D級アンプの不具合について。 - 1669166404

1：ぼんぞー：2022/11/23(水) 10:20:04: たかじん様

おはようございます。お世話になります。
先日HPにてご相談させていただきました「ぼんぞー」です。

TPA3255を使用して120W/8Ω出力の基板を作成してみました。
初心者なので大変お恥ずかしい物となっています。

2×BTLモードで2chと考えていましたが、部品を乗せる事ができず、そのままモノラルで使用しております。

実装および確認を終えて、いざ電源ON…
音は出ているのですが、何か「ボツボツ」とノイズが乗っているな
と思っているうちに音が出なくなってしまいました。

再度電源ON！…同じだな… そうこう繰り返しているうちに完全に音が出なくなってしまいました…

一番初めに電源ONした時から/RESET、/OCはLになりLEDが点灯したままの状態でした。
原因が分からず困惑しております。
・電源供給状況は問題無し（電圧測定しました）
・発熱は音が鳴っている時は放熱盤がほんのり暖かくなる程度
・気になる点はAVDD電圧はマニュアルには[7.75V]と記載ありましたが[1V]程度しかありませんでした。
内部出力電源なので「何でだろう？？」と悩んております。

回路図等のリンクを貼ります。
何かご教授いただければ幸いです。何卒宜しくお願い致します。
※アンプおよび電源に関係ない部分は消去しております。

https://i.postimg.cc/XJXR0kxN/TPA3255-221121-question-01.png
https://i.postimg.cc/rpGmrMLR/TPA3255-221121-question-02.png
https://i.postimg.cc/KjWv2Ytw/TPA3255-221121-question-03.png
https://i.postimg.cc/C1PwGKr5/TPA3255-221121-question-04.png
https://i.postimg.cc/QdGhkwmQ/TPA3255-221121-question-05.png
2：ぼんぞー：2022/11/23(水) 14:05:40: 失礼しました。
本文中「/RESET」は「/FAULT」でした。
3：たかじん：2022/11/25(金) 20:28:36: ぼんぞーさん

基板のパターンは非常によさそうです。初めてパターンを描いてこれというのは相当な
センスだと思います。

さて、回路図の方ですが気になった点をいくつか。

１．GND電位が同一かどうか。信号入力系（デジタル/アナログとも）、電源系でどこかで繋いでおく必要があります。

２．アンプ出力のOUT_C、OUT_Dが浮いている。パラレルBTLにした方がパワーを稼げます。

３．RESET端子のプルアップがない。

４．INPUT_C、INPUT_DがGNDに接続されている。　使わない時はCを介してGNDに繋ぐ方が良さそう。

５．INPUT_A、INPUT_Bにカップリングコンデンサがない。 DCをカットして入力する方が良いと思います。

６．裏面のパッドの電位が不明。GNDへ接続する必要があります。

ざっとみた感じでこのくらいですね。完全には追いきれておりませんので間違いがあるかもしれません。
4：ぼんぞー：2022/11/27(日) 12:21:19: たかじん様

おはようございます。お世話になります。
ぼんぞーです。
ご指摘いただき本当にありがとうございます。感謝いたします。

パターンは基板業者殿とあーだこーだーとやりながら作成していきましたので業者殿のおかげです。

１．GND電位が同一かどうか。信号入力系（デジタル/アナログとも）、電源系でどこかで繋いでおく必要があります。
→　すべての電源GNDは1本のパターンに落としていく形にしております。
　　導通のみで電位を測定してはいないので測定してみます。

２．アンプ出力のOUT_C、OUT_Dが浮いている。パラレルBTLにした方がパワーを稼げます。
→　仰るとおりです。実は2chで…と考えてBTL×2にて設計したのですが、スペースがなくそのままBTL×1で設計しました。
　　TIに質問したのですが、ここの処理は回路図のとおりで問題ないとの事でしたので、この設計にしました。
　　でも個人的にはすごく引っかかている所です。

３．RESET端子のプルアップがない。
→　使用しているRESET IC が CMOS出力なのでプルアップは必要ないかと思っていました。
　　再度確認します。

４．INPUT_C、INPUT_DがGNDに接続されている。　使わない時はCを介してGNDに繋ぐ方が良さそう。
→　そうなんですね。入力を使用しない＝直でGNDに落とすと思っていました。

