将方程式10与12中的消耗损耗插入方程式9,计算D 类效率如下:
Efficiency = POUT / POUT + (POUT * 2rDS(on) / RL) + PQ (13)
静电损耗在低输出功率电平上占主导地位,而传导损耗在高功率电平上占主导地位。
D 类放大器比AB 类放大器的效率高得多。更高功率意味着消耗的功率更低,这使我们采用12V的D 类放大器时不必使用散热片,而与之相当的AB 类放大器则离不开散热片。图7显示了实测得出的立体声D 类放大器TPA3002D2消耗功率与理想的立体声AB 类放大器消耗功率之比。在输出功率为10W的情况下,TPA3002D2为4 ohm时消耗功率仅为3.7 W,而与其相当的AB 类放大器的功耗则高达14 W! 图7:TPA3002D2输出功率与消耗功率之比与同级别AB 类放大器的比较 -->
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p; 无过滤器调制方案的开发大大减少乃至去除了输出过滤器的需求。无过滤器调制方案可最小化开关电流,这使我们可采用损耗很大的电感器甚至扬声器来代替LC过滤器作为存储元素,并仍然可确保放大器的高效率。
尽管开关频率组件没有过滤出,但扬声器在开关频率上具备高阻抗,因此扬声器损耗的功率极小。扬声器还不能复制开关频率,即便扬声器可以,人耳也听不到高于约20 kHz的频率。
如果从放大器到扬声器的线迹较短,类似TPA2005D1的5V无过滤器D 类音频放大器在无输出过滤器时也能使用。TPA2005D1在扬声器线长为10厘米或更短无屏蔽时即通过了FCC与CE辐射测试。无线手持终端与PDA对于无过滤器的D 类而言均是极好的应用。类似TPA3001D1和TPA3002D2的更高电压无过滤器D 类放大器要求在所有应用中均采用铁氧体磁珠过滤器 (ferrite bead filter)。
如果设计不采用LC过滤器应不能通过幅射标准且频率敏感电路大于1 MHz的话,那么常可采用铁氧体磁珠过滤器。对必须通过FCC和CE标准的电路而言,这是一个很好的选择,因为上述两项标准仅测试大于30 MHz 的幅射,而铁氧体磁珠过滤器在削弱大于30MHz 的频率方面比LC过滤器的表现要好。如果选择铁氧体磁珠过滤器,那么应选择高频率下阻抗高的、且低频率下阻抗低的。
如果存在低频率 (< 1 MHz)EMI 敏感电路和/或从放大器至扬声器的引线较长,则须采用LC输出过滤器。图10a与图110b显示了典型的铁氧体磁珠与LC输出过滤器。 图10a:典型的铁氧体磁珠过滤器(芯片磁珠型号:NEC/Tobin:N2012ZPS121)
结论
通过将输入音频波形与三角波相对比,D 类音频放大器创建了脉宽调制PWM信号。D 类放大器通过感应元件输出PWM,传统D 类采用过滤电感器,而无过滤器D 类则采用扬声器音圈。D 类放大器比AB 类放大器效率更高,因为D 类放大器从电源获得所要求的输出功率,而非从电源获得所要求的电流,也不会在输出晶体管消耗剩余的功率。立体声AB 类放大器在从12V电源、4 ohm负载输出10W功率时消耗功率达14W,而TPA3002D2在相同条件下消耗功率仅为3.7 W。TPA3001D1与TPA3002D2采用的调制方案使其可采用铁氧体磁珠过滤器,而不必采用完全的LC过滤器。
1、TPA2000D2 2-W无过滤器立体声D 类音频功率放大器数据表,德州仪器公司,2000年3月,出版号:SLOS291D;
2、TPA2005D1 1.1-W单声道无过滤器D 类音频功率放大器数据表,德州仪器公司,2002年7月,出版号:SLOS369B;
3、TPA3001D1 20-W单声道D 类音频功率放大器数据表,德州仪器公司,2002年12月,出版号:SLOS398;
4、TPA3002D2 9-W具备DC音量控制的立体声D 类音频功率放大器数据表,德州仪器公司,2002年12月,出版号:SLOS402。