放大器的偏流、閘電荷以及切換電流損耗可視作獨立于輸出功率,因為傳導(dǎo)損耗在輸出功率最大時占主導(dǎo)地位,可算入靜電損耗PQ。靜電損耗計算方法如下:器件工作狀態(tài)下無輸入信號時(帶有生產(chǎn)中將使用的過濾器與負載)的電源電流乘以電源電壓。PQ=IDD(q)*VCC(10)為了使用效率方程式(9),傳導(dǎo)損耗中的功耗必須從方程式7中得出。解方程式7與9得出傳導(dǎo)損耗中消耗的功率PD(CONDUCTION)。方程式12顯示了結(jié)果。Efficiency(CONDUCTION)=RL/(2r
放大器的偏流、閘電荷以及切換
電流損耗可視作獨立于輸出
功率,因為傳導(dǎo)損耗在輸出功率最大時占主導(dǎo)地位,可算入靜電損耗 PQ。靜電損耗計算方法如下:器件工作狀態(tài)下無輸入信號時(帶有生產(chǎn)中將使用的過濾器與負載)的
電源電流乘以電源電壓。
PQ = IDD(q) *
VCC(10)
為了使用效率方程式 (9),傳導(dǎo)損耗中的功耗必須從方程式7中得出。解方程式7與9得出傳導(dǎo)損耗中消耗的功率 PD(C
ONDUCTION)。方程式
12顯示了結(jié)果。
Efficiency (CONDUCTION) = RL / (2rDS(on) + RL) = POUT / (POUT + PD(CONDUCTION)) (
11)
PD (CONDUCTION) = POUT * 2rDS(on) / RL (12)
將方程式10與12中的消耗損耗插入方程式9,計算D 類效率如下:
Efficiency = POUT / POUT + (POUT * 2rDS(on) / RL) + PQ (13)
靜電損耗在低輸出功率電平上占主導(dǎo)地位,而傳導(dǎo)損耗在高功率電平上占主導(dǎo)地位。
D 類放大器比AB 類放大器的效率高得多。更高功率意味著消耗的功率更低,這使我們采用12V的D 類放大器時不必使用散熱片,而與之相當(dāng)?shù)腁B 類放大器則離不開散熱片。在輸出功率為10W的情況下,
TPA3002D2為4 ohm時消耗功率僅為3.7 W,而與其相當(dāng)?shù)腁B 類放大器的功耗則高達14 W!
為什么某些D 類放大器要求過濾器,而
其它的則不然?
無過濾器調(diào)制方案的開發(fā)大大減少乃至去除了輸出過濾器的需求。無過濾器調(diào)制方案可最小化
開關(guān)電流,這使我們可采用損耗很大的
電感器甚至
揚聲器來代替LC過濾器作為存儲元素,并仍然可確保放大器的高效率。
傳統(tǒng)的D 類調(diào)制方案就其差動輸出而言,每個輸出都有180度的相位差,并從接地到電源電壓VCC發(fā)生改變。因此,差動預(yù)過濾 (
pre-filtered) 輸出在正負VCC之間變化,而已過濾的50% 忙閑度在負載中電壓為零。請注意,盡管整個負載平均電壓為零(50% 的忙閑度),輸出電流峰值仍很高,這會導(dǎo)致過濾器損耗,并增加了電源電流。傳統(tǒng)的調(diào)制方案需要LC過濾器,這樣較高的切換電流可在LC過濾器中再循環(huán),而不會被揚聲器消耗掉。
在無過濾器調(diào)制方案中,各輸出均從接地轉(zhuǎn)換至電源電壓。但是,VOUT+ 與VOUT- 現(xiàn)在是彼此同相的,沒有輸入。正電壓情況下,VOUT+ 的忙閑度大于50%,而VOUT-的則小于50%。負電壓情況下,VOUT+ 的忙閑度小于50%,而VOUT- 的大于50%。整個負載的電壓在大多數(shù)切換周期中為零,從而大大減小了過濾器和/或揚聲器中的I2R損耗。較低的切換損耗使揚聲器可作為存儲元件,同時仍能保證放大器的高效性。
盡管開關(guān)頻率組件沒有過濾出,但揚聲器在開關(guān)頻率上具備高阻抗,因此揚聲器損耗的功率極小。揚聲器還不能復(fù)制開關(guān)頻率,即便揚聲器可以,人耳也聽不到高于約20 kHz的頻率。
如果從放大器到揚聲器的線跡較短,類似
TPA2005D1的5V無過濾器D 類音頻放大器在無輸出過濾器時也能使用。TPA2005D1在揚聲器線長為10厘米或更短無屏蔽時即