Zamiennik TPA3130D2 – TPA3110D2, TPA3116D2, MA12070, SSM3582 – porównanie wzmacniaczy klasy D

Pytanie

Zamiennik tpa3130

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Nie istnieje w praktyce w 100 % zgodny (pin-to-pin) zamiennik układu TPA3130D2.
• Najbliższe funkcjonalnie i elektrycznie układy to TPA3110D2 (najłatwiejsze do adaptacji) oraz TPA3116D2/-3118D2/-3117D2 (większa moc – wymagają zmian PCB).
• Jeśli dopuszczasz przeprojektowanie płytki, warto rozważyć nowocześniejsze układy klasy D (np. Infineon MERUS™ MA12070, MPS MP3302, ADI SSM3582) – dostępniejsze na rynku i o lepszej sprawności.

Kluczowe punkty

1. Zgodność obudowy i pinoutu: brak perfekcyjnego drop-in.
2. Zakres zasilania: 4,5–26 V – koniecznie zachować.
3. Moc wyjściowa: ~2×15 W/8 Ω lub wyższa.
4. Funkcje specjalne (AM-Avoid, spread-spectrum, zabezpieczenia).

Szczegółowa analiza problemu

1. Parametry referencyjne TPA3130D2

• Klasa D, tryb BD/1SPW, “filter-free”.
• 2 × 15 W @ 8 Ω, 2 × 30 W @ 4 Ω (THD+N 10 %).
• PVDD 4,5–26 V, sprawność do 90 %.
• Obudowy: VQFN-32 (RHBT), HTSSOP-28 (PWPR).
• Pin-features: AM0-2 (avoidance), GAIN0-1, SDZ, MUTE, FAULT, PR.

2. Analiza potencjalnych zamienników

Kluczowe różnice wymagające uwagi:
• AM-avoidance – istotne w radio/głośniku bluetooth ⇒ wybrać TPA31xx, MA12070 lub układ z modulacją spread-spectrum.
• PLIMIT/SpeakerGuard – obecne w TPA3110/16; jeśli nieużywane można zewrzeć do GND.
• Pin SDZ/MUTE – poziomy logiczne zgodne w rodzinie TI.

3. Weryfikacja “drop-in”

• VQFN-32: TPA3110D2-RHBT dzieli 23/32 pinów funkcjonalnych z TPA3130D2-RHBT. Krytyczne różnice: piny 5-7 (AM0-2 ↔ GVDD/PLIMIT/NC).
• HTSSOP-28: rozkład podobny, jednak pin 21 (AM1) w TPA3130 jest GVDD w TPA3110 – wymagana modyfikacja sieci zasilania.

Wniosek: wymiana bez lutowania przewodów ad-hoc NIEWSKAZANA, ale możliwa po delikatnej przeróbce ścieżek lub adapterze mezzanine.

4. Zasady doboru zamiennika

1. Zamiennik z rodziny TI TPA31xx = najmniej ryzyka (ta sama topologia modulacji, podobny filtr LC).
2. Zachowaj PVDD ≤26 V i impedancję głośników.
3. Sprawdź poziomy logiczne wejść sterujących \(VIH/VIL\).
4. Zweryfikuj sekwencję “fault” – niektóre układy zwalniają linie aktywne w stanie niskim, inne w wysokim.
5. EMC: rozproszenie widma (spread-spectrum) – jeżeli urządzenie posiada radio/BLE będzie krytyczne.

5. Praktyczne porównanie aplikacji (TI)

• Zewnętrzny filtr LC: 10 µH + 0,68 µF (8 Ω). Dla TPA3116/18 zalecany 22 µH przy 8 Ω.
• RL zobowiązany do RPLIMIT: jeśli nieużywany → podłącz do AVCC razem z GAIN/SDZ rezystorem 100 kΩ.
• Layout: masa wyjściowa na oddzielnej wyspie, krótkie pętle LC, polygon pour pod PVDD.

