關(guān)于數(shù)字功放的電感選用

隨著家用電器的普及，用戶追求更加卓越的品質(zhì)生活，家用電器更加趨于集成化、智能化，而電視機(jī)也已成為家庭的娛樂平臺(tái)，緊密的融入人們的日常生活中。電視機(jī)不僅要有逼真、絢麗的畫質(zhì)表現(xiàn)，更加要有美妙、聲音效果的渲染，使用好體驗(yàn)到極佳的視聽盛宴。而商家更是不剩余力的使用高性能的硬件來滿足用戶需求，尤其聲音處理方面，使用高性能的數(shù)字功放來更逼真的還原聲音效果。如何把數(shù)字功放的性能發(fā)揮極致，這就對(duì)電路設(shè)計(jì)、物料的選型等要求提出更加苛刻的要求，本文所論述的就是對(duì)家用電器產(chǎn)品使用中的數(shù)字功放，如何高效、安全的電感選型進(jìn)行了論述。

1 數(shù)字攻放的工作原理

輸入的音頻模擬信號(hào)經(jīng)過PWM 電路調(diào)制處理后，形成占空比同輸入信號(hào)成一定比例的脈沖鏈，經(jīng)過開關(guān)電路放大后，由低通濾波器濾除高頻成分，還原出已放大的輸入信號(hào)波形，由揚(yáng)聲器放音。開關(guān)管場(chǎng)效應(yīng)管H－橋式電路輸出的脈沖波是不便直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲的。為了重現(xiàn)放大的音頻信號(hào)，輸出波形必須恢復(fù)到原來的正弦波，D 類放大器的設(shè)計(jì)，大都采用低通濾波器來解決。

圖1 基本框圖

1）誤差校正：由于供電電源所包含的噪聲、紋波會(huì)使輸出信號(hào)發(fā)生失真，從而使功放性能降低。因此，通過負(fù)反饋模塊來校正電源噪聲引起的誤差，消除功放產(chǎn)生的失真。

2）脈沖調(diào)制：將模擬音頻信號(hào)經(jīng)過PWM 調(diào)至后，轉(zhuǎn)換成脈沖密度與輸入信號(hào)呈比例關(guān)系的數(shù)字信號(hào)，控制后級(jí)的開關(guān)管放大。

3）開關(guān)橋：是數(shù)字功放的功率放大部分。功率管采用場(chǎng)效應(yīng)管，工作在開關(guān)狀態(tài)，因此可以獲得90%以上的效率。輸出電壓取決于電源電壓，電源電壓越高，輸出電壓越大，這樣我們就得到了放大版的脈沖波形。

4）低通濾波器：將功率脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為音樂信號(hào)。開關(guān)橋輸出的是大功率的脈沖信號(hào)，不能直接推送到喇叭。需要一個(gè)帶寬為20 ~ 20 kHz 的低通濾波器將音頻解調(diào)出來，還原原始音頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

5）電源：給功放各部分電路供電。相較于模擬功放的環(huán)牛電源，開關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)主要是重量輕，能穩(wěn)壓。開關(guān)晶體管輸出的是脈寬調(diào)制波形，要成為可聽的模擬音頻信號(hào)，還需經(jīng)過一路帶寬為20 KHz 的低通濾波器，濾去脈沖波形中的高頻成分，一般說來功放的輸出電壓對(duì)選取電容的耐壓不成問題，只是對(duì)低通濾波器中的電感最大允許電流要設(shè)計(jì)要正確, 否則極易燒壞電感, 導(dǎo)致功放輸出異常而無聲的現(xiàn)象。

2 問題描述

本文所述的是數(shù)字功放電感選型的案例。圖2 是研發(fā)的電視機(jī)新品所使用的數(shù)字功放典型電路。選擇合適的電感，對(duì)整改功放電路的安全性、穩(wěn)定性至關(guān)重要。

圖2 數(shù)字功放應(yīng)用電路

0.5 V 輸入時(shí)流經(jīng)電感的電流波形如圖3，從圖3上波形可以獲得，當(dāng)輸入聲音有效值為0.5 V 時(shí)，流經(jīng)低通濾波器中電感的電流只有850 mA。

圖3

0.5 V 輸入時(shí)輸出電壓波形如圖4。

圖4

2）當(dāng)聲音輸入幅度是1.0 V 時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

1.0 V 輸入時(shí)流經(jīng)電感的電流波形如圖5，從圖5的波形可以獲得，當(dāng)輸入聲音有效值為1.0 V 時(shí)，流經(jīng)低通濾波器中電感的電流也是850 mA。

圖5

1.0 V 輸入時(shí)輸出電壓波形如圖6。

圖6

3）當(dāng)聲音輸入幅度是2.0 V 時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。

2.0 V 輸入時(shí)流經(jīng)電感的電流波形如圖7，從圖7的波形可以獲得，當(dāng)輸入聲音有效值為2.0 V 時(shí)，流經(jīng)低通濾波器中電感的電流還是850 mA。

圖7

2.0 V 輸入時(shí)輸出電壓波形如圖8。

圖8

4）考慮到各種操作的情況下，電流有所差異，針對(duì)靜音釋放時(shí)的沖擊、開機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊，分別做了測(cè)試，結(jié)果見表4。

圖9 靜音釋放時(shí)的沖擊電流

圖10 開機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流

4 結(jié)束語

由于本機(jī)芯使用這款數(shù)字功放，具有伴音功率輸出牽制功能，當(dāng)伴音輸入信號(hào)超過一定的幅度后，牽制腳就會(huì)自動(dòng)起作用，把輸出的電流牽制在一定的峰值范圍之內(nèi)（本示范電路設(shè)置的牽制功率為10.2 W），所以流經(jīng)電感的電流被限制在0.85 A，所以選取電感的額定電流需要大于0.85 A。本文電路中推薦的電感是15 μH，額定電流1.3 A，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

圖11

以本文示范電路為例，是數(shù)字功放設(shè)計(jì)常遇到的問題，本文給出了實(shí)際應(yīng)用的測(cè)試方法及參數(shù)，在數(shù)字功放輸出10 W 的情況下，所使用電感參數(shù)如下，希望對(duì)同行有借鑒作用。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年5月期）