LM4702高保真功放器件的設(shè)計原理

　LM4702是為對音質(zhì)有高要求且需求大功率輸出的消費者應(yīng)用而設(shè)計的。放大器的輸出功率大小可根據(jù)供給電壓和輸出設(shè)備數(shù)量的變化進(jìn)行調(diào)整。采用LM4702設(shè)計的音頻放大器每個聲道能夠在8Ω負(fù)載上輸出超過300W 的功率。LM4702 pdf datasheet
　 LM4702內(nèi)含有過熱保護(hù)電路，當(dāng)溫度超過150℃時它會停止工作。另外，LM4702有靜音功能，啟用后會減弱輸入驅(qū)動信號，并使放大器輸出變?yōu)殪o音狀態(tài)。
一、功能特性
　　LM4702共有3個等級，在應(yīng)用程序和性能水平方面跨越了很大的范圍。LM4702C針對高音質(zhì)、大功率的應(yīng)用；LM4702B(已有樣品)可應(yīng)用更高的工作電壓；LM4702A (正在試驗中)定位為最高端的應(yīng)用，有著最高的工作電壓。這3個等級都擁有超寬的工作電壓，其中LM4702A為±20～±100V，LM4702B為±20～±100V，LM4702C為±20～±75V。其等效噪聲為3uV，PSRR為110dB，THD為0.001％ 。除此之外，LM4702還擁有一些優(yōu)異的特性，如輸出功率可調(diào)節(jié)、外接元件少、外接補(bǔ)償、熱保護(hù)和靜音等。它們可廣泛用于汽車音響、AV家庭影院、Hi-Fi音響、舞臺音響和工業(yè)控制等。
　　圖1為LM4702的外觀和引腳，圖2為LM4702的典型應(yīng)用電路。圖3為其THD+N與輸出功率圖。



圖3 THD+N與輸出功率圖
(RL=8Ω，VSupply=±50VDc)
1.靜音功能
　　LM4702的靜音功能由流入靜音引腳的電流流量來控制。如果流入靜音引腳的電流小于1mA，芯片處于靜音狀態(tài)。這可以通過短路到地或懸空靜音引腳來實現(xiàn)。如果流入靜音引腳的電流在1～2mA，芯片將處于播放模式。這可以通過電阻(Rm)將電源連接到靜音引腳(Vmute)來實現(xiàn)。流入靜音引腳的電流可以由公式
Imute=(Vmute-2.9)/Rm 來計算。例如，如果5V的電源通過1.4kΩ的電阻連接到靜音引腳上，那么靜音電流將為.5mA，在指定范圍中。同樣可以使用Vcc為靜音腳供電，此時Rm需要相應(yīng)地重新計算。目前不推薦使用流入靜音引腳的電流大于2mA，因為這樣LM4702可能會受到損壞。
　　強(qiáng)烈推薦在靜音與播放模式之間迅速轉(zhuǎn)換這個功能，它可通過撥動開關(guān)實現(xiàn)，撥動開關(guān)一邊連接到靜音引腳，另一邊通過電阻連接到地或電源上。緩慢增加靜音電流可能會導(dǎo)致直流電壓產(chǎn)生在LM4702的輸出上，致使喇叭損壞。
2.熱保護(hù)
　　LM4702有完整的熱保護(hù)系統(tǒng)來防止系統(tǒng)長時間工作所帶來的熱壓。當(dāng)芯片內(nèi)部的溫度超過150℃的時候，LM4702自動關(guān)閉，當(dāng)芯片內(nèi)部的溫度降低到145℃時又開始工作，如果溫度繼續(xù)升高到150℃，芯片又繼續(xù)關(guān)閉。因此，如果發(fā)生短暫故障，芯片允許發(fā)熱到一定的高溫，但如果是持續(xù)的故障，就有可能導(dǎo)致它工作在一個145℃ ～150℃的熱開合工況下。這樣一來，通過循環(huán)極大地減輕了芯片的熱壓力，從而大大改善了持續(xù)故障情況下的可靠性。因為晶圓溫度與散熱器的溫度直接相關(guān)，所以散熱器必須經(jīng)過選擇，以保證在正常狀態(tài)下過熱開關(guān)不會觸發(fā)。如使用成本和空間所允許的最好散熱器，則可以保證任何半導(dǎo)體設(shè)備長時間穩(wěn)定地工作。
3.功耗和散熱
　　在播放模式時，它的工作電流是常量，與輸入信號幅度無關(guān)。因此，功耗對于給定的電壓是一定的，可以用公式PDMAX=Icc×(Vcc-Vee)來表示。對PDMAX的一個快速計算方法是：在電流約為25mA的時候，用整個電壓與它相乘即可(電流在工作范圍內(nèi)會有微小的變化)。
　　對高功率放大器的散熱器進(jìn)行選擇完全是為了將晶圓的溫度保持在一定的水平上，以保證在一定的水平上熱保護(hù)系統(tǒng)不被觸發(fā)。晶圓與外界空氣間的熱阻θJA(Junction to Ambient)與環(huán)境相關(guān)，它由3個熱阻組成，分別為θJC(晶圓到封裝外殼)、θCS(封裝外殼到散熱片)、θSA(散熱片到環(huán)境)。θJC在LM4702中為0.8℃/W。使用耐熱合金后，θCS大約為0.2 ℃/W。因為熱流(功耗)類似于電流流動，所以熱阻就像電阻，溫度的降低就像電壓下降。LM4702的功耗也可表示為
PDMAX=(TJMAx-TAMB)/θJA
當(dāng)TJMAx=150℃時，TAMB是系統(tǒng)的環(huán)境溫度，且θJA=θJC +θCS+ θSA散熱片的最大熱阻θSA為
θSA=[(TJMAX-TAMB)-PDMA×(θJC+θCS)]/PDMAX
　　再次說明，θSA的數(shù)值與系統(tǒng)設(shè)計師對放大器的要求有關(guān)。如果放大器的環(huán)境溫度高于25℃，那么在其他條件不變的情況下散熱器的熱阻需要更小一些。