看D類(lèi)放大器如何實(shí)現高效率

D類(lèi)放大器與開(kāi)關(guān)模式電源的工作方式相似，其中輸出MOSFET可能是完全啟動(dòng)(飽和)或完全關(guān)閉(切斷)的。其效果在于減小晶體管的功耗，并增加放大器的效率。不幸的是，開(kāi)關(guān)時(shí)間和非交換時(shí)間中總會(huì )有損失(開(kāi)關(guān)損耗和傳導損失)。

　　出現開(kāi)關(guān)時(shí)間中的損耗是由于FET的上升時(shí)間和下降時(shí)間大于零。出現這種情況有幾個(gè)原因。第一，輸出晶體管不能瞬時(shí)交換。從漏極到源極的通道要求一段特定的形成時(shí)間。第二，晶體管柵源電容和寄生電阻的痕跡形成RC時(shí)間常量，也增加了上升和下降時(shí)間。

　　在非開(kāi)關(guān)時(shí)間中的功耗是由于每個(gè)FET 的RDS(ON) 和晶體管中的電流導致的。

　　但從總體而言，D類(lèi)放大器的損失是最小的，正是由于該器件的交換性質(zhì)，才使放大器實(shí)現了高得多的效率。其開(kāi)關(guān)技術(shù)是脈沖寬度調制 (PWM)，它可比較輸入模擬信號和高頻率三角波形(通常為250 kHz)，以生成輸出波形。該波形隨后驅動(dòng)MOSFET H橋。隨后形成的差動(dòng)波形是PWM方波信號，其占空比與音頻信號的振福成正比。來(lái)自H橋的信號通過(guò)輸出濾波器驅動(dòng)喇叭，或直接連接至喇叭(參見(jiàn)TI的TPA2000D和TPA3000D無(wú)濾波器系列產(chǎn)品)。圖3顯示了D類(lèi)輸出級就橋接式負載(BTL)配置而進(jìn)行的典型配置?！　?/P>

　　　　就該類(lèi)型的調制方案而言，應當實(shí)施二階Butterworth低通濾波器。如圖5所示，該濾波器采用了兩個(gè)電感和三個(gè)電容器作為典型的橋接式負載輸出。該濾波器主要作為電感，在電壓交換時(shí)使輸出電流保持一致，這減少了低狀態(tài)功耗或無(wú)輸入信號時(shí)的功耗。

　　　　該濾波器的主要缺陷是其超大尺寸及外部器件成本。此類(lèi)調制方案無(wú)需濾波器即可使用而不影響保真度。由于揚聲器既具電阻性又具電感性而且D類(lèi)開(kāi)關(guān)波形通過(guò)揚聲器產(chǎn)生高電壓，所以效率上的增益將受到損失。從而導致較高的電源電流，也喪失了D類(lèi)帶來(lái)的效率優(yōu)勢。

　　輸出的較高電感產(chǎn)生較低的靜電電流(無(wú)輸入的電源電流)，因為其限制了輸出紋波電流的數量。L1 與 L2 感應器以及 C1 電容器構成差動(dòng)濾波器，每十進(jìn)即以40dB的斜率衰減信號。開(kāi)關(guān)電流主要通過(guò) C1、C2及C3，揚聲器消耗的電流極少。

　　該濾波器還極大地減少了電磁干擾 (EMI)。EMI 是由電流瞬時(shí)變動(dòng)產(chǎn)生的磁 (H) 場(chǎng)或差動(dòng)電壓產(chǎn)生的電 (E) 場(chǎng)形成的。圖5中的濾波器包括共模及差動(dòng)濾波器，所以其不僅可減少了磁場(chǎng)還可減少電場(chǎng)。

　　在TI 新一代的 D 類(lèi)放大器 TPA2000D 以及 TPA3000D 產(chǎn)品系列中，調制方案經(jīng)過(guò)修改，只產(chǎn)生非常短的差動(dòng)功率脈沖，以避免無(wú)輸入信號時(shí)發(fā)生"擊穿"。就TPA2005D1 而言，這就使電源電流增加了不足3mA ，且負載在交換頻率上具有感應性及電阻性。圖6 顯示了TI 的無(wú)濾波器 D 類(lèi)調制方案的輸出波形。