工程师参考手册(二):D类功放设计须知
图4. 当D类放大器工作在较高环境温度下,可能需要如图示的SMT散热片(图片来自Wakefield Engineering)。
热计算
D类放大器的管芯温度可以通过一些基本计算进行估计。本例中根据下列条件计算其温度:
TAM = +40°C
POUT = 16W
效率(η) = 87%
ΘJA = 21°C/W
首先,计算D类放大器的功耗:
然后,通过功耗计算管芯温度TC,公式如下:
根据这些数据,可以推断出该器件工作时具有较为理想的性能。因为系统很少能正好工作在+25°C的理想环境温度下,因此应该根据系统的实际使用环境温度进行合理的估算。
负载阻抗
D类放大器MOSFET输出级的导通电阻会影响它的效率和峰值电流能力。降低负载的峰值电流可减少MOSFET的I²R损耗,进而提高效率。要降低峰值电流,应在保证输出功率,以及D类放大器的电压摆幅以及电源电压的限制的条件下,选择最大阻抗的扬声器,如图5所示。本例中,假设D类放大器的输出电流为2A,电源电压范围为5V至24V。电源电压大于等于8V时,4Ω的负载电流将达到2A,相应的最大连续输出功率为8W。如果8W的输出功率能满足要求,则可以考虑使用一个12Ω扬声器和15V供电电压,此时的峰值电流限制在1.25A,对应的最大连续输出功率为9.4W。此外,12Ω负载的工作效率要比4Ω负载的高出10%到15%,降低了功耗。实际效率的提高根据不同D类放大器而异。虽然大多数扬声器的阻抗都采用4Ω或8Ω,但也可采用其他阻抗的扬声器实现更高效的散热。
图5. 选择最佳的阻抗和电源电压使输出功率最大。
另外还需要注意音频带宽内负载阻抗的变化。扬声器是一个复杂的机电系统,具有多种谐振元件。换言之,8Ω的扬声器只在很窄的
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