交流/直流和隔离式直流/直流开关稳压器

4.1 D类功放的电源解决方案第一部分 - 音频功放基础(上)

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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