５．INPUT_A、INPUT_Bにカップリングコンデンサがない。 DCをカットして入力する方が良いと思います。
→　申し訳ございません。ここは公開した回路図には記載しておりませんが、コンデンサでカップリングしております。

６．裏面のパッドの電位が不明。GNDへ接続する必要があります。
→　ここは私もパッドが1つ浮き島になっているのを発見しました。GNDに落としました。
　　他にも無いか再度確認いたします。

一番気になっているのは電源入れた直後から/FAULT、/OCはLの状態のままで、突然音が出なくなった所です。
何故そうなったのか… ココが気掛かりで次に進めないのが現状です。
ご指摘いただいた点を確認しICを交換しようかと思いますが、ラスト1ヶなので完全にビビッております。

もしこれは…という点があればお教えいただければ幸いです。
まずはご指摘いただきました点を確認していきます。

貴重なご時間を割いていただき本当にありがとうございました。

またご質問するかもしれませんが、何卒よろしくお願い申し上げます。
5：ぼんぞー：2022/11/27(日) 19:17:51: たかじん様

こんばんは。お世話になります。
ぼんぞーです。

TPA3255の破損の件？ですが、電源の突入電流の可能性等は考えられないでしょうか。
現在PVDDには添付資料の電源回路のコンデンサ、トランスは100V-38V 300VAのRIコア
のものが余っていたのでそれを使用しております。

どの程度あるのか… はまだ測定していませんが、気になっております。
お力添えいただければ幸いです。
6：たかじん：2022/11/29(火) 22:52:36: ぼんぞーさん

> TPA3255の破損の件？ですが、電源の突入電流の可能性等は考えられないでしょうか。

電源の突入電流は、整流ダイオードとコンデンサまでで、その先のICに過大な電流が流れることは無いと思います。
ただ、電源の立ち上げ、立ち下がりの瞬間に最大電圧を超えていないか確認するのが良いと思います。

トランスの2次側電圧は定格電流が流れているときの電圧で、無負荷時はそれよりも高くなります。
AC38Vを整流すると計算上 x 1.41 で 53V となりますが、無負荷時にはAC42～45Vくらい出ているのではないでしょうか？

また、コンセントのAC100V電圧は＋10%～－10%くらいは変動するものと考えて設計しておく必要があります。
そこから更に安全マージンを取っておく（AC115V～80Vで問題なく動作する）と安心できますね。
7：ぼんぞー：2022/12/03(土) 21:08:21: たかじん様

こんばんは。お世話になります。
ぼんぞーです。
突入に関しては仰るとおりですね。完全に勘違いしておりました。
申し訳ございません。

トランスの2次側の電圧ですが、無負荷時はAC40Vでした。
40Vとすると×1.41で整流分のDi電圧降下が1V×2ヶでDC54.4V程度になります。
絶対最大定格は超えませんが、電気的定格の53Vを超えるのはまずいですね。

できればこのトランスをそのまま使いたいのですが、10A程度のダイオードを2ヶ程接続して
電圧降下させて実験しようかと思います。

TIにも色々と聞いているのですが、ピンとした回答が得られず…
・回路的には問題ない
・電源立ち上がりのシーケンス時間を伝えましたが問題ない
・AVDDとDVDDが低いのが原因ではないか？と回答返ってきたのですが、これはIC内部のLODで生成される電圧なのでどうしようもないのでは？
1日1回程度の回答なので中々先に進まないのが現状です。

以前ご指摘いただきました…
・電位等は測定しましたが特にGND同士で電位差を持っている部分はありませんでした。
・使用しているリセットICは、/RESETに通常4V掛かっている状態です。
・各ベタGND部分は浮き島が無い事を確認しました。

勿論電源ショートしている部分も無く… 未だ暗礁に乗り上げた状態です。
8：ぼんぞー：2022/12/06(火) 20:38:07: たかじん様

こんばんは。お世話になります。
ぼんぞーです。

各チェックをもう一度行い、TPAを実装しなおしテストを行ってみました。
すると音が出だし始めました！

入力を絞っていた状態でしたので徐々に電圧を上げていくと…8Ω/23W出力程度でシャットダウンが掛かり音が出なくなりました…
電源はDC48V程度でしたので大丈夫かと思うのですが…