Aktualne informacje i trendy

• Od 2023 r. rodzina TI TPA31xx jest stale dostępna (po ustaniu największych niedoborów), natomiast TPA3130D2 pojawia się sporadycznie; TI rekomenduje migrację do TPA3116D2 (nota aplikacyjna SLAA769, 2022).
• Rosnąca popularność układów MERUS™ (Infineon) i MPS ze stopniem GaN-FET, oferujących sprawność 92 – 95 % oraz pasmo do 80 kHz – atrakcyjna przy nowych projektach.
• Trend integracji DSP oraz wejść cyfrowych (I²S/TDM) – ADI SSM3582, NXP TFA989x – minimalizuje liczbę komponentów i łatwiej spełnia normy EMC.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• “Filter-free” oznacza, że modulator BD pracuje ze stałym cyklem 50 % i odfiltrowuje się w głośniku. Jednak przy PVDD > 14 V zaleca się klasyczne LC by ograniczyć emisję EMI.
• Funkcja AM-avoidance przesuwa częstotliwość PWM poza pasmo 540–1 800 kHz by nie modulować radio AM. Zamienniki bez tej funkcji mogą wymagać dodatkowego LC i ekranowania.

Aspekty etyczne i prawne

• Zastępując układ, musisz ponownie przeprowadzić testy zgodności EMC/RED, bo inna częstotliwość PWM zmienia widmo zakłóceń.
• Urządzenia konsumenckie >25 W podlegają ograniczeniom efektywności energetycznej (UE 2019/1782) – nowocześniejsze układy GaN pozwalają spełnić wymagania z marginesem.
• Należy zachować oryginalne zabezpieczenia (OTP, OCP, UVLO) – ich brak może spowodować ryzyko pożaru/głośne DC-thump.

Praktyczne wskazówki

1. Jeśli remontujesz pojedyncze urządzenie – najprościej kupić gotowy moduł TPA3116D2 na małej płytce i podłączyć sygnał/przyciski przez przewód FFC.
2. Produkcja seryjna:
   • wykonaj analizę pin-to-pin w Excelu, zaznaczając kolorem różnice.
   • w ERC/DRC EDA ustaw regułę “no-connect on removed pin”.
3. Płytka adaptacyjna: adapter QFN-32↔QFN-32 z przekrosowanymi pinami 5-7 oraz 18–20; lutujesz ją w miejsce starego układu.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• TPA3110D2 ma gorszy PSRR (55 dB vs 80 dB w TPA3130D2) – przy zasilaniu ze wspólnej przetwornicy DC/DC może pojawić się przydźwięk.
• TPA3116D2 pracuje z fPWM ≈ 400 kHz – możliwa interferencja z przetwornicami LED, trzeba sprawdzić widmo.
• Niektóre chińskie “klony” TPA3116D2 posiadają uboższe zabezpieczenia termiczne – kupuj od autoryzowanych dystrybutorów.

Sugestie dalszych badań

• Porównać MA12070 vs TPA3116D2 w aplikacji 2.1 sound-bar pod kątem THD+N i EMC.
• Sprawdzić układy z wbudowanym DSP (ADI ADAU1787) – umożliwiają cyfrową korekcję głośników.
• Analiza zastosowania tranzystorów GaN w końcówkach klasy D (np. EPC23xx) – potencjał podniesienia fPWM do >1 MHz.

Krótkie podsumowanie

Nie ma idealnego „drop-in” zamiennika TPA3130D2. Najprostszą ścieżką jest użycie TPA3110D2 po starannym prze-mapowaniu kilku pinów lub przeprojektowanie PCB pod TPA3116/3118D2, które są dobrze dostępne i oferują większą moc. Przy nowych projektach warto rozważyć nową generację wzmacniaczy (Infineon MA12070, MPS MP3302, ADI SSM3582) zapewniających lepszą sprawność i łatwiejszą zgodność EMC. Przed wdrożeniem zawsze porównaj datasheety, zweryfikuj układ wyprowadzeń, dostosuj filtr LC oraz przeprowadź ponowne badania EMC.