如今,MP3播放器、PMP和手机等便携产品都面临延长电池使用时间的挑战。在这方面,由于比AB类放大器具备更高的效率,D类放大器备受瞩目,特别是无滤波器D类放大器为工程师在设计便携产品时提供了更大的灵活性。
如今,MP3播放器、便携式媒体播放器(PMP)或手机等许多便携式产品都具备MP3或MP4播放/录音功能。不论采用的是硬件抑或软件解码,功耗都是个问题。因此,这些便携式产品所采用的电池也遇到使用时间缩短的难题。某些情况下,用户会用免提(扬声器模式)播放电影或音乐。这给系统电池增添了额外的负担。尽管电池容量通过采用新技术——从镍铬(Ni-Cad)电池到镍氢(Ni-MH)电池再到锂离子(Li-ion)电池——而得到改进,但仍然无法完全克服电池使用时间缩短的问题。
图1:典型的D类放大器工作情况。
为了使电池贮存更多的电量,功率放大器成为了我们注意的一个焦点。其中,D类放大器具有比AB类放大器更高的效率。大家知道,典型的AB类放
基本的D类放大器理论是给定的小模拟信号作为功率放大器的输入。功率放大器内部调制器将模拟转换成数字信号,如脉宽调制(PWM)或脉冲编码调制(PCM)(取决于器件采用何种调制方式)。但它仍然是一个微弱的数字信号。然后,桥接放大器将数字信号的振幅放大。为了将高幅度数字信号转换回模拟输出,还需要一个无源LC滤波器。图1能说明更多细节,其中,红色方框内代表功放器件(芯片)部分。
图3:典型的低通滤波器电路。
图2是典型的PWM D类放大器结构。蓝色方框代表PWM转换器(调制器)。红色方框表示高功率放大器。放大器和扬声器之间的最终输出级是无源低通滤波器(LPF)。D类放大器的低通滤波器必不可少。
图3是典型的低通滤波器电路。功放和扬声器之间串联两个电感。当功放工作时CONTROL ENGINEERING China版权所有,大电流会流过这两个电感。由于有大电流通过,因此要选择大尺寸电感。但对于便携式产品,PCB空间十分有限,不允许使用两个大电感。除了两个大电感之外,外部的三个电容也占用了PCB空间。
为了避免使用输出滤波器,美国国家半导体(National Semiconductor)专门研制出了系列无滤波器D类放大器,为攻占这一市场提供了灵活性。其概念是采用一个移动的线圈扬声器作为变送器(transducer)。音频放大器上的典型变送器负载相当感性(感性负载)。因此,扬声器负载可担当作为其自身的滤波器。
美国国家半导体提供多款“无滤波器”D类放大器解决方案,如LM4666、LM4667、LM4670和LM4671等。下面列出的是这几款放大器的主要特性或典型设计电路。
图4所示为典型的LM4666应用电路。LM4666是一款每声道可输出1.3W的高效率全面差分D类立体声扬声器放大器,增益更可由用户自行选择(6-12dB)。这个单芯片的立体声解决方案不但设计灵活,而且容易使用www.cechina.cn,由于增益可自行选择,因此所需的零件可以减至最少,而电路板的板面空间也可尽量缩小控制工程网版权所有,有助降低系统的整体成本。由于这款放大器芯片的能源效益极高,因此功耗较低,而芯片本身所耗散的热能也较少,有助延长移动电话的电池寿命及通话时间。此外,由于LM4666也采用delta-sigma调制技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,因此可以抑制输出噪音,减少总谐波失真(THD),以这方面来说CONTROL ENGINEERING China版权所有,确实比传统的脉冲宽度调制(PWM)D类放大器优胜。
图4:典型的LM4666应用电路。
当THD等于1%(Vdd=5V)时,LM4666能将每通道1.2W的输出功率传送给8欧扬声器。两个内部固定增益通过一个增益选择引脚进行控制,如6dB或12dB。LM4666具有低功耗关断模式。封装为micro-SMD及MSOP。当电源电压为3.3V时,能驱动4欧扬声器。
LM4667是一款全面集成的单电源、高效率开关音频放大器。由于这款芯片设有创新的调制器,因此无需装设一般开关放大