增益可控BTLD音頻功率放大器及其應(yīng)用

采用ＰＷＭ調(diào)制技術(shù)的Ｄ類（開關(guān)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(yōu)勢(shì)，從而在帶有音頻功能的設(shè)備尤其是便攜式產(chǎn)品應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

美國(guó)德州儀器公司（ＴＩ)是生產(chǎn)音頻功率芯片的著名廠商之一。該公司生產(chǎn)的Ｄ類音頻功率放大器已發(fā)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(guān)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(chuàng)新的調(diào)制技術(shù)，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(wú)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(guān)系呈平直曲線，這一點(diǎn)是ＡＢ類放大器無(wú)法相比的。它們中的所有器件都內(nèi)置有去砰聲／去咔嗒聲電路，可有效消除開／關(guān)噪聲，同時(shí)芯片都內(nèi)置短路保護(hù)和過熱關(guān)斷電路，從而提高了器件本身和系統(tǒng)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(dá)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(yīng)用領(lǐng)域包括ＬＣＤ監(jiān)視器、ＴＶｓ、ＰＣｓ、車載免提套件和動(dòng)力ｐｏｗｅｒｅｄ揚(yáng)聲器等。

２ ＴＰＡ３００７Ｄ１的結(jié)構(gòu)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(nèi)部含有偏置與電壓參考、增益調(diào)節(jié)電路、ＰＷＭ調(diào)制電路、柵極驅(qū)動(dòng)器、四只ＭＯＳＦＥＴ組成的Ｈ－橋功率極及短路檢測(cè)和過熱關(guān)斷保護(hù)等電路。 圖２是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

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

3  第三代調(diào)制技術(shù)方案

ＴＰＡ３００７Ｄ１采用創(chuàng)新的調(diào)制方案。雖然每路輸出（ＯＵＴＰ和ＤＵＴＮ)幅度仍然從０Ｖ到ＶＣＣ（１２Ｖ)，但當(dāng)無(wú)輸入時(shí)，ＯＵＴＰ和ＯＵＴＮ為同相位。對(duì)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(duì)于負(fù)輸出電壓，ＯＵＴＰ占空比小于５０％，而ＯＵＴＮ占空比大于５０％。在開關(guān)周期的大部分時(shí)間里，負(fù)載兩端的電壓是０Ｖ。在這種調(diào)制方式下，負(fù)載上的差分電壓幅度不是２ＶＣＣ，而是ＶＣＣ，因而大大減小了開關(guān)電流和紋波電流及負(fù)載損耗（Ｉ２Ｒ)。由于負(fù)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(shí)，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(diào)制方案的電壓和電流波形。

4  應(yīng)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(shè)定在２５０ｋＨｚｆｏｓｃ＝６．６／（Ｒ５