この時/FAULTが[L] /OTWが[H」でしたので、リファレンスによるとオーバーロードという事になります。
オーバーロードするものなのでしょうか。

一難去ってまた一難です。何かご教授いただければ幸いです。
9：ぼんぞー：2022/12/06(火) 21:34:01: たかじん様

こんばんは。お世話になります。
ぼんぞーです。

何度も申し訳ございません。
色々と確認したところ、サーマルパッドに放熱盤が密着していなかったようです。

W数は稼げるようにはなりましたが「パチパチ」というノイズが常に鳴っている状態です。
W数が低い時に顕著に出てきます。

一難去ってまた一難です。何かご教授いただければ幸いです。
10：たかじん：2022/12/08(木) 16:41:26: ぼんぞーさん

日々進化がみえて良いですね。
パチパチ音ですか。　D級アンプではそういったノイズの現象をオシロで
捉えるのはなかなか難しいかもしれませんが、入力信号にノイズが乗っていないか確認するのと、
TPA3255のコントロール系、プロテクション系の確認ですね。

例えば、RESET端子にノイズが混入していないか。
電圧検知（Undervoltage protection）、電流検知（Overcurrent limit protection）なども一つ一つ確認していく
地道な作業になります。

出力の電流リミットは、出力コイル鉄心の磁器飽和も注意してください。
飽和したとたん電流がドカーンと流れます。
（今回は少出力時のノイズですので関係ないとは思いますが）
11：ぼんぞー：2022/12/10(土) 15:42:05: たかじん様

こんばんは。お世話になります。
ぼんぞーです。
ご教授誠にありがとうございます。

コントロール系／プロテクション系の確認を行おうと色々いじっております。
ただ… ICが急にFAULTから抜けなくなり… 飛ばしてしまったのかと落ち込んでいます。

とりあえずBTL OUTとリセットの波形は確認できました。
結構大きなノイズが乗っているなと感じています。
試しにRESET端子に積セラ0.1μをGND間につけてみたのですが、現状変わりありませんでした。

ある一定のW数の時のみノイズが出ます。
だいたい6W～28W程度でノイズが出て、それ以上/以下は出ないのです。
またICが冷めている時はノイズの頻度が多く、温まってくると下がってきます。

PVDDはDC48～51V供給しております。

ICが飛ぶ前にキャプチャーしたオシロ画像を添付させていただきます。

ICを交換しようとも、もう結構基板パターンの方がやられてきてまして…
落ち込んでおります。

またご教授いただけでば幸いです。

https://i.postimg.cc/3NJs10zC/BTL-OUTPUT.png
https://i.postimg.cc/nzngVQVb/RESET.png
12：ぼんぞー：2022/12/12(月) 19:40:22: こんばんは。お世話になります。
ぼんぞーです。

「電圧検知、電流検知などの確認」とご指摘いただきました。
これはどのような確認になるのでしょうか？
無知で申し訳ございません。
13：たかじん：2022/12/15(木) 22:51:41: ぼんぞーさん

> 結構大きなノイズが乗っているなと感じています。
> 試しにRESET端子に積セラ0.1μをGND間につけてみたのですが、現状変わりありませんでした。

GNDはパワー系とコントロール系、アナログ信号系とで分けているような回路図になっていましたが、
TPA3255の近くで接続してあげた方がデカップリングコンデンサの効きが良くなり、外部からの
ノイズ混入は防止しやすくなります。

オシロ波形をみる限り、入力信号に同期しているか、定期的なノイズに見えますね。

>「電圧検知、電流検知などの確認」とご指摘いただきました。
> これはどのような確認になるのでしょうか？

電圧検知の方は、データシートに記載のある通りです。
RESET端子やVddなどのスレッショルド電圧に達していないかをオシロで確認するくらいです。

あと、データシートを見ていて気が付いたのですが、MODE設定の確認をした方が良いです。Table 1です。
M2,M1を0,0にしているのに、INPUT_C,INPUT_Dを0,0 というのは動作モードとして矛盾が出ている可能性もあります。
2 × BTL で使用しようとしているのか、1 x PBTLなのか。

最初に書きましたがOUT_C,OUT_Dを浮かせている（どこにも接続していない）点も気になりますね。
14：Himazin：2022/12/15(木) 23:05:08: AVDDが低かったのは入力端子をGNDに落としていたことで入力段が死んだ可能性があります。
あと入力のパターンと入力カップリングコンデンサが出力のパターンやLPF回路に近接させると
ノイズが発生しますので注意してください。