优化D类音频放大器的输出滤波

／　圈囫圈固　优化Ｄ类音频放大器的输出滤波　Ｍａｘｉｍ公司Ｔｏｎｙ　Ｄｏｙ　概述　　必须驱动高阻抗负载，但当输出端直　有输出滤波器时也可以高效的驱动。Ｄ类音频放大器的最大好处是具　接连接纯阻性负载时，输出级几乎　然而，这种工作方式具有一定的局限　有比ＡＢ类放大器更高的效率，提供　１００％的导通，与占空比无关。图２表　性。　高技率的基本条件是Ｄ类放大器负　示一种喇叭（如８ｎ、１　７５”锥形变送　为了驱动喇叭，必须考察在指定　载在给定开关频率下呈现为高阻抗。　器）的阻抗随频率的变化曲线，它比　或高于开关频串处的线圈阻抗，并且　图１是典型的输出波形图，输出端　较适合由ＭＡＸ４２９５／４２９７放大器驱　喇叭引线较长时需额外并联容性负　ＯＬｒｒ＋的渡形占空比是变化的，但其　动。喇叭阻抗当频率高于１ＭＨｚ时开　载，抵消喇叭引线对效率的影响。当　　脉冲周期是恒定的ｌ两个波形之间断　始上升，而低于２０ｋＨｚ时则保持低　喇叭引线和音频线圈承载较高的ｄＶ／线表明时间周期相等）。这些脉冲的　阻。前面提到，ＭＡＸ４２９５／４２９７输出　ｎｆ言号时会产生较强的高频辐射。由　电压平均值是一条缓慢变化的上升直　端能够直接驱动这种负载，喇叭音频　于开关作用将在音频线圈中消耗小部　线（囤中虚线）。因为输出端ＯＵＴ一是　线圈的串联惑抗（约１Ｏ　Ｈ）使得在没　分功率，尽管可以忽略频率高于　ＯＵＴ一的反向信号，所以ＯＵＴ一呈现　一条下降直线。如果输出端ＯＵＴ＋和　ＯＵＴ－之间连接的负载是喇叭，那么　就可以听到慢变化信号的声音，但不　产生高频成分。　音额放大器输出是否需要采用　输出滤波电路取决于多种因素，　ＭＡＸ４２９５／４２９７音频功率放大器由　ＰＷＭ脉宽调制器和互补ＭＯＳＦＥＴ输　出级组成，在零信号输＾时输出波形　占空比接近５ｆＹ￣，／ｏ，要获得理想效率，　在给定开关频率下输出级ＭＯＳＦＥＴ　誊Ｂ・２００２．４．Ａ・誊昔ｊ耋品ｔ器ＷＷＷ．ｅｄｗ．ＣＯＩＴＩ．Ｃｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｕｃ　，　～　＼～　５００ｋＨｚ的信号辐射，但是在计算所　能够承受３８７ｍＡ　（５５０ｍＡｐ－ｐ）ｌ￣电　获得相同的阻抗。所需额定电流、直　允许的最大喇叭功率时需要考虑低频　流而不会产生饱和现象。否则，输出　流电阻不变　选择ＩＭＨｚ的开关频率　成份。　波形将会产生失真。选择型号为　不会对效率产生影响，但是会轻微降　ＰＭ５４－４７０Ｌ的４７　｛表贴电感，它的　低失真度（ＴＨＤ＋Ｎ）性能。ＩＭＨｚ频率　纯阻性负载的最简配置　额定电流为７２０ｍＡ（￣［以承受需要的　下，我们选用型号为Ａ９　１４ＢＹＷ。　如果负载接近纯阻性，或者高频　峰值电流０，等效电阻为０　３７　Ｑ（小　１００Ｍ的ｌ０　｛电感，它的额定电流为　下呈现容性，为了获得理想的效率就　于负载的５％），不会产生大的敏率损　７６０ｍＡ，直流阻抗等干０．１２５ｆ￣。Ｘ－Ｙ　必须考虑增加其它元件。例如，串联　失。电感的物理尺寸为５　８ｍｍ　ｘ　的尺寸为５ｍｍｘ５ｍｍ，高度仅为　一个电感．允许通过音频信号，但对　５　２ｒａｍ　ｘ　４．５ｒａｍ，与ＱＳＯＰ封装的　２ｒａｍ，不需要采用特别的装配技术。　