大家好 我是德州仪器的系统应用工程师 欢迎大家来参加 TI 的电源设计研讨会 今天我给大家带来的主题是 D 类音频功放的电源解决方案 首先我们会先介绍一些 音频功放的基础知识 比如 D 类功放 相对 A 类和 B 类功放的优势 扬声器的阻抗对功放的影响 功放的峰值因素 以及其对功放电源设计的影响 紧接着第二部分 我们将会详细探讨音频功放的指标 以及这些指标对电源的要求 首先我们需要了解 音频功放的质量是如何定义的 并且了解哪些因素可能会影响音频质量 其中电源的输出阻抗 是一个比较重要的因素 我们将会重点讨论 第三部分我们将会介绍 我们专门针对 D 类功放 和 AC/DC 电源参考设计 PMP10215 第四部分我们会介绍 大功率车载音频电源 参考设计 PMP11769 最后是总结 首先我们来看一下 传统的 A 类和 B 类功放的工作原理 A 类功放是最简单最直接的 只需要一个三极管和一个电源轨 工作在三极管的线性区 为了传递信号的正负周期 三极管必须加一个很大的直流偏置 并且在输入和输出之间 都需要一个耦合电容来去除直流偏置 这个电路的线性度很好 但是效率很差 主要在一些小功率的场合应用 值得注意的是 它的输出信号跟输入信号是反向的 为了解决 A 类功放效率低的问题 B 类功放采用 NPN 和 PNP 两个三极管 工作在推挽模式 并由正负电源供电 正半周上管导通 负半周下管导通 这样就无需任何偏置 因此效率得以提高 然而在输入信号过零时 会产生所谓的交越失真 我们都知道 三极管要导通是需要在基极 和发射极之间加一定的偏置电压 当输入信号的幅度达不到这个电压之前 输出都是没有电压的 这就引起了信号失真 这种失真会严重影响到音频质量 为了解决这个问题 可以在基极和发射极之间 加一点点的偏置电压 这就变成了所谓的 AB 类功放 这种放大器结合了 A 类 和 B 类功放的优点 并克服了它们自身的缺点 像低效率和失真的这种问题 相比 A 类功放 B 类功放的效率明显好的多 并且输出信号不会反向 AB 类功放通过偏置电路 使两个二极管稍微有一点点偏执 就可以在信号过零的时候消除交越失真 提供偏置的方法有很多种 例如采用电阻分压或者并联二极管 AB 类功放适用于中等或者大功率的应用 因为它能提供良好的线性度 以及比较好的效率 相比 A 类和 B 类功放 D 类功放在效率上有显著提升 相比之前展示的功放配置 D 类功放是基于开关的方法 它的结构更像同步 BUCK 变换器 正如左边的图片所示 唯一的不同是它的音频信号 与三角波相比较 而不是与固定的参考电压相比较 占空比会随着音频信号的变化而变化 但是平均值为 50% 这就意味着输出电压是放大的音频信号 加上一半的电源电压 为了避免直流成分进入喇叭 需要在放大器的输出串联一个隔直电容 D 类功放采用负反馈 来补偿电源波动所带来的影响 并提高了线性度 它的主要损耗来自于开关管的开关损耗 尤其是电源电压比较高的时候 现在的 D 类功放已经 可以实现 90% 或以上的效率 如果 D 类功放的电压是可变化的 我们把它称为 G 类功放 它的目的是在轻载的时候提高效率 因为开关损耗是由开关管 输出电容所引起的 即使没有信号输入 开关损耗与满载时候的开关损耗都是一样的 因为它主要是由电源电压决定的 如果在轻载的时候降低电源电压 就可以降低功耗