選擇用于D類音頻放大器的輸出濾波器的電感值始終是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)決定。隨著新一代超低失真D類放大器的問世，選擇電氣性能較差的電感會(huì)嚴(yán)重限制音頻性能。我的同事Brian在其12月的博文中談到高清晰度音頻如何改變我們的聆聽方式。在這篇博文中，我將討論選擇合適電感器的重要考慮因素，以確保您的設(shè)備能夠具有高清晰度潛力。
在較高功率的D類放大器中，（通常高于輸出功率10W），無源輸出濾波器通常在每個(gè)輸出端具有一個(gè)電感器和一個(gè)電容（LC），并因此被稱為LC濾波器。LC濾波器的目的是將D類放大器的不連續(xù)脈寬調(diào)制（PWM）脈沖串輸出轉(zhuǎn)換成連續(xù)平穩(wěn)的模擬正弦波。LC濾波器從音頻信號(hào)的PWM表示提取所述音頻信號(hào)。
此濾波過程很關(guān)鍵，原因如下：
- （EMI）降低電磁干擾。D類放大器的PWM輸出是一種高振幅電壓信號(hào)，通常等于輸出級(jí)或PVDD電源電壓。使用LC濾波器濾掉這些脈沖的同時(shí)，也濾掉與PWM脈沖相關(guān)的高頻容量，從而降低惱人的EMI輻射。將LC濾波器盡可能靠近放大器，揚(yáng)聲器的長期運(yùn)行也不會(huì)在整個(gè)系統(tǒng)輻射EMI輻射。
- 降低紋波電流。對(duì)于具有AD調(diào)制方案但沒有LC濾波器的D類放大器來講，有一個(gè)紋波電流疊加在音頻信號(hào)。憑借LC濾波器，尤其當(dāng)LC濾波器的截止頻率相對(duì)于放大器的PWM開關(guān)頻率降低時(shí)，紋波電流也會(huì)降低，如此以來僅有少量剩余紋波將隨LC濾波器呈現(xiàn)。LC濾波器的電抗濾掉波紋的其余部分，理想情況下不會(huì)消耗任何功率。
讓我們使用TPA3251D2作為一個(gè)示例。它是一個(gè)175W D類音頻放大器，帶總諧波失真及噪聲（THD + N），可在中功率帶接近0.001％。對(duì)于TPA3251D2，電感器的線性度在提取最高水平的音頻性能方面變得非常關(guān)鍵。
對(duì)于這個(gè)討論，電感線性被定義為電感對(duì)電流。
一個(gè)理想的電感不管通過它的是何種電流都能保持指定的電感值。然而，現(xiàn)實(shí)世界的感應(yīng)器的電感總是隨電流的增加而降低。某些時(shí)候，電流電平將使得電感器飽和，而電感會(huì)嚴(yán)重下降。這通常被指定為的Isat。
請(qǐng)記住，不同廠家提供的Isat額定電流的電感變化有所不同，甚至電感類型也有所不同。有些廠家指定Isat在電感中處于30％或變化更大。對(duì)于LC D類濾波器，若您期望使用此電感器時(shí)額定一直保持在Isat，您觀察到的音頻性能將非常差。
表1所示為針對(duì)高性能D類音頻放大器，從具備良好線性度的四種不同規(guī)格的電感器所收集的數(shù)據(jù)。我在1A電流條件下，并再次以20A電流（600千赫測(cè)試信號(hào)）條件下測(cè)定了電感，其為TPA3251D2放大器的標(biāo)稱PWM開關(guān)頻率。為每個(gè)電感器的10個(gè)樣品計(jì)算電感的平均值變化。
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生產(chǎn)廠家
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A
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A
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B
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B
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標(biāo)稱電感
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7mH
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10mH
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7mH
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10mH
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平均電感變化（10個(gè)樣品，1A-20A）
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0.94%
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1.38%
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1.16%
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1.55%
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表1：四種電感類型的10個(gè)樣品中的電感平均變化
從上述數(shù)據(jù)可以看出，生產(chǎn)商A的10μH電感器的線性度比制造商B的10H電感器更大。同樣重要的是，請(qǐng)注意生產(chǎn)商A的7μH和10μH電感器纏繞在相同的磁心。同樣，制造商B的7μH和10μH電感器也纏繞在相同的磁心。
通常，對(duì)于給定的磁心材料、大小和幾何形狀，電感越高（電線的圈數(shù)越多），電感器的線性度越差。
接下來，我在TPA3251D2評(píng)估模塊（EVM）測(cè)試了這些電感器，結(jié)果一目了然，如圖1和圖2所示。
圖1：已測(cè)定電感器功率（Watts）的輸出功率和THD + N的TPA3251D2EVM繪圖
圖2：THD + N和信號(hào)頻率的TPA3251D2EVM繪圖
從TPA3251D2EVM收集的數(shù)據(jù)來看，生產(chǎn)商A的10μH電感器優(yōu)于制造商B的10μH和7μH電感器。若我選擇制造商B的10μH電感器，放大器的THD性能將在10W條件下限制在0.0045％，相比之下，制造商A的10μH電感器將限制在0.0017％。
還要注意的是，在20W條件下，總諧波失真與頻率性能顯著改善。若您在可接受較高THD性能的放大器周圍設(shè)計(jì)LC濾波器，或者若放大器固有的THD較高，制造商B的10μH電感器可作為一個(gè)合適的候選對(duì)象。結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者必須在電感器的線性度、成本和尺寸之間做出選擇。
其它因素，如高輸出功率電平條件下開關(guān)損耗或歐姆損耗，將確定哪種電感器最適用于一個(gè)給定的系統(tǒng)。然而，通過選擇一個(gè)線性度更大的一個(gè)電感器，您可顯著提高D類放大器的THD性能，這可通過TPA3251D2的超低THD得以證明。
若您之前使用過D類放大器，請(qǐng)登錄并在下方發(fā)表評(píng)論。我想了解更多有關(guān)您選擇哪種電感器及其產(chǎn)生的性能。 |
