D类提高音频放大器的效率
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D类提高音频放大器的效率  2012/3/1
放大器的偏流、闸电荷以及切换电流损耗可视作独立于输出功率,因为传导损耗在输出功率最大时占主导地位,可算入静电损耗PQ。静电损耗计算方法如下:器件工作状态下无输入信号时(带有生产中将使用的过滤器与负载)的电源电流乘以电源电压。PQ=IDD(q)*VCC(10)为了使用效率方程式(9),传导损耗中的功耗必须从方程式7中得出。解方程式7与9得出传导损耗中消耗的功率PD(CONDUCTION)。方程式12显示了结果。Efficiency(CONDUCTION)=RL/(2r
放大器的偏流、闸电荷以及切换电流损耗可视作独立于输出功率,因为传导损耗在输出功率最大时占主导地位,可算入静电损耗 PQ。静电损耗计算方法如下:器件工作状态下无输入信号时(带有生产中将使用的过滤器与负载)的电源电流乘以电源电压。

PQ = IDD(q) *VCC(10)

为了使用效率方程式 (9),传导损耗中的功耗必须从方程式7中得出。解方程式7与9得出传导损耗中消耗的功率 PD(CONDUCTION)。方程式12显示了结果。

Efficiency (CONDUCTION) = RL / (2rDS(on) + RL) = POUT / (POUT + PD(CONDUCTION)) (11)

PD (CONDUCTION) = POUT * 2rDS(on) / RL (12)

将方程式10与12中的消耗损耗插入方程式9,计算D 类效率如下:

Efficiency = POUT / POUT + (POUT * 2rDS(on) / RL) + PQ (13)

静电损耗在低输出功率电平上占主导地位,而传导损耗在高功率电平上占主导地位。

D 类放大器比AB 类放大器的效率高得多。更高功率意味着消耗的功率更低,这使我们采用12V的D 类放大器时不必使用散热片,而与之相当的AB 类放大器则离不开散热片。在输出功率为10W的情况下,TPA3002D2为4 ohm时消耗功率仅为3.7 W,而与其相当的AB 类放大器的功耗则高达14 W!

为什么某些D 类放大器要求过滤器,而其它的则不然?

无过滤器调制方案的开发大大减少乃至去除了输出过滤器的需求。无过滤器调制方案可最小化开关电流,这使我们可采用损耗很大的电感器甚至扬声器来代替LC过滤器作为存储元素,并仍然可确保放大器的高效率。

传统的D 类调制方案就其差动输出而言,每个输出都有180度的相位差,并从接地到电源电压VCC发生改变。因此,差动预过滤 (pre-filtered) 输出在正负VCC之间变化,而已过滤的50% 忙闲度在负载中电压为零。请注意,尽管整个负载平均电压为零(50% 的忙闲度),输出电流峰值仍很高,这会导致过滤器损耗,并增加了电源电流。传统的调制方案需要LC过滤器,这样较高的切换电流可在LC过滤器中再循环,而不会被扬声器消耗掉。

在无过滤器调制方案中,各输出均从接地转换至电源电压。但是,VOUT+ 与VOUT- 现在是彼此同相的,没有输入。正电压情况下,VOUT+ 的忙闲度大于50%,而VOUT-的则小于50%。负电压情况下,VOUT+ 的忙闲度小于50%,而VOUT- 的大于50%。整个负载的电压在大多数切换周期中为零,从而大大减小了过滤器和/或扬声器中的I2R损耗。较低的切换损耗使扬声器可作为存储元件,同时仍能保证放大器的高效性。

尽管开关频率组件没有过滤出,但扬声器在开关频率上具备高阻抗,因此扬声器损耗的功率极小。扬声器还不能复制开关频率,即便扬声器可以,人耳也听不到高于约20 kHz的频率。

如果从放大器到扬声器的线迹较短,类似TPA2005D1的5V无过滤器D 类音频放大器在无输出过滤器时也能使用。TPA2005D1在扬声器线长为10厘米或更短无屏蔽时即
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