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[经验] D 类立体声放大器仿真及应用电路

2019-1-11 09:09:37  709 放大器 仿真 电源
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无滤波 D 类放大器

借助称为 AD 调制的传统 D 类开关系统,占空比可调制矩形波形,使其平均值对应于输入模拟信号电压。BTL 输出相互补充。输出中没有明显的共模开关内容。但是,由于 PWM 开关的平均值缘故,存在共模直流电压。由于此直流电压电平应用到负载两侧,因此不会增加其两端的功率耗散。

在没有输入的情况下,放大器以其标称 PWM 频率开关,应用于负载的占空比为 50%。这导致负载中有明显的电流流动和功率耗散。为了提高能效,需要使用 L-C 滤波器将电流降低到“纹波”。由于减少了负载耗散和输出 FET 的 RDS(on) 导通损耗,因此纹波电流越低,能效越高。

一种替代调制方案(通常称为 BD 或无滤波器调制)使用开关系统来调制输出信号差异的占空比,以便使其平均值与输入模拟信号匹配。BTL 输出在待机时彼此同相,而不是互补。这导致负载两端的电压差为零,从而无需滤波器即可最大程度地降低静态功耗。BD 调制在其输出中具有明显的共模内容。该调制方案依赖于扬声器的固有电感和人耳的带通滤波器特性来恢复音频信号。

D 类放大器集成电路

Texas Instruments  TPA3116D2DADR 是一款 D 类立体声放大器,能效 > 90%,支持多路输出功率配置,其中包括 2 条到 21 伏、4Ω BTL 负载的 50 瓦通道。该系列中的其他型号支持 2 条到 24 伏、8 Ω 的 30 瓦通道,以及 2 条到 15 伏、8 Ω 的 15 瓦通道。只有最高功率装置才需要散热器。

这些装置支持高达 1.2 MHz 的开关频率,可避免 AM,以防止干扰。AD 或 BD 调制方案可通过单个输入控制进行选择。它包括集成自保护电路,包括过压、欠压、过热、DC 检测和短路,具有错误报告功能。下面使用 ti 的 TINA-TI 仿真工具显示了典型配置(图 5)。



图 5:TI TPA3116D2DADR D 类立体声放大器仿真,其中显示 BD 调制的原始 (VM3) 和滤波 (VM1) 输出波形。

该电路使用单个 12 伏电源,输出功率为 12.5 瓦到 4 Ω。虚拟示波器显示原始数字输出 (VM3) 以及滤波输出 (VM1)。

Texas Instruments TPA3126D2DAD 是 TPA3116D2 系列的性能升级。该器件与旧式 IC 为引脚对引脚兼容,并采用专有混合调制方案,将待机电流降低 70%,从而实现了很大改进。该方案降低了低功率水平下的待机电流,从而延长电池寿命。

在设计 D 类放大器时,需要多加留意低功耗操作。如前所述,能效与功率水平成正比,而低功率水平通常意味着能效较低。Texas Instruments TPA2001D2PWPR 是一款属于第三代 D 类设计的每通道 1 瓦的立体声 D 类放大器。它具有更低的电源电流、更低的本底噪声和更高的能效。由于围绕 D 类无滤波器调制方案而设计,无需输出滤波器,从而为设计人员节省部件成本和板空间。它可以使用 5 伏电源提供到 8 Ω 的每通道 1 瓦以上的功率。

参考设计可用作评估板 TPA2001D2EVM,形成即插即用的 D 类音频放大器(图 6)。

图 6:基于 TPA2001D2 D 类放大器的每通道 1 瓦的立体声放大器。
该放大器采用 BTL 拓扑结构,基本为自足式,仅需少量外部元器件

相关经验

七彩猫猫 2019-1-11 17:11:27
D 类放大器集成电路谢谢分享
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