增益可控BTL D音頻功率放大器TPA3007D1及其應(yīng)用

　　摘要：TI公司新推出的6.5W單聲道橋接負(fù)載（BTL）D類音頻功率放大器芯片TPA3007D1采用第三代調(diào)制技術(shù)，增益可通過兩個輸入端（GAIN0）和GAIN1）設(shè)定。文中介紹了TPA3007D1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、新一代調(diào)制技術(shù)及應(yīng)用電路。
　　
　　關(guān)鍵詞：D類功率芯片；TPA3007D1;第三代調(diào)制；增益可控
　　
　　1　概述
　　
　　采用PWM調(diào)制技術(shù)的D類（開關(guān)型）音頻功率放大器以其高效率、（范文先生網(wǎng)www.qkfawen.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(yōu)勢，從而在帶有音頻功能的設(shè)備尤其是便攜式產(chǎn)品應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)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(guān)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(diào)制技術(shù)，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(guān)系呈平直曲線，這一點(diǎn)是AB類放大器無法相比的。它們中的所有器件都內(nèi)置有去砰聲/去咔嗒聲電路，可有效消除開/關(guān)噪聲，同時芯片都內(nèi)置短路保護(hù)和過熱關(guān)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(dá)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(yīng)用領(lǐng)域包括LCD監(jiān)視器、TVs、PCs、車載免提套件和動力?powered　揚(yáng)聲器等。2 TPA3007D1的結(jié)構(gòu)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(nèi)部含有偏置與電壓參考、增益調(diào)節(jié)電路、PWM調(diào)制電路、柵極驅(qū)動器、四只MOSFET組成的H-橋功率極及短路檢測和過熱關(guān)斷保護(hù)等電路，圖2是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
　　
　　TPA3007D1的電源電壓（Vcc/PVcc）范圍為8——18V（典型值為12V）；負(fù)載阻抗RL大于7Ω；其GAIN0、GAIN1和SHUTDOWN腳的高電平輸入電壓VIH應(yīng)大于2V;低電平輸入電壓VIL則應(yīng)小于0.8V;TPA3007D1工作環(huán)境溫度范圍為-40——+85℃。
　　
　　圖2
　　
　　3　第三代調(diào)制技術(shù)方案
　　
　　TPA3007D1采用創(chuàng)新的調(diào)制方案。雖然每路輸出（OUTP和DUTN）幅度仍然從0V到VCC（12V），但當(dāng)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(fù)輸出電壓，OUTP占空比小于50%,而OUTN占空比大于50%.在開關(guān)周期的大部分時間里，負(fù)載兩端的電壓是0V.在這種調(diào)制方式下，負(fù)載上的差分電壓幅度不是2VCC,而是VCC,因而大大減小了開關(guān)電流和紋波電流及負(fù)載損耗（I2R）。由于負(fù)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(diào)制方案的電壓和電流波形。
　　
　　4　應(yīng)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(shè)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(jìn)行設(shè)置。
　　
　　當(dāng)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(jìn)入關(guān)閉模式。在關(guān)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,可用來減小EMI,以使其符合FCC和CE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。而L1和L2則應(yīng)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(jìn)行輸出短路保護(hù)。D1和D2在1A下的正向壓降應(yīng)低于0.5V,耐壓則應(yīng)大于30V.
　　
　　TPA3007D1內(nèi)置短路檢測電路。當(dāng)電路發(fā)生短路時，輸出驅(qū)動會迅速截止，從而使器件進(jìn)入關(guān)閉模式。

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