高频信号呈现高阻特性　作为一个实　ＭＡＸ４２９５（６．０ｒａｍ　ｘ　５．０ｍｒｎ　ｘ　１　５ｒａｍ）　与前面提到的４７ＢＨ的电感相比较，　例，考虑ＭＡＸ４２９５通过单＋５Ｖ电源　相比厚度偏高。　该电感只占用不到一半的体积。　驱动８　Ｑ阻性负载的情况。在计算串　降低电感的安装高度可以采用　联电感时只需考虑一３ｄＢ截止频率高　在印制板上打洞或刻槽的方法，对干　输出酒｝波设计　干音频信号即可．假设为３０ｋＨｚ，则　１．６ｒａｍ厚的印制板，大约将电感的安　上述实例只考虑了最基本的操　Ｌ＝８，＂２７ｔｆ或者８／２￣（３０　ｘ　１０　）＝　装高度减少到高出印制板２．９ｍｍ。另　作，尽量减小复杂性，对输出器件的　４２．４ｕＨ　外一个方法是选择频率更高的Ｄ类　高开关频率并没有进行射频滤波处　如果我们设置Ｄ类放大器的开　放大器，用户可以选择ＭＡＸ４２９５一　理，而喇叭引线和印制板铜箔所产生　关频率为２５０ｋＨｚ，那么该点上器件　ＭＡＸ４２９７四种放大器之一设置频率，　的辐射能量有可能产生较高的电磁干　的输出阻抗主要表现为感抗　其中最高工作频率等于１ＭＨｚ。较高　扰。由干下述两个重要理由，我们需　ＸＬ＝２　ｘ　２５０ｘｌ　ｘ４２４Ｘ１　＝６６７０　的频率允许减小电感量，同时也减小　要控制这种不希望产生的电磁干扰　是负载阻抗的８倍，所以在此频率下　了电感的物理尺寸　小尺寸电感的线　（ＥＭＩ）　没有明显的功率消耗。　径很细，这将导致更高的直流阻抗，　１放大器在便携式仪器中使用将　选择电感时还需考虑其额定电　当然，也可采取一些改进措施。上述　会干扰其它射频电路。　流，由ＭＡＸ４２９５的数据手册可知：采　实例中，开关频率提高４倍（从　２放大器在一些产品中需要满足　用单＋５Ｖ电源时，可以在８　０茄载上　２５０ｋＨｚ一１ＭＨｚ）、电感值可相应减少　射频辐射标准（比如ＦＣＣ／ＣＥ）。　输出１．２Ｗ的功率　因此，电感必须　到原来的１．／４（４２　４ｇＨ／４＝１０　６ＢＨ），可　大多数应用需要在输出端采用　…二　———————　。Ｏｕ　　强Ｌ２　　图３单端＝阶滤波器　图４平衡式二阶滤波器　ｎＩ　ＩＴ‘—————　—、，，＿、ｖ　、　ｎＩ　ＩＴ　——　，＿、广、厂、ｎ　ｕ＝　Ｌ２＝　Ｌ　２　ｚＴＶ　Ｖ　…ＯＵＴ－　　斗　Ｌ　图５每个端口的等效２阶滤波皂路　图６　２阶滤波皂路．图中　Ｌ＋４．７ＨＨ．Ｃ＝Ｏ．０４７ｕＦ．ＲＬ＝８ｏｈｍ　１＾＾１■Ａ　．｝卫ａｉ，ｔ．●＿．　…－。Ｌ．ｋｕ＾＾－＿栅．●＿，●■●－　……一，ｑＫ………＇…＇＿一　一●■■■■一　维普资讯 http://www.cqvip.com

、＼Ｉｆ与．元器停　、　。　，／　射额抑制滤波器，为了造到这个目　频率是１９２ｋＨｚ。电感在低　的，在以上的单电感基础上还需增加　于６０ＭＨｚ频率下不会产生　电容器件，在互补输出端构成低通滤　自激，滤波器在两倍频程　波器（见图３）。当然辐射仍然存在，在　和ｌ／２频程衰减开关噪声。　喇叭的输出端仍然可以观察到全部的　ＭＡＸ４２９５的上升和下降时　开关电压波形。利用图４所示的平衡　间大约为３０ｎｓ　二阶滤波器能够在波形到造喇叭引线　为了减小辐射，布扳　／——————～　之前提供低通滤波特性，大大改善了　时必须尽量将电感靠近　对ＥＭＩ的抑制。