越來越多終端用戶渴望其便攜式器件除有普通的耳機(jī)立體聲輸出外，還能提供高質(zhì)量的立體聲音頻。我們只需看看當(dāng)今為便攜式應(yīng)用優(yōu)化的音頻放大器的規(guī) 格，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些音頻放大器可以輕易地在電阻為8Ω的揚(yáng)聲器中提供1W的功率，并具有卓越的保真性能。前提是放大器的偏置為5V，雖然這對(duì)一 般使用2～4節(jié)串聯(lián)鋰離子(Li+)電池(6～16.8V)的便攜式DVD播放器和筆記本電腦不構(gòu)成問題，但是對(duì)更小的手持設(shè)備、多媒體器件如MP3播放 器、智能電話卻是一個(gè)問題，因?yàn)樗鼈冊(cè)谝还?jié)工作放電范圍內(nèi)產(chǎn)生2.7～4.2V的鋰離子電池中工作。
---圖1 顯示了一個(gè)小型800mA升壓轉(zhuǎn)換器對(duì)兩個(gè)最新的音頻放大器供電、達(dá)到更高功率便攜式立體聲音頻的電路。其中包含偵測(cè)電路，當(dāng)立體聲耳機(jī)連接上音頻插孔 時(shí)，該電路從驅(qū)動(dòng)主立體聲揚(yáng)聲器自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。最后，如果電池電壓處于合適的限制范圍內(nèi)，它將在升壓轉(zhuǎn)換器中使用一個(gè)集成的低電量比較器啟動(dòng)音頻放大器。
---為了獲得所需功率和保真度，首先必須建立音頻放大器的功能。圖2中的曲線顯示了輸出功率和輸入電壓之間的關(guān)系。此圖表明，通過將偏置電壓Vp從3V增加到 5V，所示放大器在高保真條件下(<0.01% THD) 輸出功率能力提高了300%。
---因此，對(duì)于1W單聲道設(shè)計(jì)，必須使用5V電源。然而，單節(jié)鋰電池供電的便攜式產(chǎn)品只有2.7～4.2V，而且電池電源在其放電周期提供3.6V的額定值。
---因此，必須采用電源在所需功率水平上提供5V電壓，升壓轉(zhuǎn)換器可以輕易將鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為所需的5V。
---首先，必須視音頻放大器作為負(fù)載，以確定升壓轉(zhuǎn)換器的功率要求。電源、負(fù)載和輸出功率給定后，每個(gè)放大器中的功耗如下:
---Pd=√2·Rl·Pout/Rl×(2·Vp/π-√2·Rl·Pout/2)
---由 于需要立體聲工作，所以功率計(jì)算中必須包括2倍的乘數(shù)。因此，對(duì)于Vp=5V, Rl=8 Ω, 和Pout=1W, Pd =1.183W同樣如此。音頻放大器的總功耗為3.183W ，這意味著升壓轉(zhuǎn)換器的輸出功率必須達(dá)到或最好超過這個(gè)值。NCP1422能在VBAT=3.6V和Vp=5V時(shí)達(dá)到800mA，此時(shí)輸出功率為4W，所 以首次檢查即可完成。
---鋰離子電池的大多數(shù)放電周期在 3.6～3.7V之間，所以升壓轉(zhuǎn)換器將那里設(shè)計(jì)為一個(gè)起始點(diǎn)。負(fù)載電流為Iout= Po/Vp=3.183/5=637mA。因此，必須用以下公式確定平均電感電流來設(shè)計(jì)電感。
---ILAVG=Iout/(1-D)=Iout/(1-(1-VBAT/Vp))=637/(1-(1-3.6/5))=884mA
---假設(shè)電感中存在20%的波紋電流，使用以下公式可以計(jì)算所需電感。導(dǎo)電時(shí)間tON在NCP1422數(shù)據(jù)表中的值為0.75μs。
---L=(VBAT×tON)/[2×(0.2×ILAVG)]=3.6×0.75/2×(0.2×884)=7.6μH
---這是個(gè)好的起始點(diǎn)。但是，對(duì)于本設(shè)計(jì)，由于輸入電壓變化不明顯，所以進(jìn)行了幾次迭代，且采用帶有低ESR值的 6.8μH電感減小更大波紋電流的效應(yīng)。
---最后，假設(shè)紋波電壓為50mVpp，輸出電容ESR為0.05Ω，通過以下設(shè)計(jì)公式可確定輸出電容C2的值。
---C2=(Iout×tON)/(Vripple-Iout×RESR)=(637×0.75)/(0.05-637×0.05)=26μH
---因此，該設(shè)計(jì)使用33μF的輸出電容。
---除 驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器外，便攜式音頻設(shè)備必須能驅(qū)動(dòng)立體聲耳機(jī)，并且輕易地實(shí)現(xiàn)由揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)到耳機(jī)。NCP4896具有集成SE/BTL選擇引腳，該引腳可關(guān)閉或啟用 兩個(gè)內(nèi)置放大器中的一個(gè)，從而使每個(gè)放大器均可驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋接負(fù)載(BTL)、8 Ω揚(yáng)聲器或立體聲耳機(jī)的一個(gè)聲道作為一個(gè)單端(SE) 32 Ω 負(fù)載。圖1顯示了耳機(jī)偵測(cè)電路，包括RDET1-3、 CDET和帶有一個(gè)觸點(diǎn)腳的立體聲耳機(jī)插孔。如果沒有耳機(jī)，該觸點(diǎn)連接到其中一個(gè)聲道，并在插入耳機(jī)插頭時(shí)打開。RDET1/2 和CDET形成一個(gè)簡單的反跳電路，而且如果無耳機(jī)插入插孔，RDET3將HP_DET信號(hào)拉低。
---最后，NCP1422具有一個(gè)集成電池電壓過低偵測(cè)器。當(dāng)存在電池且能夠驅(qū)動(dòng)音頻放大器時(shí)，可使用此功能啟動(dòng)這些放大器。如果電池電量較低或者電源斷開時(shí)，該偵測(cè)器也將自動(dòng)關(guān)閉音頻放大器。電池過低輸出(LBO) 信號(hào)直接連接到NCP4896的關(guān)斷引腳。
---三 個(gè)集成電路所占面積為6mm2。所有外部元件(不包括插孔)所占面積約為32mm2。功率段(NCP1422、 L、 C1/2) 所占面積約為 14.5mm2,帶阻塞電容(Co1/2)的音頻放大器所占面積約為7.5mm2，而其余所有無源器件所占面積約為10mm2。
---本 文所建議的設(shè)計(jì)讓設(shè)計(jì)人員將大功率、高質(zhì)量的立體聲音頻添加到他們現(xiàn)有的手持器件中，而不需要串聯(lián)額外的電池。這也利用了每個(gè)集成電路的一些內(nèi)置特性來消 除外部支持電路的需要。最后，功率和音頻段沒有占據(jù)很多空間，而且由于它們彼此分離，電路板設(shè)計(jì)人員有足夠的靈活性將解決方案用于現(xiàn)有的平臺(tái)之中。 |
