1 前言
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)動器、四只MOSFET組成的H-橋功率極及短路檢測和過熱關(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)無輸入時，OUTP和OUTN為同相位。對于正輸出電壓，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，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250kHzfosc=6.6/(R5 ·C12)。放大器增益則可通過U1的3腳和4腳來進(jìn)行設(shè)置。
當(dāng)TPA3007D1的5腳(SHUTDOWN腳)為高電平(大于2V)時，IC正常工作。若該腳被拉低，IC將進(jìn)入關(guān)閉模式。在關(guān)閉狀態(tài)，放大器輸出靜音，此時僅消耗1μA的電源電流。
U1的OUTP和OUTN輸出端連接的L1、C14和L2、C15可組成輸出濾波器。其中，L1和L2為小型鐵氧體片式有孔磁珠(ferrite chip bead)型號為Fair Rote 2512067007Y3。濾波器的截止頻率為1MHz，可用來減小EMI，以使其符合FCC和CE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。而L1和L2則應(yīng)在高頻時呈現(xiàn)高阻抗，在低頻時呈現(xiàn)低阻抗。OUTP和OUTN腳與地連接的肖特基二極管D1和D2B130 用于吸收輸出瞬態(tài)尖峰脈沖和進(jìn)行輸出短路保護(hù)。D1和D2在1A下的正向壓降應(yīng)低于0.5V，耐壓則應(yīng)大于30V。
TPA3007D1內(nèi)置短路檢測電路。當(dāng)電路發(fā)生短路時，輸出驅(qū)動會迅速截止，從而使器件進(jìn)入關(guān)閉模式。