Class D 功放高次諧波過流保護分析和解決方法

可見當負載為純電阻4omh時，LC濾波網絡在截止頻率處Q值較低，沒有任何放大作用。而接入喇叭后，LC濾波網絡在截止頻率處產生大于20dB的增益。這就是導致高次諧波過流保護的根本原因。

綜上所述，對于第一節給出的高次諧波過流保護的現象補充分析如下：

. 問題機器在1KHz 標準音頻信號輸出功率并未超過最大輸出功率。

分析：因為該保護現象發生在LC濾波網絡截止頻率附近，在20Hz~20kHz范圍內的功率輸出正常，并不會出發過流保護。

. 播放高頻成分較多的歌曲較容易出現保護。

分析：高頻成分較多的歌曲內容容易產生位于20kHz~40kHz范圍內的諧波能量，正好觸發LC濾波網絡截止頻率處的高次諧波過流保護。

. 使用水泥電阻代替喇叭作為負載，保護現象消失。

分析：該類高次諧波過流保護和喇叭高頻呈現的高阻抗有關系，若使用純電阻替代喇叭則不會出現該類保護。

. 減小，或者去掉輸出LC 濾波器的電容，保護現象消失。

分析：LC濾波器的截止頻率位置被改變，減小電容將截止頻率推到40kHz以上，一般該位置的諧波分量非常小，不足以引起過流保護現象。去掉電容LC濾波器不存在，也不會產生保護問題。

4.1 解決方案

1. 減小LC濾波器網絡的電容C值：

減小LC濾波器網絡的電容C 的值可以增大LC濾波器的截止頻率。使得截止頻率遠大于高次諧波可能達到的頻率。通常將電容值減小5倍以上即可有效抑制高次諧波過流保護的問題。

優點：無需修改電路，只需要修改參數值。

缺點：LC網絡濾波效果變差，開關紋波增加，EMI有可能惡化。

注意：不建議直接去掉濾波電容。否則會導致ClassD開關紋波輸入到喇叭，增加損耗和惡化EMI。

2. 添加ZOBEL網絡：

優點：有效抑制喇叭的高頻阻抗抬升，解決高次諧波過流問題。同時可以均一化中高頻響應，對高頻聽感有改善。

缺點：需要添加外圍元器件，電容數值較大，推薦使用無極性薄膜電容。

注意：若只是為了解決高次諧波過流問題，ZOBEL網絡的電容可小于計算值，一般只要達到阻抗抑制的作用即可。

5 、總結

高次諧波過流保護是一種特殊的過功率現象，在電路設計完全正確，常規功率測試未超過額定功率的前提下，該種保護問題較為隱蔽。本文結合LC濾波電路的頻率響應和動圈式喇叭的阻抗頻率特性，分析了ClassD諧波過流保護的原因并給出了解決方法。