關(guān)于數字功放的電感選用

隨著(zhù)家用電器的普及，用戶(hù)追求更加卓越的品質(zhì)生活，家用電器更加趨于集成化、智能化，而電視機也已成為家庭的娛樂(lè )平臺，緊密的融入人們的日常生活中。電視機不僅要有逼真、絢麗的畫(huà)質(zhì)表現，更加要有美妙、聲音效果的渲染，使用好體驗到極佳的視聽(tīng)盛宴。而商家更是不剩余力的使用高性能的硬件來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)需求，尤其聲音處理方面，使用高性能的數字功放來(lái)更逼真的還原聲音效果。如何把數字功放的性能發(fā)揮極致，這就對電路設計、物料的選型等要求提出更加苛刻的要求，本文所論述的就是對家用電器產(chǎn)品使用中的數字功放，如何高效、安全的電感選型進(jìn)行了論述。

1 數字攻放的工作原理

輸入的音頻模擬信號經(jīng)過(guò)PWM 電路調制處理后，形成占空比同輸入信號成一定比例的脈沖鏈，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電路放大后，由低通濾波器濾除高頻成分，還原出已放大的輸入信號波形，由揚聲器放音。開(kāi)關(guān)管場(chǎng)效應管H－橋式電路輸出的脈沖波是不便直接驅動(dòng)揚聲器發(fā)聲的。為了重現放大的音頻信號，輸出波形必須恢復到原來(lái)的正弦波，D 類(lèi)放大器的設計，大都采用低通濾波器來(lái)解決。

圖1 基本框圖

1）誤差校正：由于供電電源所包含的噪聲、紋波會(huì )使輸出信號發(fā)生失真，從而使功放性能降低。因此，通過(guò)負反饋模塊來(lái)校正電源噪聲引起的誤差，消除功放產(chǎn)生的失真。

2）脈沖調制：將模擬音頻信號經(jīng)過(guò)PWM 調至后，轉換成脈沖密度與輸入信號呈比例關(guān)系的數字信號，控制后級的開(kāi)關(guān)管放大。

3）開(kāi)關(guān)橋：是數字功放的功率放大部分。功率管采用場(chǎng)效應管，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此可以獲得90%以上的效率。輸出電壓取決于電源電壓，電源電壓越高，輸出電壓越大，這樣我們就得到了放大版的脈沖波形。

4）低通濾波器：將功率脈沖信號轉換為音樂(lè )信號。開(kāi)關(guān)橋輸出的是大功率的脈沖信號，不能直接推送到喇叭。需要一個(gè)帶寬為20 ~ 20 kHz 的低通濾波器將音頻解調出來(lái)，還原原始音頻信號，驅動(dòng)揚聲器發(fā)聲。

5）電源：給功放各部分電路供電。相較于模擬功放的環(huán)牛電源，開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)勢主要是重量輕，能穩壓。開(kāi)關(guān)晶體管輸出的是脈寬調制波形，要成為可聽(tīng)的模擬音頻信號，還需經(jīng)過(guò)一路帶寬為20 KHz 的低通濾波器，濾去脈沖波形中的高頻成分，一般說(shuō)來(lái)功放的輸出電壓對選取電容的耐壓不成問(wèn)題，只是對低通濾波器中的電感最大允許電流要設計要正確, 否則極易燒壞電感, 導致功放輸出異常而無(wú)聲的現象。

2 問(wèn)題描述

本文所述的是數字功放電感選型的案例。圖2 是研發(fā)的電視機新品所使用的數字功放典型電路。選擇合適的電感，對整改功放電路的安全性、穩定性至關(guān)重要。

圖2 數字功放應用電路

0.5 V 輸入時(shí)流經(jīng)電感的電流波形如圖3，從圖3上波形可以獲得，當輸入聲音有效值為0.5 V 時(shí)，流經(jīng)低通濾波器中電感的電流只有850 mA。

圖3

0.5 V 輸入時(shí)輸出電壓波形如圖4。

圖4

2）當聲音輸入幅度是1.0 V 時(shí)，測試數據見(jiàn)表2。

1.0 V 輸入時(shí)流經(jīng)電感的電流波形如圖5，從圖5的波形可以獲得，當輸入聲音有效值為1.0 V 時(shí)，流經(jīng)低通濾波器中電感的電流也是850 mA。

圖5

1.0 V 輸入時(shí)輸出電壓波形如圖6。

圖6

3）當聲音輸入幅度是2.0 V 時(shí)，測試數據見(jiàn)表3。

2.0 V 輸入時(shí)流經(jīng)電感的電流波形如圖7，從圖7的波形可以獲得，當輸入聲音有效值為2.0 V 時(shí)，流經(jīng)低通濾波器中電感的電流還是850 mA。

圖7

2.0 V 輸入時(shí)輸出電壓波形如圖8。

圖8

4）考慮到各種操作的情況下，電流有所差異，針對靜音釋放時(shí)的沖擊、開(kāi)機啟動(dòng)時(shí)的沖擊，分別做了測試，結果見(jiàn)表4。

圖9 靜音釋放時(shí)的沖擊電流

圖10 開(kāi)機啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流

4 結束語(yǔ)

由于本機芯使用這款數字功放，具有伴音功率輸出牽制功能，當伴音輸入信號超過(guò)一定的幅度后，牽制腳就會(huì )自動(dòng)起作用，把輸出的電流牽制在一定的峰值范圍之內（本示范電路設置的牽制功率為10.2 W），所以流經(jīng)電感的電流被限制在0.85 A，所以選取電感的額定電流需要大于0.85 A。本文電路中推薦的電感是15 μH，額定電流1.3 A，完全滿(mǎn)足設計要求。

圖11

以本文示范電路為例，是數字功放設計常遇到的問(wèn)題，本文給出了實(shí)際應用的測試方法及參數，在數字功放輸出10 W 的情況下，所使用電感參數如下，希望對同行有借鑒作用。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年5月期）