D類功放設(shè)計(jì)須知

　　TFA9810T輸入端采用可抑制共模干擾的全差分輸入電路。以圖8 AMP-Rin輸入端為例，RA128／RA133／CA139構(gòu)成負(fù)反饋低通濾波器，用于衰減反饋信號(hào)中高頻載波成分。增加低頻成分反饋量，特別是直流成分。有效改善了零輸入時(shí)因輸入信號(hào)直流電平與比較器門限電壓差異形成的占空比誤差，調(diào)整RA128也可實(shí)現(xiàn)TFA9810T增益控制，使Au（dB）=20log（VOUT／VIN）≌20log（RA128／RA132）。器件CA153／RA132／RA133及TFA9810T內(nèi)阻構(gòu)成高通濾波器，用于對(duì)輸入信號(hào)的緩沖。若CA153容值過(guò)小，會(huì)影響低頻響應(yīng)，理論確定公式為：

　　本設(shè)計(jì)取值1 μF，確定低端頻率為16 Hz，若該頻率定得太高，低端輸入電抗（如在20 Hz）會(huì)太大，可能導(dǎo)致輸出端較大噪聲和直流偏移噪聲（plop-noise）。反饋信號(hào)與經(jīng)過(guò)緩沖的輸入音頻比較后，通過(guò)RA133進(jìn)入TFA9810T進(jìn)行PWM調(diào)制。為避免圖8中Rin／Lin輸入信號(hào)頻率因半導(dǎo)體非線性產(chǎn)生和頻和差頻，導(dǎo)致輸出端出現(xiàn)嘯叫聲，則通過(guò)調(diào)整電容CA123／CA145，將兩路載波頻率調(diào)差50 kHz左右。本設(shè)計(jì)中將取CA123=22 pF，CA145=47 pF，實(shí)現(xiàn)了Rin／Lin載頻相差50 kHz。

　　3．3 輸出級(jí)LPF低通濾波設(shè)計(jì)

　　TFA9810T輸出端低通濾波器采用二階巴特沃思濾波器方式，實(shí)際的巴特沃思二階濾波器由圖9中RCA類電子元器件CA135／RA145／CA136／LA5／CA137／CA138／RA148／CA159／CA140／CA141／RA152／LA6／CA142／CA144等構(gòu)成，對(duì)PWM方波中15 Hz～20 kHz音頻成分表現(xiàn)為直通效應(yīng)，對(duì)超過(guò)音頻范圍的20 kHz以上高頻成分呈現(xiàn)-12 dB／倍頻程滾降率。

　　簡(jiǎn)化模型中，由Lse和Cse，R，C1構(gòu)成基本巴特沃思濾波器，R和C1又構(gòu)成有Zobel network的消峰電路，用于去除高頻時(shí)尖峰脈沖干擾。

　　3．4 溫升測(cè)試

　　本設(shè)計(jì)功放TFA9810T的直流電源供電15．2 V，工作環(huán)境溫度為20℃，音頻系統(tǒng)輸入為2Vp未調(diào)制的1 kHz單音頻信號(hào)，匹配負(fù)載為8 Ω揚(yáng)聲器，調(diào)整音頻輸出功率21 W，持續(xù)工作30 min，使用溫度測(cè)試設(shè)備測(cè)得TFA9810T殼體中央最高溫度為45℃，溫升僅25℃，無(wú)需再增加散熱片。

　　3．5 音頻A／D／A測(cè)試分析

　　圖10測(cè)試了TFA9810T功放音頻輸入端為1 kHz的2V。單音頻信號(hào)波形，輸出端揚(yáng)聲器端到GND間為12．84V。，圖9中LPF。濾波前功放輸出的PWM波形。圖11～圖13分別拓展了圖10中A／B／C區(qū)。

　　由圖10～圖13可知，輸入波形疊加有高頻雜波。說(shuō)明前端引入不良干擾，需進(jìn)一步分析改進(jìn)；輸出波形平滑，無(wú)交越失真，Deadtime特性較好；輸入／輸出正弦波相位相反，直接由電阻RA128等形成閉環(huán)負(fù)反饋通路，降低了噪聲干擾，并進(jìn)行增益控制。A，B，C區(qū)的拓展圖輸出正弦波峰、波谷、S區(qū)域處PWM的頻率分別為238．8 kHz，224．9 kHz，626．4 kHz，占空比不同，符合三角波采樣特性。圖中波峰、波谷處PWM脈沖fall下降沿和rise上升沿更為陡峭，相比S形區(qū)域，包含大量高頻諧波，易引起EMI輻射，但通過(guò)巴特沃思二階濾波器濾波后，輸出正弦波良好，無(wú)明顯高頻雜波迭加，EMC測(cè)試也無(wú)明顯對(duì)外輻射頻率，滿足了設(shè)計(jì)需要。

　　3．6 功率、效率測(cè)試

　　圖14測(cè)試了在圖10狀態(tài)下功放TFA9810T的供電電壓、電流實(shí)際波形。

　　由圖10可知，功放單端輸出功率為：

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　介紹了模擬全橋D類功放拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，詳細(xì)探討了通過(guò)二階巴特沃思濾波器設(shè)計(jì)和功放PCB布局，抑制了因Deadtime等產(chǎn)生的EMI。最后基于NXP公司D類功放TFA9810T，實(shí)現(xiàn)了一種新型綠色能效雙通道D類音頻放大器設(shè)計(jì)。仿真和測(cè)試結(jié)果表明，在供電電壓約為15 V時(shí)，放大器可向兩8 Ω揚(yáng)聲器提供10 W×2的輸出功率，轉(zhuǎn)換效率達(dá)90％，總諧波失真小于7％，1 kHz正弦波音頻輸出無(wú)交越失真，無(wú)明顯EMI干擾，功放殼體相對(duì)溫升25℃。隨著當(dāng)今社會(huì)節(jié)約能源的要求，該類綠色能效設(shè)計(jì)將在未來(lái)幾年達(dá)到更廣泛的應(yīng)用。