D類功放設計須知

　　TFA9810T輸入端采用可抑制共模干擾的全差分輸入電路。以圖8 AMP-Rin輸入端為例，RA128／RA133／CA139構成負反饋低通濾波器，用于衰減反饋信號中高頻載波成分。增加低頻成分反饋量，特別是直流成分。有效改善了零輸入時因輸入信號直流電平與比較器門限電壓差異形成的占空比誤差，調整RA128也可實現TFA9810T增益控制，使Au（dB）=20log（VOUT／VIN）≌20log（RA128／RA132）。器件CA153／RA132／RA133及TFA9810T內阻構成高通濾波器，用于對輸入信號的緩沖。若CA153容值過小，會影響低頻響應，理論確定公式為：

　　本設計取值1 μF，確定低端頻率為16 Hz，若該頻率定得太高，低端輸入電抗（如在20 Hz）會太大，可能導致輸出端較大噪聲和直流偏移噪聲（plop-noise）。反饋信號與經過緩沖的輸入音頻比較后，通過RA133進入TFA9810T進行PWM調制。為避免圖8中Rin／Lin輸入信號頻率因半導體非線性產生和頻和差頻，導致輸出端出現嘯叫聲，則通過調整電容CA123／CA145，將兩路載波頻率調差50 kHz左右。本設計中將取CA123=22 pF，CA145=47 pF，實現了Rin／Lin載頻相差50 kHz。

　　3．3 輸出級LPF低通濾波設計

　　TFA9810T輸出端低通濾波器采用二階巴特沃思濾波器方式，實際的巴特沃思二階濾波器由圖9中RCA類電子元器件CA135／RA145／CA136／LA5／CA137／CA138／RA148／CA159／CA140／CA141／RA152／LA6／CA142／CA144等構成，對PWM方波中15 Hz～20 kHz音頻成分表現為直通效應，對超過音頻范圍的20 kHz以上高頻成分呈現-12 dB／倍頻程滾降率。

　　簡化模型中，由Lse和Cse，R，C1構成基本巴特沃思濾波器，R和C1又構成有Zobel network的消峰電路，用于去除高頻時尖峰脈沖干擾。

　　3．4 溫升測試

　　本設計功放TFA9810T的直流電源供電15．2 V，工作環境溫度為20℃，音頻系統輸入為2Vp未調制的1 kHz單音頻信號，匹配負載為8 Ω揚聲器，調整音頻輸出功率21 W，持續工作30 min，使用溫度測試設備測得TFA9810T殼體中央最高溫度為45℃，溫升僅25℃，無需再增加散熱片。

　　3．5 音頻A／D／A測試分析

　　圖10測試了TFA9810T功放音頻輸入端為1 kHz的2V。單音頻信號波形，輸出端揚聲器端到GND間為12．84V。，圖9中LPF。濾波前功放輸出的PWM波形。圖11～圖13分別拓展了圖10中A／B／C區。

　　由圖10～圖13可知，輸入波形疊加有高頻雜波。說明前端引入不良干擾，需進一步分析改進；輸出波形平滑，無交越失真，Deadtime特性較好；輸入／輸出正弦波相位相反，直接由電阻RA128等形成閉環負反饋通路，降低了噪聲干擾，并進行增益控制。A，B，C區的拓展圖輸出正弦波峰、波谷、S區域處PWM的頻率分別為238．8 kHz，224．9 kHz，626．4 kHz，占空比不同，符合三角波采樣特性。圖中波峰、波谷處PWM脈沖fall下降沿和rise上升沿更為陡峭，相比S形區域，包含大量高頻諧波，易引起EMI輻射，但通過巴特沃思二階濾波器濾波后，輸出正弦波良好，無明顯高頻雜波迭加，EMC測試也無明顯對外輻射頻率，滿足了設計需要。

　　3．6 功率、效率測試

　　圖14測試了在圖10狀態下功放TFA9810T的供電電壓、電流實際波形。

　　由圖10可知，功放單端輸出功率為：

　　4 結 語

　　介紹了模擬全橋D類功放拓撲結構，詳細探討了通過二階巴特沃思濾波器設計和功放PCB布局，抑制了因Deadtime等產生的EMI。最后基于NXP公司D類功放TFA9810T，實現了一種新型綠色能效雙通道D類音頻放大器設計。仿真和測試結果表明，在供電電壓約為15 V時，放大器可向兩8 Ω揚聲器提供10 W×2的輸出功率，轉換效率達90％，總諧波失真小于7％，1 kHz正弦波音頻輸出無交越失真，無明顯EMI干擾，功放殼體相對溫升25℃。隨著當今社會節約能源的要求，該類綠色能效設計將在未來幾年達到更廣泛的應用。