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負載上輸出超過300W 的功率。LM4702 pdf datasheet
　 LM4702內(nèi)含有過熱保護電路，當溫度超過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)、大功率的應用；LM4702B(已有樣品)可應用更高的工作電壓；LM4702A (正在試驗中)定位為最高端的應用，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、外接補償、熱保護和靜音等。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致直流電壓產(chǎn)生在LM4702的輸出上，致使喇叭損壞。
2.熱保護
　　LM4702有完整的熱保護系統(tǒng)來防止系統(tǒng)長時間工作所帶來的熱壓。當芯片內(nèi)部的溫度超過150℃的時候，LM4702自動關(guān)閉，當芯片內(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。