4.2 D类功放的电源解决方案第一部分 - 音频功放基础(下)

下面我们来看看 D 类功放的配置方式

在不同的功率范围下

D 类功放有不同的配置

常见的配置方式有

单端 桥式连接以及并联桥接

小功率多通道系统

通常是采用单端的配置方式

即每个喇叭连接在每个半桥的输出和地之间

因此 LC 滤波器之后的电压

只有电源电压的一半

如之前所提到的

为了去除直流成分

还需要在喇叭和功放之间加一个隔直电容

对于桥式连接

喇叭是接在两个半桥之间

如中间的图所示

另外一半也就是通道 B 是由负电压供电

所以喇叭两端的电压是从正电源到负电源

相比单端连接

可以提供四倍的输出功率

由于正负周期交替工作

所以也不需要隔直电容

这种配置方式主要用于大功率的应用

像阻抗为四欧姆到八欧姆的喇叭

最后一种并联桥接是在桥接的基础上

再把两个桥接通道并联

这种配置方式电压摆幅跟桥接是一样的

但是电流能力加倍

它的输出功率是单端连接的八倍

主要用于超大功率的应用

像两欧姆阻抗的重低音喇叭

通常功放的连接方式不仅取决于输出功率

也跟喇叭的阻抗相关

喇叭的阻抗一般为 4 到 16 欧姆

汽车 Hi-Fi 的阻抗一般为 2 到 4 欧姆

我们通常所说的喇叭阻抗

是指喇叭的交流电阻

它的值是随着输入频率而变化的

其实额定阻抗定义为谐振频率之后的最小值

如图所示

由于喇叭阻抗曲线的非线性

可能会引起一些问题

为了避免非线性的频率响应和功放输出过载

必须匹配功放和喇叭的阻抗

通过使用所谓的 Zobel Network

也就是并联在喇叭两端的电容和电阻网络

可以在要求的频率范围内

实现阻抗比较平坦的阻抗曲线

另外我们希望喇叭的阻抗比较大

来减小电流

从而减小线径

对于同样的功率

阻抗越高的喇叭所需要的电流当然越小

但是电压也会相应的提高

通常 D 类功放的最高电压

必须低于 50 伏的安全电压

以避免一些隔离和保护的要求

对 50 伏电源电压的要求

如果采用桥接的方式

在 16 欧姆阻抗下的峰值功率仅需 156 瓦

而 4 欧姆阻抗则需要 625 瓦

当使用多路喇叭

阻抗可能会小于两欧姆

这个时候就需要补偿了

峰值功率只是音频功放中的一个要求

另外一个参数是功放的持续有效功率

这两个参数可以用峰值因数联系在一起

峰值因数是指功放的峰值功率

与有效功率的比值

既可以直接用比值表示

也可以转化成分贝用 dB 表示

左边的表格展示了一些

音频信号的峰值因数

峰值因数越大

意味着喇叭的动态范围越大

可以看到有时候峰值因数

可以高达 10:1 即 20 分贝

在这种应用中

对电源的要求是非常严苛的

所以为了减少动态范围

通常会使用一些音频压缩技术

来减少它的峰值功率

但是呢在减小峰值功率的同时

又会增加有效值功率

所以声音听起来可能会觉得比较大

在功放电源的设计中

峰值因数是一个非常重要的因数

它决定了电源所需要输出的平均功率

以及峰值功率

平均功率和峰值功率会影响我们对

功率级元器件的选择

如下表所示

主要包括以下几个参数

平均功率决定了元器件的散热

封装和磁性元件的有效值参数设计

而峰值功率定义了系统峰值的电流

PFC 的电感和输出电感的饱和电流

以及开关管和二极管的峰值电流

下面我们来看看 D 类功放的配置方式

在不同的功率范围下

D 类功放有不同的配置

常见的配置方式有

单端 桥式连接以及并联桥接

小功率多通道系统

通常是采用单端的配置方式

即每个喇叭连接在每个半桥的输出和地之间

因此 LC 滤波器之后的电压

只有电源电压的一半

如之前所提到的

为了去除直流成分

还需要在喇叭和功放之间加一个隔直电容

对于桥式连接

喇叭是接在两个半桥之间

如中间的图所示

另外一半也就是通道 B 是由负电压供电

所以喇叭两端的电压是从正电源到负电源

相比单端连接

可以提供四倍的输出功率

由于正负周期交替工作

所以也不需要隔直电容

这种配置方式主要用于大功率的应用

像阻抗为四欧姆到八欧姆的喇叭

最后一种并联桥接是在桥接的基础上

再把两个桥接通道并联

这种配置方式电压摆幅跟桥接是一样的

但是电流能力加倍

它的输出功率是单端连接的八倍

主要用于超大功率的应用

像两欧姆阻抗的重低音喇叭

通常功放的连接方式不仅取决于输出功率

也跟喇叭的阻抗相关

喇叭的阻抗一般为 4 到 16 欧姆

汽车 Hi-Fi 的阻抗一般为 2 到 4 欧姆

我们通常所说的喇叭阻抗

是指喇叭的交流电阻

它的值是随着输入频率而变化的

其实额定阻抗定义为谐振频率之后的最小值

如图所示

由于喇叭阻抗曲线的非线性

可能会引起一些问题

为了避免非线性的频率响应和功放输出过载

必须匹配功放和喇叭的阻抗

通过使用所谓的 Zobel Network

也就是并联在喇叭两端的电容和电阻网络

可以在要求的频率范围内

实现阻抗比较平坦的阻抗曲线

另外我们希望喇叭的阻抗比较大

来减小电流

从而减小线径

对于同样的功率

阻抗越高的喇叭所需要的电流当然越小

但是电压也会相应的提高

通常 D 类功放的最高电压

必须低于 50 伏的安全电压

以避免一些隔离和保护的要求

对 50 伏电源电压的要求

如果采用桥接的方式

在 16 欧姆阻抗下的峰值功率仅需 156 瓦

而 4 欧姆阻抗则需要 625 瓦

当使用多路喇叭

阻抗可能会小于两欧姆

这个时候就需要补偿了

峰值功率只是音频功放中的一个要求

另外一个参数是功放的持续有效功率

这两个参数可以用峰值因数联系在一起

峰值因数是指功放的峰值功率

与有效功率的比值

既可以直接用比值表示

也可以转化成分贝用 dB 表示

左边的表格展示了一些

音频信号的峰值因数

峰值因数越大

意味着喇叭的动态范围越大

可以看到有时候峰值因数

可以高达 10:1 即 20 分贝

在这种应用中

对电源的要求是非常严苛的

所以为了减少动态范围

通常会使用一些音频压缩技术

来减少它的峰值功率

但是呢在减小峰值功率的同时

又会增加有效值功率

所以声音听起来可能会觉得比较大

在功放电源的设计中

峰值因数是一个非常重要的因数

它决定了电源所需要输出的平均功率

以及峰值功率

平均功率和峰值功率会影响我们对

功率级元器件的选择

如下表所示

主要包括以下几个参数

平均功率决定了元器件的散热

封装和磁性元件的有效值参数设计

而峰值功率定义了系统峰值的电流

PFC 的电感和输出电感的饱和电流

以及开关管和二极管的峰值电流