AB类放大器改用D类放大器

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在与汽车音频设计工程师讨论汽车收音机解决方案不采用传统的AB类放大器而改用D类放大器时，他们也是有这样的担忧。现在我们来谈谈我最常听到的两个主要问题：对印刷电路板（PCB）尺寸的影响和潜在的电磁干扰（EMI）问题。

问题1：D类放大器会占用更多的PCB空间

       常规的D类音频放大器采用约400 kHz的开关频率，需要使用8.2-µH或10-µH的电感器才能获得理想的音频效果。

而TI的TPA6304-Q1D类放大器采用2.1-MHz开关频率。纹波电流的减少意味着可以使用更小更轻的3.3-µH电感器，如图1所示。

图1：电感器尺寸与开关频率比较

       TPA6304-Q1采用TI最新的混合信号制造技术，当与3.3-μH电感器一起使用时，整个4通道放大器解决方案（包括所有必需的无源元件）的总尺寸会缩小到272 mm2，如图2所示。

图2：TPA6304-Q1 4通道D类放大器

       就这一点而言，图3所示的整个TPA6304-Q1解决方案比传统的AB类放大器更小。

图3：TPA6304-Q1 D类放大器解决方案与AB类放大器的尺寸比较

问题2：D类放大器会引起电磁兼容性（EMC）问题

        从本质上来说，D类音频放大器会在每个时钟周期内打开和关闭其输出，而AB类放大器则不会打开和关闭。但这并不意味着D类放大器会引起无法解决的电磁兼容性（EMC）问题。

         想特别回顾一下TPA6304-Q1放大器设计缓解EMC问题的几种方法：

         TPA6304-Q1放大器设计经过高度优化，可以处理整体EMC行为。此外，前面所述的3.3-µH电感器是电感电容（LC）滤波器的一部分，它有助于将D类放大器输出级上的高速开关瞬态的电磁兼容性降至最低。

     如图4所示，在400-kHz范围内开关的传统D类放大器产生直接位于AM波段内的谐波。这些谐波会产生降低AM接收器灵敏度的干扰信号，从而妨碍AM广播电台接收。因此，必须在这些400-kHz D类放大器设计上实施某种类型的EMI避免技术，以减轻这些AM波段谐波的影响。

图4：典型400-kHz D类放大器谐波

       通过在更高的2.1-MHz开关频率下工作，TPA6304-Q1不再需要为AM波段实施EMI避免技术，因为TPA6304-Q1在AM波段上方提供了显著的裕度。此设计也没有任何会干扰AM波段的低频尖峰，如图5所示。

图5： TPA6304-Q1的高开关频率高于AM波段

     为了防止一些PCB布局设计出现EMI问题，TPA6304-Q1已经实施了Kilby Labs研发的专有扩频技术。图6说明了此功能如何帮助将窄带能量源分散到更大的波段上，从而降低峰值能量。

图6：扩频技术背景

结论

     TPA6304-Q1 2.1-MHz高开关频率汽车D类音频放大器满足行业对下一代汽车收音机和外部放大器的需求。除了减少系统中的热负荷外，此放大器的设计还解决了从AB类放大器转换成D类放大器时备受关注的PCB尺寸和EMC问题。