Class D 功放高次諧波過(guò)流保護(hù)分析和解決方法

3、動(dòng)圈式喇叭阻抗分析

一個(gè)普通的動(dòng)圈式喇叭是由紙盤（Paper Cone）、線圈（Voice Coil）和永磁體（permanent magnet）組成。喇叭標(biāo)稱的阻抗為直流阻抗，一般為4om、6om或者8om。但由于線圈的電感特性以及其他寄生參數(shù)，喇叭實(shí)際體現(xiàn)出的阻抗曲線（vs頻率）如圖所示：

從曲線可看出，該喇叭是一個(gè)4om的喇叭。有一個(gè)位于110Hz左右的諧振點(diǎn)。從500Hz開(kāi)始喇叭即呈現(xiàn)明顯的電感特性，阻抗隨著頻率的增加而持續(xù)增加?？梢?jiàn)喇叭阻抗的標(biāo)稱值是其直流特性，隨著頻率喇叭阻抗會(huì)大幅度變化。在LC的截止頻率約30kHz 左右喇叭阻抗已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其標(biāo)稱的直流阻抗。圖3的例子中，其30kHz的阻抗大約在40Ω附近。

3.1 動(dòng)圈式喇叭阻抗模型

動(dòng)圈式喇叭的阻抗特性可以使用圖4中的等效電路模型來(lái)模擬（等效電路模型的詳細(xì)分析請(qǐng)參見(jiàn)引用2）。其中：

根據(jù)圖3給出的電感頻率響應(yīng)曲線，可以擬合出等效電路模型的參數(shù)如下：

使用Mathcad繪制等效模型的頻率響應(yīng)曲線如下所示，結(jié)果和實(shí)際測(cè)試曲線吻合。

3.2 ZOBEL 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

實(shí)際喇叭的高頻阻抗因?yàn)榫€圈電感而呈現(xiàn)隨頻率增高而上升的趨勢(shì)，由此導(dǎo)致了LC濾波網(wǎng)絡(luò)的高Q值。ZOBEL是和喇叭并聯(lián)的阻容網(wǎng)絡(luò)，它可以用來(lái)補(bǔ)償喇叭的感性而抑制喇叭阻抗的抬升。如圖7所示，ZOBEL網(wǎng)絡(luò)有電阻和電容組成。計(jì)算公式為（參見(jiàn)引用3）：

以第3節(jié)的喇叭參數(shù)為例計(jì)算得出和。圖8是加入ZOBEL網(wǎng)絡(luò)前后的喇叭阻抗曲線對(duì)比?？梢?jiàn)ZOBEL網(wǎng)絡(luò)的作用很明顯，將高頻部分的阻抗提升壓制下來(lái)，保持在附近。這樣就能限制LC濾波網(wǎng)絡(luò)的截止頻率附近的Q值。從而不會(huì)產(chǎn)生高次諧波的過(guò)流保護(hù)問(wèn)題。

4 、現(xiàn)象分析及解決方案

綜合上述理論分析，對(duì)于高次諧波過(guò)流保護(hù)的現(xiàn)象分析及解決方案如下：

通常在ClassD功放路設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮到20Hz-20KHz 音頻帶寬內(nèi)的電信號(hào)的頻率響應(yīng)。保證在20Hz-20KHz 內(nèi)每個(gè)頻率點(diǎn)的輸出功率均不會(huì)超過(guò)額定值。一般老化測(cè)試時(shí)采用的是1KHz的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，此時(shí)喇叭工作在額定阻抗附近（本文例子中，約為4.2ohm）。

但是若輸出信號(hào)的頻率超過(guò)20kHz即輸出含有大量諧波時(shí)。就會(huì)有位于LC濾波器截止頻率（諧振頻率）附近的高頻信號(hào)。若LC濾波器的Q值又非常高，則會(huì)產(chǎn)生高頻諧波被放大并導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)的問(wèn)題。

LC濾波網(wǎng)絡(luò)的Q值與負(fù)載阻抗有關(guān)系，從第三節(jié)已知喇叭在截止頻率附近的阻抗通常很高，則濾波器的Q值很大。圖6是將實(shí)際的喇叭阻抗曲線和LC濾波器的頻率響應(yīng)曲線合并后的結(jié)果。