增益可控BTL D音頻功率放大器TPA3007D1及其應用

關鍵詞：D類功率芯片；TPA3007D1；第三代調制；增益可控

１　概述

采用ＰＷＭ調制技術的Ｄ類（開關型)音頻功率放大器以其高效率、低功耗等特性,比其它類型(如Ａ類、Ｂ類和ＡＢ類）的功率放大器更具優(yōu)勢，從而在帶有音頻功能的設備尤其是便攜式產(chǎn)品應用中占據(jù)了主導地位。

美國德州儀器公司（ＴＩ)是生產(chǎn)音頻功率芯片的著名廠商之一。該公司生產(chǎn)的Ｄ類音頻功率放大器已發(fā)展到第三代。

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)新的調制技術，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系呈平直曲線，這一點是ＡＢ類放大器無法相比的。它們中的所有器件都內置有去砰聲／去咔嗒聲電路，可有效消除開／關噪聲，同時芯片都內置短路保護和過熱關斷電路，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。其應用領域包括ＬＣＤ監(jiān)視器、ＴＶｓ、ＰＣｓ、車載免提套件和動力?ｐｏｗｅｒｅｄ?揚聲器等。２ ＴＰＡ３００７Ｄ１的結構功能

采用２４引腳ＴＳＳＯＰ封裝的ＴＰＡ３００７Ｄ１芯片的引腳排列如圖１所示。

ＴＰＡ３００７Ｄ１內部含有偏置與電壓參考、增益調節(jié)電路、ＰＷＭ調制電路、柵極驅動器、四只ＭＯＳＦＥＴ組成的Ｈ－橋功率極及短路檢測和過熱關斷保護等電路，圖２是其內部結構框圖。

ＴＰＡ３００７Ｄ１的電源電壓(Ｖｃｃ／ＰＶｃｃ）范圍為８～１８Ｖ(典型值為１２Ｖ）；負載阻抗ＲＬ大于７Ω；其ＧＡＩＮ０、ＧＡＩＮ１和ＳＨＵＴＤＯＷＮ腳的高電平輸入電壓ＶＩＨ應大于２Ｖ；低電平輸入電壓ＶＩＬ則應小于０．８Ｖ；ＴＰＡ３００７Ｄ１工作環(huán)境溫度范圍為－４０～＋８５℃。

圖2

３　第三代調制技術方案

ＴＰＡ３００７Ｄ１采用創(chuàng)新的調制方案。雖然每路輸出（ＯＵＴＰ和ＤＵＴＮ)幅度仍然從０Ｖ到ＶＣＣ（１２Ｖ)，但當無輸入時，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％。對于負輸出電壓，ＯＵＴＰ占空比小于５０％，而ＯＵＴＮ占空比大于５０％。在開關周期的大部分時間里，負載兩端的電壓是０Ｖ。在這種調制方式下，負載上的差分電壓幅度不是２ＶＣＣ，而是ＶＣＣ，因而大大減小了開關電流和紋波電流及負載損耗（Ｉ２Ｒ)。由于負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為第三代調制方案的電壓和電流波形。

４　應用電路

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設定在２５０ｋＨｚ?ｆｏｓｃ＝６．６／（Ｒ５ Ｃ１２)。放大器增益則可通過Ｕ１的３腳和４腳來進行設置.

當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將進入關閉模式。在關閉狀態(tài)，放大器輸出靜音，此時僅消耗１μＡ的電源電流。

圖4

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?。牛停桑允蛊浞希疲茫煤停茫艠藴室?guī)定。而Ｌ１和Ｌ２則應在高頻時呈現(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Ｄ２?Ｂ１３０?用于吸收輸出瞬態(tài)尖峰脈沖和進行輸出短路保護。Ｄ１和Ｄ２在１Ａ下的正向壓降應低于０．５Ｖ，耐壓則應大于３０Ｖ。

ＴＰＡ３００７Ｄ１內置短路檢測電路。當電路發(fā)生短路時，輸出驅動會迅速截止，從而使器件進入關閉模式。