为AB类放大器改用D类放大器而担忧？其实不必如此

作者：德州仪器

你是否曾想过做一件很有意义的大事却又担心它很难做到？然后，当你最终鼓起勇气去做了之后，再回过头来看，你会惊讶地发现这件事其实很容易。

我最近在与汽车音频设计工程师讨论汽车收音机解决方案不采用传统的AB类放大器而改用D类放大器时，他们也是有这样的担忧。现在我们来谈谈我最常听到的两个主要问题：对印刷电路板（PCB）尺寸的影响和潜在的电磁干扰（EMI）问题。

问题1：D类放大器会占用更多的PCB空间

常规的D类音频放大器采用约400 kHz的开关频率，需要使用8.2-μH或10-μH的电感器才能获得理想的音频效果。
而TI的TPA6304-Q1D类放大器采用2.1-MHz开关频率。纹波电流的减少意味着可以使用更小更轻的3.3-μH电感器，如图1所示。


图1：电感器尺寸与开关频率比较

TPA6304-Q1采用TI最新的混合信号制造技术，当与3.3-μH电感器一起使用时，整个4通道放大器解决方案（包括所有必需的无源元件）的总尺寸会缩小到272 mm2，如图2所示。


图2：TPA6304-Q1 4通道D类放大器

就这一点而言，图3所示的整个TPA6304-Q1解决方案比传统的AB类放大器更小。


图3：TPA6304-Q1 D类放大器解决方案与AB类放大器的尺寸比较

问题2：D类放大器会引起电磁兼容性（EMC）问题

从本质上来说，D类音频放大器会在每个时钟周期内打开和关闭其输出，而AB类放大器则不会打开和关闭。但这并不意味着D类放大器会引起无法解决的电磁兼容性（EMC）问题。

我想特别回顾一下TPA6304-Q1放大器设计缓解EMC问题的几种方法：
•        TPA6304-Q1放大器设计经过高度优化，可以处理整体EMC行为。此外，前面所述的3.3-μH电感器是电感电容（LC）滤波器的一部分，它有助于将D类放大器输出级上的高速开关瞬态的电磁兼容性降至最低。
•        如图4所示，在400-kHz范围内开关的传统D类放大器产生直接位于AM波段内的谐波。这些谐波会产生降低AM接收器灵敏度的干扰信号，从而妨碍AM广播电台接收。因此，必须在这些400-kHz D类放大器设计上实施某种类型的EMI避免技术，以减轻这些AM波段谐波的影响。


图4：典型400-kHz D类放大器谐波

•        通过在更高的2.1-MHz开关频率下工作，TPA6304-Q1不再需要为AM波段实施EMI避免技术，因为TPA6304-Q1在AM波段上方提供了显著的裕度。此设计也没有任何会干扰AM波段的低频尖峰，如图5所示。


图5： TPA6304-Q1的高开关频率高于AM波段

为了防止一些PCB布局设计出现EMI问题，TPA6304-Q1已经实施了Kilby Labs研发的专有扩频技术。图6说明了此功能如何帮助将窄带能量源分散到更大的波段上，从而降低峰值能量。


图6：扩频技术背景

结论

TPA6304-Q1 2.1-MHz高开关频率汽车D类音频放大器满足行业对下一代汽车收音机和外部放大器的需求。除了减少系统中的热负荷外，此放大器的设计还解决了从AB类放大器转换成D类放大器时备受关注的PCB尺寸和EMC问题。

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