D類放大器的散熱考慮

1、d類放大器的散熱考慮與ab類相比，d類放大器有更好的效率和熱性能，但實(shí)現(xiàn)一個(gè)d類放大器仍然需要注重良好的電氣設(shè)計(jì)與熱設(shè)計(jì)辦法。大多數(shù)工程師用法一種延續(xù)的正弦波輸入信號(hào)，在試驗(yàn)室中評(píng)估d類放大器的性能。盡管正弦波用于測(cè)量時(shí)很便利，但對(duì)放大器熱負(fù)荷卻是一種最糟的狀況。假如你用近乎最大輸出功率的延續(xù)正弦波驅(qū)動(dòng)一個(gè)d類放大器，則放大器會(huì)常常進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)。典型的音頻節(jié)目中包含音樂和語音，它們的均方根(rms)值要比峰值輸出功率低得多。普通來說，峰值與rms功率之比（或波峰因數(shù)）普通對(duì)語音平均為12 db，而對(duì)樂器平均為18 db"20 db。圖1為用法時(shí)域?qū)σ粋€(gè)音頻信號(hào)和一個(gè)正弦波的rms的

2、測(cè)量狀況。雖然音頻信號(hào)對(duì)應(yīng)有突發(fā)的音樂，但它的峰值只略高于正弦波，而rms值則幾乎惟獨(dú)一半，均值仍遠(yuǎn)低于正弦波。在一個(gè)d類放大器上，音頻信號(hào)的熱效應(yīng)要大大低于正弦波，因此，在測(cè)試性能時(shí)一定要用法音頻信號(hào)，而不要用正弦波。在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的tqfn封裝中，底面暴露的焊盤是ic散熱的主要通道，熱量通過它傳入作為散熱片的放大器所在印制板銅箔區(qū)。將ic焊在大面積銅焊盤上有助于削減熱阻，還可以用多個(gè)過孔將熱量傳導(dǎo)到pc電路板的另一側(cè)，再用更多銅箔面積來進(jìn)一步降低熱阻。除此以外，可以將器件的任何管腳銜接到熱傳送區(qū)，使這些腳與熱焊盤之間有相同的電勢(shì)，2右上方和右下方的引腳。雖然ic的引腳并不是主要的導(dǎo)熱通道，但它

3、們也能散發(fā)少量熱量，因此，銜接ic的全部走線都應(yīng)盡量寬。圖3顯示ic輸出的寬走線銜接到兩個(gè)上。這種狀況下，電感的銅繞線也可以為d放大器提供額外的散熱通道。熱耗散性能即使只改進(jìn)幾個(gè)百分點(diǎn)，也會(huì)在可接受的性能實(shí)現(xiàn)和碰到的熱問題之間產(chǎn)生顯然差別。如要進(jìn)一步降低熱阻，可以在鄰近ic的印制電路板上焊一個(gè)散熱片。例如，wakefield engineering的218系列散熱片有較低的邊沿，可以形成傳導(dǎo)通道。一些基本計(jì)算可以協(xié)助你估量出d類放大器ic裸芯溫度。例如，考慮一個(gè)工作在40環(huán)境溫度下的放大器，輸出功率為16w，效率為87%。假定ic結(jié)點(diǎn)到環(huán)境空氣的熱阻為21/w。首先，計(jì)算d類放大器的功耗：pd

4、iss=(pout/h)-pout=(16w/87%)-16w=2.4w，其中，pdiss是耗散功率，pout是輸出功率，而h是效率。用功耗計(jì)算出裸芯溫度tc如下：tc=ta+pdiss×ja=40+2.4w×21/w=90.4，這個(gè)值是在150的器件最大結(jié)溫之內(nèi)。系統(tǒng)很少能舒服地工作在25環(huán)境溫度中，重要的是在計(jì)算前，要對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際內(nèi)部環(huán)境溫度作出合理的估量。d類放大器輸出級(jí)的導(dǎo)通會(huì)影響到它的效率與峰值能力。降低峰值負(fù)載電流可以削減無限脈沖響應(yīng)（i2r）損耗，提高mosfet 的效率。假如要進(jìn)一步降低峰值電流，可以挑選最高阻值的揚(yáng)聲器，它可以在d類放大器電壓擺幅極限和供電

5、電壓內(nèi)提供所需的輸出功率。在圖4中，d類放大器具有2a的輸出電流能力，供電電壓范圍為5v"24v，用一個(gè)4負(fù)載和8v供電電壓就可限制電流，對(duì)應(yīng)的最大延續(xù)輸出為8w。假如8w輸出功率是可以接受的，則可以考慮用法一個(gè)12揚(yáng)聲器和15v供電電壓。此時(shí)的峰值電流限制在1.25a，對(duì)應(yīng)的最大延續(xù)輸出功率為9.4w。此外，12負(fù)載的工作效率要比4負(fù)載高出10%"15%，因而也能降低ic功耗。實(shí)際的效率提高值會(huì)按照不同d類放大器ic而變幻。揚(yáng)聲器是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，它在自己的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出不同的諧振特性，而只在很窄的頻帶內(nèi)才展現(xiàn)出標(biāo)稱阻抗，這一點(diǎn)常常讓設(shè)計(jì)者摸不著頭腦（圖5）。在多數(shù)音頻帶寬上，該揚(yáng)聲器的阻抗都