电路中的两个电感元　ＭＡＸ４２９５安装，电感和电　件在开关频率下具有高阻特性，这对　容的连接线也应尽量缩短　负载和低通滤波（ＬＰ）有益。因为两个　电容的物理尺寸相对于电　电感串联在ＭＯＳＦＥＴ输出端之间，我　感来说不成为问题，可选　们可以平分ｌ０ＢＨ电感、采用两个５ｐＨ　择ｌ６Ｖ、０．０４７　、表面贴　电感，保持ＭＡＸ４２９５的１ＭＨｚ工作　装的陶瓷电容　频率　选用型号为ＤＴ１６０８Ｃ・４７２的　要想严格优化滤波器　；　ｌ　４．７ＢＨ电感，其额定电流为１　２Ａ，直　的设计，计算时必须考虑　流电阻为Ｏ．０８５０，所有的指标均符　高频时的负载阻抗，另外，电容的　ｌ％。图７则显示失真度（ＴＨＤ＋Ｎ）与　合要求。注意：由于两个电感与负载　ＥＳＲ值与电感的直流电阻值一样也　频率的关系，测量的条件是输出功率　串联，所以直流电阻将翻倍，即总的　会影响精度。　直流电阻为０．１　７　０，不足负载的２％，　为０　７ｗ门ＫＨｚ，带宽范围在２２Ｈｚ一　２２ＫＨｚ　所以对效率的影响非常小　接下来需要选择电容，以确定滤　测试结果　图５所示的两阶滤波器选用电　结语　对于任何一种应用，设计者都可　波器的高频截至频率。仅考虑差分输　感型号为ＤＴＩ６０８Ｃ－４７２，利用工作于　滤波器中的Ｒ、Ｌ值已知，只是需要出的一半电路以简化计算　二阶ＬＣＲ　ｌＭＨｚ的ＭＡＸ４２９７的单个通路驱动　以对Ｄ类放大器的滤波器进行优化。　８０负载，输人四种不同频率的２Ｖ正　经验丰富的设计者可以在以下几种互　相冲突的要求中加以权衡：　计算电容Ｃ值（见图５）。电路允许４％　弦渡时，测试效率如表１　的过载输人电压，所以选用具有最大　表Ｊ刺■舶效率　ｌ保证放大器输出效率；　平坦度的巴特沃磁滤波器比较理想。　利用　下公式计算：　Ｃ＝Ｌ／（４Ｗ｛　）＝４．７　ｘ　１０　／（４　ｘ　４　…　－．－　ｘ　ｒ０．７０７￣）＝０　１４６￣Ｆ　对于巴特沃磁滤波器｛等于　ｌ　　ｌ　ｌ　ｌ　ｌ…　“　一　ｌ　２　，Ｉ、印制蛳而寮！．｛韭昂墨仕富　ｌ…　一。。一。’　ｌ　ｌ　３低廉的元器件价格；　ｌ　４栅制高｛颟千托　■ｒ范立音撼　参考文献　１　ＭＡＸ４２９５／ＭＡＸ４２９７数据手册　以上结果显示Ｄ类放大器比传　译）　Ｏ．７０７，这个值可以由下列网络（数据　统的ＡＢ类放大器效率高出很多，使　手册中称为交替平衡的两阶滤波器０　用音频的高精度仪器测量三种输出频　实现：一个电容跨接两个电感、而另　率（１ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ）下的失真度　（美国）美信集成，厶＼司　外两个电容将输出端分另　接地。使用　和输出功率的函数关系如图８，测量　三个Ｏ．０４　Ｆ的电容可以简少材料种　的带宽范围在２２Ｈｚ一２２ＫＨｚ。这个结２有源网络设计原理一Ｇｏｂｉｎｄ　Ｄａｒｙａｎａｎｉ（Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．），　类。每一个输出端等效电容为　果与数据手册一致。在三种频率和　１９７６．　０　１４１Ｉｆ（见图６）。这个滤渡器的截止０．７ｗ的输出功率时失真度均低于　■——Ｉ５■・２００２．４．Ａ一毒普矗矗ｔ暮ｗｗｗ．ｅｄｗ．ｃｏｍ．ｃｎ