看D類放大器如何實現高效率

D類放大器與開關模式電源的工作方式相似，其中輸出MOSFET可能是完全啟動(飽和)或完全關閉(切斷)的。其效果在于減小晶體管的功耗，并增加放大器的效率。不幸的是，開關時間和非交換時間中總會有損失(開關損耗和傳導損失)。

　　出現開關時間中的損耗是由于FET的上升時間和下降時間大于零。出現這種情況有幾個原因。第一，輸出晶體管不能瞬時交換。從漏極到源極的通道要求一段特定的形成時間。第二，晶體管柵源電容和寄生電阻的痕跡形成RC時間常量，也增加了上升和下降時間。

　　在非開關時間中的功耗是由于每個FET 的RDS(ON) 和晶體管中的電流導致的。

　　但從總體而言，D類放大器的損失是最小的，正是由于該器件的交換性質，才使放大器實現了高得多的效率。其開關技術是脈沖寬度調制 (PWM)，它可比較輸入模擬信號和高頻率三角波形(通常為250 kHz)，以生成輸出波形。該波形隨后驅動MOSFET H橋。隨后形成的差動波形是PWM方波信號，其占空比與音頻信號的振福成正比。來自H橋的信號通過輸出濾波器驅動喇叭，或直接連接至喇叭(參見TI的TPA2000D和TPA3000D無濾波器系列產品)。圖3顯示了D類輸出級就橋接式負載(BTL)配置而進行的典型配置?！　?/P>

　　　　就該類型的調制方案而言，應當實施二階Butterworth低通濾波器。如圖5所示，該濾波器采用了兩個電感和三個電容器作為典型的橋接式負載輸出。該濾波器主要作為電感，在電壓交換時使輸出電流保持一致，這減少了低狀態功耗或無輸入信號時的功耗。

　　　　該濾波器的主要缺陷是其超大尺寸及外部器件成本。此類調制方案無需濾波器即可使用而不影響保真度。由于揚聲器既具電阻性又具電感性而且D類開關波形通過揚聲器產生高電壓，所以效率上的增益將受到損失。從而導致較高的電源電流，也喪失了D類帶來的效率優勢。

　　輸出的較高電感產生較低的靜電電流(無輸入的電源電流)，因為其限制了輸出紋波電流的數量。L1 與 L2 感應器以及 C1 電容器構成差動濾波器，每十進即以40dB的斜率衰減信號。開關電流主要通過 C1、C2及C3，揚聲器消耗的電流極少。

　　該濾波器還極大地減少了電磁干擾 (EMI)。EMI 是由電流瞬時變動產生的磁 (H) 場或差動電壓產生的電 (E) 場形成的。圖5中的濾波器包括共模及差動濾波器，所以其不僅可減少了磁場還可減少電場。

　　在TI 新一代的 D 類放大器 TPA2000D 以及 TPA3000D 產品系列中，調制方案經過修改，只產生非常短的差動功率脈沖，以避免無輸入信號時發生"擊穿"。就TPA2005D1 而言，這就使電源電流增加了不足3mA ，且負載在交換頻率上具有感應性及電阻性。圖6 顯示了TI 的無濾波器 D 類調制方案的輸出波形。