增益可控BTLD音頻功率放大器及其應用

采用ＰＷＭ調制技術的Ｄ類（開關型)音頻功率放大器以其高效率、低功耗等特性,比其它類型(如Ａ類、Ｂ類和ＡＢ類）的功率放大器更具優勢，從而在帶有音頻功能的設備尤其是便攜式產品應用中占據了主導地位。

美國德州儀器公司（ＴＩ)是生產音頻功率芯片的著名廠商之一。該公司生產的Ｄ類音頻功率放大器已發展到第三代。

ＴＩ公司的第三代Ｄ類音頻功率放大器ＩＣｓ均帶有小于１μＡ的關閉控制電流和典型值為７ｍＡ或８ｍＡ的低電源電流，它們都采用創新的調制技術，不需要或僅需要低成本小型輸出濾波器。由于在封裝上解決了散熱問題，因而無需使用散熱片。這一代新型Ｄ類功放芯片輸出功率與溫度之間的關系呈平直曲線，這一點是ＡＢ類放大器無法相比的。它們中的所有器件都內置有去砰聲／去咔嗒聲電路，可有效消除開／關噪聲，同時芯片都內置短路保護和過熱關斷電路，從而提高了器件本身和系統的可靠性。

ＴＰＡ３００７Ｄ１是ＴＩ公司最近推出的６．５Ｗ單聲道ＢＴＬ Ｄ類音頻功率放大器芯片，該芯片的效率可達８５％＠Ｖｃｃ＝１２Ｖ以上，且具有１２ｄＢ、１８ｄＢ、２３．６ｄＢ和３６ｄＢ四種增益可供控制和選擇。其應用領域包括ＬＣＤ監視器、ＴＶｓ、ＰＣｓ、車載免提套件和動力ｐｏｗｅｒｅｄ揚聲器等。

２ ＴＰＡ３００７Ｄ１的結構功能

采用２４引腳ＴＳＳＯＰ封裝的ＴＰＡ３００７Ｄ１芯片的引腳排列如圖１所示。

ＴＰＡ３００７Ｄ１內部含有偏置與電壓參考、增益調節電路、ＰＷＭ調制電路、柵極驅動器、四只ＭＯＳＦＥＴ組成的Ｈ－橋功率極及短路檢測和過熱關斷保護等電路。 圖２是其內部結構框圖。

ＴＰＡ３００７Ｄ１的電源電壓(Ｖｃｃ／ＰＶｃｃ）范圍為８～１８Ｖ(典型值為１２Ｖ）；負載阻抗ＲＬ大于７Ω；其ＧＡＩＮ０、ＧＡＩＮ１和ＳＨＵＴＤＯＷＮ腳的高電平輸入電壓ＶＩＨ應大于２Ｖ；低電平輸入電壓ＶＩＬ則應小于０．８Ｖ；ＴＰＡ３００７Ｄ１工作環境溫度范圍為－４０～＋８５℃。

3  第三代調制技術方案

ＴＰＡ３００７Ｄ１采用創新的調制方案。雖然每路輸出（ＯＵＴＰ和ＤＵＴＮ)幅度仍然從０Ｖ到ＶＣＣ（１２Ｖ)，但當無輸入時，ＯＵＴＰ和ＯＵＴＮ為同相位。對于正輸出電壓，ＯＵＴＰ的占空比大于５０％，而ＯＵＴＮ的占空比則小于５０％。對于負輸出電壓，ＯＵＴＰ占空比小于５０％，而ＯＵＴＮ占空比大于５０％。在開關周期的大部分時間里，負載兩端的電壓是０Ｖ。在這種調制方式下，負載上的差分電壓幅度不是２ＶＣＣ，而是ＶＣＣ，因而大大減小了開關電流和紋波電流及負載損耗（Ｉ２Ｒ)。由于負載上的差分電壓脈沖很窄，因而可以省去輸出濾波器。只有在輸出功率較大時，由于輸出脈沖變寬，紋波電流增大，為了提高效率，才需要小型鐵氧體有孔磁珠（ｆｅｒｒｉｔｅ ｂｅａｄ)濾波器。圖３為第三代調制方案的電壓和電流波形。

4  應用電路

由ＴＰＡ３００７Ｄ１組成的６．５Ｗ ＢＴＬ Ｄ類音頻功率放大器電路如圖４所示。圖中，Ｕ１（ＴＰＡ３００７Ｄ１)的振蕩器頻率ｆｏｓｃ可由２０腳外電阻Ｒ１和２１腳外的電容Ｃ１２設定在２５０ｋＨｚｆｏｓｃ＝６．６／（Ｒ５