Class D 功放高次諧波過(guò)流保護分析和解決方法

摘要

高次諧波過(guò)流保護是一種特殊的過(guò)流、過(guò)功率現象。通常用戶(hù)的電路設計完全正確，常規功率測試未超過(guò)額定功率。該種保護的定位及解決較為困難。本文結合理論分析和實(shí)際經(jīng)驗分析了高次諧波過(guò)流保護的原因，并提供了解決方案。

1、Class D 高次諧波過(guò)流保護現象

通常Class D 功放芯片都會(huì )設計有過(guò)流保護功能，在輸出電流超 過(guò)限流閥值后芯片自動(dòng)關(guān)閉驅動(dòng)信號停止輸出。一般的過(guò)流保護是由于輸出功率超過(guò)額定或者輸出短路而引起。還有一種特殊的過(guò)流保護現象是由于高次諧波能量過(guò) 大引起。高次諧波過(guò)流保護是一種特殊的過(guò)功率現象。通常用戶(hù)的電路設計完全正確，常規功率測試未超過(guò)額定功率。這種保護具有以下幾個(gè)特征：

. 問(wèn)題機器在1KHz 標準音頻信號測試時(shí)輸出功率并未超過(guò)最大輸出功率。

. 播放高頻成分較多的歌曲較容易出現保護。

. 使用水泥電阻代替喇叭作為負載，保護現象消失。

. 減小，或者去掉輸出LC 濾波器的電容，保護現象消失。

若上述現象發(fā)生則可以懷疑是由于高次諧波能量引起的過(guò)流、過(guò)功率保護。高次諧波過(guò)流保護的原因較為復雜，首先分析一下LC 濾波網(wǎng)絡(luò )及喇叭阻抗的頻率響應特性。

2、LC濾波器的頻率響應

圖1是一個(gè)典型的Class D 輸出濾波網(wǎng)絡(luò )（BTL 輸出模式）。LC 濾波器由L，C 和負載R 組成。

LC 濾波器的截止頻率和Q 值計算公式為：

一般ClassD的輸出LC濾波器截止頻率設置在30kHz---50kHz 范圍內為的是提供足夠大的高頻衰減的同時(shí)不影響音頻頻帶內的增益平坦性。LC濾波器Q值隨著(zhù)負載阻抗的增大而增大，即輸出增益在截止頻率處有一定的提升。下圖是一個(gè)濾波器頻率響應曲線(xiàn)：

該例子中L=15uH，C=1uF，截止頻率Fn約為29kHz，在Class D 的開(kāi)關(guān)頻率（約300kHz）位置提供-40dB 的衰減。在截止頻率處，不同的負載阻抗呈現出不同的增益。理論上空載極端情況下增益為無(wú)限大，LC 進(jìn)入諧振狀態(tài)。

一般來(lái)說(shuō)，由于Fn設計高于20kHz，截止頻率處的增益改變不會(huì )影響到音頻頻帶內的幅頻響應。但音頻帶外的信號會(huì )受到該部分的影響并輸出到負載產(chǎn)生功率。若輸出信號內正好存在位于Fc處的高次諧波，同時(shí)LC濾波器Q值又很高的時(shí)候，高次諧波的功率就會(huì )被放大。有可能超過(guò)電流限制閥值而導致過(guò)流保護。

由于LC濾波器的Q值和負載R有關(guān)，只有當R非常大的時(shí)候才會(huì )出現高次諧波被放大的現象。在實(shí)際中負載R是動(dòng)圈式喇叭。關(guān)于喇叭阻抗R和頻率的關(guān)系在下節中給出。