如何評估D類(lèi)音頻功放的動(dòng)態(tài)效率

D類(lèi)音頻功率放大器最大的特色是高效率，高效率的優(yōu)點(diǎn)是省電及降低發(fā)熱量。如果功放的效率是90%而芯片的封裝可以散熱1W，則這個(gè)功放可以輸出大約10W的功率，這対系統設計提供極大的方便。

D類(lèi)功率放大器的效率可以由不同角度來(lái)看。高效率主要原因來(lái)自輸出功率晶體管低的導通電阻Rds(on)，如果導通電阻為0.4歐姆而喇叭阻抗是4歐姆那輸出晶體管的效率等于91%。但是功放還有其它消耗，這包括模擬電路的消耗，模擬転數字的混合電路消耗及數字電路的消耗。這些消耗表現在無(wú)載靜態(tài)電流Iq。如果電源電壓5V而Iq是5mA, 則靜態(tài)消耗功率是25mW。 所以計算功放的效率需要同時(shí)考慮靜態(tài)消耗與輸出晶體管的消耗兩個(gè)因素。

如果加上負載而輸出25mW的功率且輸出功率晶體管的效率是90%則功率晶體管的消耗大約2.5mW。所以輸出25mW的狀況下總消耗功率包括靜態(tài)消耗，功率晶體管消耗及輸出功率，亦即 25mW + 25mW + 2.5mW = 52.5mW，此刻的效率就是 25mW/52.5mW = 48%。以同樣的方式計算如果輸出250mW則總消耗功率是 25mW+ 250mW + 25mW = 300mW，此刻的效率是 250mW/300mW=83%。 同樣的如果輸出2.5W則總消耗功率是 25mW+ 2.5W + 250mW =2.775W，此刻的效率是 2.5W /2.775W= 90%，接近輸出功率晶體管的效率。所以輸出功率小的時(shí)候輸出晶體管的消耗可以忽略而輸出功率大的時(shí)候靜態(tài)消耗可以忽略。

如果負載等于4歐姆效率高于90%的輸出晶體管其導通電阻只有0.4歐姆或更小，如果是BTL的雙端輸出，Rds(on)是由一個(gè)PMOS及一個(gè)NMOS造成，每個(gè)MOS大約只有0.2歐姆的導通電阻所以容易造成量測誤差。量測的時(shí)候大電流路徑要選用粗線(xiàn)同時(shí)要焊接以降低接線(xiàn)電阻。抽取大電流時(shí)要維持電源電壓的穩定。由于輸出功率晶體管導通電阻的量測容易產(chǎn)生誤差且其阻值與量測條件例如電流量或電壓有關(guān)，最好觀(guān)查輸出功率晶體管效率的方法是查看效率曲線(xiàn)的大輸出功率端的效率，這一點(diǎn)的效率非常接近輸出功率晶體管效率，但要注意的是此曲線(xiàn)必須是在使用電阻負載的條件下取得。

如果Pi代表電源輸入功率，Pq代表靜態(tài)消耗功率，Po代表輸出功率，Emos代表輸出功率晶體管的效率而Eff代表總效率，則其相互關(guān)系為

Po = ( Pi - Pq ) x Emos 及 Eff = Po/Pi
合并上述公式, 則總效率
Eff = ( Po x Emos ) / (Po + Emos x Pq)
如果輸出功率Po與靜態(tài)消耗功率Pq的比是Poq，則
Eff = ( Poq x Emos ) / (Poq + Emos )

這個(gè)簡(jiǎn)單的公式可以容易觀(guān)察輸出功率與總效率的關(guān)系。

所以如果功率晶體管的效率Emos = 90% 且輸出功率Po是靜態(tài)消耗功率Pq的10倍，亦即Poq= 10， 則總效率Eff = ( 10 x 0.9 ) / ( 10 + 0.9 ) = 83%。如果功率晶體管的效率Emos同樣是90% 且輸出功率Po是靜態(tài)消耗功率Pq的8倍， 則總效率Eff = ( 8 x 0.9 ) /( 8 + 0.9 ) = 81%。以上例子顕示同一個(gè)D類(lèi)功放其輸出功率與靜態(tài)消耗功率的比決定了總效率，亦即靜態(tài)消耗電流対總效率有一定程度的影響。另外如果功率晶體管的效率Emos = 90%， 一個(gè)靜態(tài)消耗功率是25mW或5V電壓5mA靜態(tài)消耗電流的功率放大器只要輸出功率大于25mA x 8 = 200 mW即可以有81%的效率。但是如果靜態(tài)消耗功率是50mW或5V電壓10mA靜態(tài)消耗電流的功率放大器則輸出功率要大于50mA x 8 = 400 mW才可以有同樣的效率，所以實(shí)質(zhì)效率需要考慮靜態(tài)消耗電流。以上討論并未包括輸出濾波器的消耗，電路圖如果含有輸出濾波器則輸出濾波器產(chǎn)生的消耗要算在靜態(tài)消耗功率。