关于数字功放的电感选用

随着家用电器的普及，用户追求更加卓越的品质生活，家用电器更加趋于集成化、智能化，而电视机也已成为家庭的娱乐平台，紧密的融入人们的日常生活中。电视机不仅要有逼真、绚丽的画质表现，更加要有美妙、声音效果的渲染，使用好体验到极佳的视听盛宴。而商家更是不剩余力的使用高性能的硬件来满足用户需求，尤其声音处理方面，使用高性能的数字功放来更逼真的还原声音效果。如何把数字功放的性能发挥极致，这就对电路设计、物料的选型等要求提出更加苛刻的要求，本文所论述的就是对家用电器产品使用中的数字功放，如何高效、安全的电感选型进行了论述。

1 数字攻放的工作原理

输入的音频模拟信号经过PWM 电路调制处理后，形成占空比同输入信号成一定比例的脉冲链，经过开关电路放大后，由低通滤波器滤除高频成分，还原出已放大的输入信号波形，由扬声器放音。开关管场效应管H－桥式电路输出的脉冲波是不便直接驱动扬声器发声的。为了重现放大的音频信号，输出波形必须恢复到原来的正弦波，D 类放大器的设计，大都采用低通滤波器来解决。

图1 基本框图

1）误差校正：由于供电电源所包含的噪声、纹波会使输出信号发生失真，从而使功放性能降低。因此，通过负反馈模块来校正电源噪声引起的误差，消除功放产生的失真。

2）脉冲调制：将模拟音频信号经过PWM 调至后，转换成脉冲密度与输入信号呈比例关系的数字信号，控制后级的开关管放大。

3）开关桥：是数字功放的功率放大部分。功率管采用场效应管，工作在开关状态，因此可以获得90%以上的效率。输出电压取决于电源电压，电源电压越高，输出电压越大，这样我们就得到了放大版的脉冲波形。

4）低通滤波器：将功率脉冲信号转换为音乐信号。开关桥输出的是大功率的脉冲信号，不能直接推送到喇叭。需要一个带宽为20 ~ 20 kHz 的低通滤波器将音频解调出来，还原原始音频信号，驱动扬声器发声。

5）电源：给功放各部分电路供电。相较于模拟功放的环牛电源，开关电源的优势主要是重量轻，能稳压。开关晶体管输出的是脉宽调制波形，要成为可听的模拟音频信号，还需经过一路带宽为20 KHz 的低通滤波器，滤去脉冲波形中的高频成分，一般说来功放的输出电压对选取电容的耐压不成问题，只是对低通滤波器中的电感最大允许电流要设计要正确, 否则极易烧坏电感, 导致功放输出异常而无声的现象。

2 问题描述

本文所述的是数字功放电感选型的案例。图2 是研发的电视机新品所使用的数字功放典型电路。选择合适的电感，对整改功放电路的安全性、稳定性至关重要。

图2 数字功放应用电路

0.5 V 输入时流经电感的电流波形如图3，从图3上波形可以获得，当输入声音有效值为0.5 V 时，流经低通滤波器中电感的电流只有850 mA。

图3

0.5 V 输入时输出电压波形如图4。

图4

2）当声音输入幅度是1.0 V 时，测试数据见表2。

1.0 V 输入时流经电感的电流波形如图5，从图5的波形可以获得，当输入声音有效值为1.0 V 时，流经低通滤波器中电感的电流也是850 mA。

图5

1.0 V 输入时输出电压波形如图6。

图6

3）当声音输入幅度是2.0 V 时，测试数据见表3。

2.0 V 输入时流经电感的电流波形如图7，从图7的波形可以获得，当输入声音有效值为2.0 V 时，流经低通滤波器中电感的电流还是850 mA。

图7

2.0 V 输入时输出电压波形如图8。

图8

4）考虑到各种操作的情况下，电流有所差异，针对静音释放时的冲击、开机启动时的冲击，分别做了测试，结果见表4。

图9 静音释放时的冲击电流

图10 开机启动时的冲击电流

4 结束语

由于本机芯使用这款数字功放，具有伴音功率输出牵制功能，当伴音输入信号超过一定的幅度后，牵制脚就会自动起作用，把输出的电流牵制在一定的峰值范围之内（本示范电路设置的牵制功率为10.2 W），所以流经电感的电流被限制在0.85 A，所以选取电感的额定电流需要大于0.85 A。本文电路中推荐的电感是15 μH，额定电流1.3 A，完全满足设计要求。

图11

以本文示范电路为例，是数字功放设计常遇到的问题，本文给出了实际应用的测试方法及参数，在数字功放输出10 W 的情况下，所使用电感参数如下，希望对同行有借鉴作用。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年5月期）