选择用于D类音频放大器的输出滤波器的电感值始终是一个关键的设计决定。随着新一代超低失真D类放大器的问世,选择电气性能较差的电感会严重限制音频性能。我的同事Brian在其12月的博文中谈到高清晰度音频如何改变我们的聆听方式。在这篇博文中,我将讨论选择合适电感器的重要考虑因素,以确保您的设备能够具有高清晰度潜力。

  在较高功率的D类放大器中,(通常高于输出功率10W),无源输出滤波器通常在每个输出端具有一个电感器和一个电容(LC),并因此被称为LC滤波器。LC滤波器的目的是将D类放大器的不连续脉宽调制(PWM)脉冲串输出转换成连续平稳的模拟正弦波。LC滤波器从音频信号的PWM表示提取所述音频信号。

此滤波过程很关键,原因如下:

  • EMI)降低电磁干扰。D类放大器的PWM输出是一种高振幅电压信号,通常等于输出级或PVDD电源电压。使用LC滤波器滤掉这些脉冲的同时,也滤掉与PWM脉冲相关的高频容量,从而降低恼人的EMI辐射。将LC滤波器尽可能靠近放大器,扬声器的长期运行也不会在整个系统辐射EMI辐射。
  • 降低纹波电流。对于具有AD调制方案但没有LC滤波器的D类放大器来讲,有一个纹波电流叠加在音频信号。凭借LC滤波器,尤其当LC滤波器的截止频率相对于放大器的PWM开关频率降低时,纹波电流也会降低,如此以来仅有少量剩余纹波将随LC滤波器呈现。LC滤波器的电抗滤掉波纹的其余部分,理想情况下不会消耗任何功率。

  让我们使用TPA3251D2作为一个示例。它是一个175W D类音频放大器,带总谐波失真及噪声(THD + N),可在中功率带接近0.001%。对于TPA3251D2,电感器的线性度在提取最高水平的音频性能方面变得非常关键。

  对于这个讨论,电感线性被定义为电感对电流。

  一个理想的电感不管通过它的是何种电流都能保持指定的电感值。然而,现实世界的感应器的电感总是随电流的增加而降低。某些时候,电流电平将使得电感器饱和,而电感会严重下降。这通常被指定为的Isat

  请记住,不同厂家提供的Isat额定电流的电感变化有所不同,甚至电感类型也有所不同。有些厂家指定Isat在电感中处于30%或变化更大。对于LC D类滤波器,若您期望使用此电感器时额定一直保持在Isat,您观察到的音频性能将非常差。

  表1所示为针对高性能D类音频放大器,从具备良好线性度的四种不同规格的电感器所收集的数据。我在1A电流条件下,并再次以20A电流(600千赫测试信号)条件下测定了电感,其为TPA3251D2放大器的标称PWM开关频率。为每个电感器的10个样品计算电感的平均值变化。

 

 

生产厂家

A

A

B

B

标称电感

7mH

10mH

7mH

10mH

平均电感变化(10个样品,1A-20A)

0.94%

1.38%

1.16%

1.55%

1:四种电感类型的10个样品中的电感平均变化

 

  从上述数据可以看出,生产商A的10μH电感器的线性度比制造商B的10H电感器更大。同样重要的是,请注意生产商A的7μH和10μH电感器缠绕在相同的磁心。同样,制造商B的7μH和10μH电感器也缠绕在相同的磁心。

  通常,对于给定的磁心材料、大小和几何形状,电感越高(电线的圈数越多),电感器的线性度越差。

  接下来,我在TPA3251D2评估模块(EVM)测试了这些电感器,结果一目了然,如图1和图2所示。

 

1:已测定电感器功率(Watts)的输出功率和THD + NTPA3251D2EVM绘图

 

2THD + N和信号频率的TPA3251D2EVM绘图

 

TPA3251D2EVM收集的数据来看,生产商A的10μH电感器优于制造商B的10μH和7μH电感器。若我选择制造商B的10μH电感器,放大器的THD性能将在10W条件下限制在0.0045%,相比之下,制造商A的10μH电感器将限制在0.0017%。

还要注意的是,在20W条件下,总谐波失真与频率性能显著改善。若您在可接受较高THD性能的放大器周围设计LC滤波器,或者若放大器固有的THD较高,制造商B的10μH电感器可作为一个合适的候选对象。结束时,系统的设计者必须在电感器的线性度、成本和尺寸之间做出选择。

  其它因素,如高输出功率电平条件下开关损耗或欧姆损耗,将确定哪种电感器最适用于一个给定的系统。然而,通过选择一个线性度更大的一个电感器,您可显著提高D类放大器的THD性能,这可通过TPA3251D2的超低THD得以证明。

  若您之前使用过D类放大器,请登录并在下方发表评论。我想了解更多有关您选择哪种电感器及其产生的性能。

其他信息

原文链接: