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[经验] 如何评估D类音频功放的静态效力

2019-08-04 11:27:46  3885 D类功放
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      D类音频功率放大器最大的特色是高效力,高效力的优点是省电及低落发热量。如果功放的效力是90%而芯片的封装可以或许或许散热1W,则这个功放可以或许或许输入大约10W的功率,这対体系设计供给极大的便利。

      D类功率放大器的效力可以或许或许由分歧角度来看。高效力重要原因来自输入功率晶体管低的导通电阻Rds(on),如果导通电阻为0.4欧姆而喇叭阻抗是4欧姆那输入晶体管的效力等于91%。但是功放另有其它消耗,这包含模拟电路的消耗,模拟転数字的混合电路消耗及数字电路的消耗。这些消耗表示在无载静态电流Iq。如果电源电压5V而Iq是5mA, 则静态消耗功率是25mW。 所以计算功放的效力必要同时考虑静态消耗与输入晶体管的消耗两个因素。


      如果加上负载而输入25mW的功率且输入功率晶体管的效力是90%则功率晶体管的消耗大约2.5mW。所以输入25mW的状况下总消耗功率包含静态消耗,功率晶体管消耗及输入功率,亦即 25mW + 25mW + 2.5mW = 52.5mW,此刻的效力便是 25mW/52.5mW = 48%。 以同样的办法计算如果输入250mW则总消耗功率是 25mW+ 250mW + 25mW = 300mW,此刻的效力是 250mW/300mW=83%。 同样的如果输入2.5W则总消耗功率是 25mW+ 2.5W + 250mW =2.775W,此刻的效力是 2.5W /2.775W= 90%,接近输入功率晶体管的效力。 所以输入功率小的时候输入晶体管的消耗可以或许或许忽略而输入功率大的时候静态消耗可以或许或许忽略。

      如果负载等于4欧姆效力高于90%的输入晶体管其导通电阻只要0.4欧姆或更小,如果是BTL的双端输入,Rds(on)是由一个PMOS及一个NMOS构成,每个MOS大约只要0.2欧姆的导通电阻所以容易构成量测误差。量测的时候大电流门路要选用粗线同时要焊接以低落接线电阻。抽取大电流时要维持电源电压的稳固。因为输入功率晶体管导通电阻的量测容易发生误差且其阻值与量测条件例如电流量或电压无关,最佳观查输入功率晶体管效力的办法是检查效力曲线的大输入功率端的效力,这一点的效力非常接近输入功率晶体管效力,但要注意的是此曲线必需是在应用电阻负载的条件下获得。

      如果Pi代表电源输入功率,Pq代表静态消耗功率,Po代表输入功率,Emos代表输入功率晶体管的效力而Eff代表总效力,则其互相干系为
Po = ( Pi - Pq ) x Emos 及 Eff = Po/Pi

      归并上述公式, 则总效力
Eff = ( Po x Emos ) / (Po + Emos x Pq)

      如果输入功率Po与静态消耗功率Pq的比是Poq,则
Eff = ( Poq x Emos ) / (Poq + Emos )

      这个简略的公式可以或许或许容易观察输入功率与总效力的相干。

      所以如果功率晶体管的效力Emos = 90% 且输入功率Po是静态消耗功率Pq的10倍,亦即Poq= 10, 则总效力Eff = ( 10 x 0.9 ) / ( 10 + 0.9 ) = 83%。如果功率晶体管的效力Emos同样是90% 且输入功率Po是静态消耗功率Pq的8倍, 则总效力Eff = ( 8 x 0.9 ) /( 8 + 0.9 ) = 81%。以上例子顕示同一个D类功放其输入功率与静态消耗功率的比决定了总效力,亦即静态消耗电流対总效力有一定程度的影响。另外如果功率晶体管的效力Emos = 90%, 一个静态消耗功率是25mW或5V电压5mA静态消耗电流的功率放大器只要输入功率大于25mA x 8 = 200 mW即可以或许或许有81%的效力。但是如果静态消耗功率是50mW或5V电压10mA静态消耗电流的功率放大器则输入功率要大于50mA x 8 = 400 mW才可以或许或许有同样的效力,所以实质效力必要考虑静态消耗电流。以上讨论并未包含输入滤波器的消耗,电路图如果含有输入滤波器则输入滤波器发生的消耗要算在静态消耗功率。
王栋春 2019-08-04 21:48:25
学习了            
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Boleyn_zhong_zj 2019-08-04 11:07:41
不错,学习了,谢谢分享!
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