenoide toroidale e valgono anche per i trasformatori, dunque gli autocostruttori fanno bene ad utilizzarli, ma tenendo a mente che l'induttanza varia se non c'è linearità geometrica tra le spire e può divenire un problema non trascurabile con i segnali di frequenza più elevata.

Vedendo la foto possiamo renderci conto che data la sezione del filo si possono ritenere abbastanza stabili da non richiedere l'uso della resina, specie se saldati in prodotti finiti, ma sono migliorabili per due aspetti: il primo è migliorare la linearità geometrica facendo fare gli avvolgimenti a delle macchine, che notoriamente ci battono in precisione ed affidabilità.

Il secondo è che la prima spira non deve trovarsi parallela all'ultima, perché in tal caso si genererebbe una capacità parassita; è abbastanza frequente che i solenoidi toroidali non si completino alla base, ovvero nel punto in cui si saldano i reofori, lasciando una piccola distanza di circa 15° tra la prima e l'ultima spira (in ogni caso il solenoide deve estendersi per almeno 330° sul toroide).

Mi sembra che queste nozioni pratiche nel nostro paese siano merce rara e non è infatti un mistero che manchino i tecnici.