增益可控BTL D音頻功率放大器TPA3007D1及其應用

增益可控BTL D音頻功率放大器TPA3007D1及其應用

　　摘要：TI公司新推出的6.5W單聲道橋接負載（BTL）D類音頻功率放大器芯片TPA3007D1采用第三代調制技術，增益可通過兩個輸入端（GAIN0）和GAIN1）設定。文中介紹了TPA3007D1的內部結構、引腳功能、新一代調制技術及應用電路。
　　
　　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、（范文先生網www.annahuzar.com收集整理）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勢，從而在帶有音頻功能的設備尤其是便攜式產品應用中占據了主導地位。
　　
　　美國德州儀器公司（TI）是生產音頻功率芯片的著名廠商之一。該公司生產的D類音頻功率放大器已發展到第三代。
　　
　　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工作環境溫度范圍為-40——+85℃。
　　
　　圖2
　　
　　3　第三代調制技術方案
　　
　　TPA3007D1采用創新的調制方案。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，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,可用來減小EMI,以使其符合FCC和CE標準規定。而L1和L2則應在高頻時呈現高阻抗，在低頻時呈現低阻抗。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。當電路發生短路時，輸出驅動會迅速截止，從而使器件進入關閉模式。

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