Audio-Übertrager für Kfz-Verstärker: THD von 0.8% auf 0.15% gesenkt

Für einen Anbieter von Kfz-Klasse-D-Verstärkern haben wir einen individuellen Audio-Übertrager aus Permalloy entwickelt, der ohne Änderung des PCB-Layouts die THD auf unter 0.15% reduziert und die Zuverlässigkeitsprüfung nach AEC-Q200 besteht.

Projektkontext

Ein Kunde, ein Anbieter von Kfz-Audiosystemen in Südchina, liefert an Erstausrüster 4×65W-Klasse-D-Verstärkermodule. Das ursprüngliche Design verwendete einen Standard-Audioübertrager. Bei 12.8V Versorgungsspannung und voller Leistung war die THD hoch, besonders im Bassbereich, und bei -40°C Kaltstart trat transienter Klirrfaktor durch Sättigung des Kerns auf.

Technische Herausforderungen

Der Innenraum ist kompakt; der Übertrager muss in das bestehende PCB-Layout passen, mit einer Höhe von höchstens 24mm;
Arbeitstemperatur von -40°C bis +105°C, mit kontrollierbarer Drift der magnetischen Eigenschaften;
Bestehen eines Isolationstests von über 1500V sowie vibrations- und temperaturzyklusprüfungen nach Automobilstandard;
Der Projektzeitplan ist eng; nur 8 Wochen von der Spezifikation bis zur Serienproduktion.

Unser Ansatz

Wir haben einen Hochpermeabilitäts-Permalloy-Kern anstelle des ursprünglichen Siliziumstahl-Designs eingesetzt, das Windungsverhältnis und die Schichtstruktur neu entworfen und bei der Vakuumimprägnierung ein hochtemperaturbeständiges Harz verwendet:

Das Windungsverhältnis wurde an die Verstärkungskurve des Verstärkers des Kunden angepasst; im Bassbereich wurde eine Magnetflussdichte-Reserve von 30% vorgesehen;
Segmentwickelung und doppelseitiges Isolierband reduzierten die Kapazität zwischen den Lagen um etwa 25% und verbesserten die Phasenverschiebung im Hochfrequenzbereich;
Das Metallgehäuse wurde geerdet, um die Kopplung von Schaltrauschen des Verstärkers zu unterdrücken;
Die ersten Muster wurden in 3 Tagen hergestellt; nach Kunden-Tests auf dem Prüfstand folgte eine Kleinserie.

Ergebnisse

Bei voller Leistung wurde die THD von 0.8% auf unter 0.15% reduziert, mit der deutlichsten Verbesserung im Bassbereich;
Kein Kern-Sättigung bei Kaltstart -40°C; nach 500 Temperaturzyklen beträgt die Induktivitätsdrift weniger als 3%;
Alle Isolationstests bestanden bei 1500V/1min; 80.000 Stück wurden geliefert, mit einer Ausschussrate von weniger als 0.3‰;
Der Kunde wird später auch einen anderen Bassverstärker auf derselben Plattform auf diese Serie umstellen.