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干货分享:工程师教你如何设计D类放大器

干货分享:工程师教你如何设计D类放大器

点击数:7592 次   录入时间:03-04 11:33:32   整理:http://www.55dianzi.com   电工技术

  不幸的是,即使是精心设计AB类放大器也有很大的功耗,因为其中等范围的输出电压通常远离正电源或负电源。由于漏源极之间的电压降很大,所以会产生很大的瞬时功耗IDS×VDS。

  D类放大器由于具有不同的拓扑结构,其功耗远小于上面任何一类放大器。D类放大器的输出级在正电源和负电源之间切换从而产生一串电压脉冲。这种波形有利于降低功耗,因为当输出晶体管在不导通时具有零电流,并且在导通时具有很低的VDS,因而产生较小的功耗IDS×VDS。

系统成本

  在使用D类放大器的音频系统中,有哪些重要因素影响其总体成本? 我们怎样才能将成本减至最低?

  D类放大器的有源器件是开关输出级和调制器。构成该电路的成本大致与模拟线性放大器相同。真正需要考虑的折衷是系统的其它元器件。

  D类放大器的低功耗节省了散热装置的成本(以及PCB面积),例如,散热片或风扇。D类集成电路放大器可采用比模拟线性放大器尺寸小和成本低的封装。当驱动数字音频源时,模拟线性放大器需要数模转换器(DAC)将音频信号转换为模拟信号。对于处理模拟输入的D类放大器也需如此转换,但对于数字输入的D类放大器有效地集成了DAC功能。

  另一方面,D类放大器的主要成本缺点是LC滤波器。LC滤波器的元器件,尤其是电感器,占用PCB面积并且增加成本。在大功率放大器中,D类放大器的总体系统成本仍具有竞争力,因为在散热装置节省的大量成本可以抵消LC滤波器的成本。但是在低成本、低功耗应用中,电感器的成本很高。在极个别情况下,例如,用于蜂窝电话的低成本放大器,放大器IC的成本可能比LC滤波器的总成本还要低。即使是忽略成本方面的考虑,LC滤波器占用的PCB面积也是小型应用中的一个问题。

  为了满足这些考虑,有时会完全取消LC滤波器,以采用无滤波放大器设计。这样可节省成本和PCB面积,虽然失去了低通滤波器的好处。如果没有滤波器,EMI和高频功耗的增加将会不可接受,除非扬声器采用电感式并且非常靠近放大器,电流环路面积最小,而且功率水平保持很低。尽管这种设计在便携式应用中经常采用,例如,蜂窝电话,但不适合大功率系统,例如,家庭音响。

  另一种方法是将每个音频通道所需要的LC滤波器元器件数减至最少。这可以通过使用单端半桥输出级实现,它需要的电感器和电容器数量是差分全桥电路的一半。但如果半桥输出级需要双极性电源,那么与产生负电源相关的成本可能就会过高,除非负电源已经有一些其它目的,或放大器有足够多的音频通道,以分摊负电源成本。另外,半桥也可从单电源供电,但这样会降低输出功率并且经常需要使用一个大的隔直流电容器。

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