D类放大器散热注意事项

1、d类放大器散热注意事项d类相比ab类放大器具有更高的效率和更好的热性能。尽管如此，用法d类放大器时仍然需要慎重考虑其散热。本应用笔记分析了d类放大器的热性能，并通过几个频繁的例子解释了良好的设计所应遵循的原则。延续正弦波与音乐在试验室评估d类放大器性能时，常用法延续正弦波作为信号源。尽管用法正弦波举行测量比较便利，但这样的测量结果却是放大器在最坏状况下的热负载。假如用临近最大输出功率的延续正弦波驱动d类放大器，则放大器经常会进入热关断状态。频繁的音源，包含音乐和语音，其rms值往往比峰值输出功率低得多。通常状况下，语音的峰值与rms功率之比(即波峰因数)为12db，而音乐的波峰因数为18db至

2、20db。图1所示为时域内音频信号和正弦波的波形图，给出了采纳测量两者rms值的结果。虽然音频信号峰值略高于正弦波，但其rms值也许惟独正弦波的一半。同样，音频信号可能存在突变，但正如测量结果所示，其平均值仍远低于正弦波。虽然音频信号可能具有与正弦波相近的峰值，但在d类放大器表现出来的热效应却大大低于正弦波。因此，测量系统的热性能时，最好用法实际音频信号而非正弦波作为信号源。假如只能用法正弦波，则所得到的热性能要比实际系统差。图1. 正弦波的rms值高于音频信号的rms值，意味着用正弦波测试时，d类放大器的发热更大的散热注重事项在工业标准tqfn封装中，暴露的焊盘是ic散热的主要途径。对底部有

3、暴露焊盘的封装来说，pcb及其敷铜层是d类放大器主要的散热渠道。2所示，将d类放大器贴装到频繁的pcb，最好按照以下原则：将暴露焊盘焊接到大面积敷铜块。尽可能在敷铜块与接近的具有等电势的d类放大器引脚以及其他元件之间多布一些覆铜。本文的案例中，敷铜层与散热焊盘的右上方和右下方相连(2)。敷铜走线应尽可能宽，由于这将影响到系统的整体散热性能。图2. d类放大器采纳tqfn或tqfp封装时，暴露焊盘是其主要散热通道与暴露焊盘相接的敷铜块应当用多个过孔连到pcb背面的其他敷铜块上。该敷铜块应当在满足系统信号走线的要求下具有尽可能大的面积。尽量加宽全部与器件的连线，这将有益于充实系统的散热性能。虽然i

4、c的引脚并不是主要的散热通道，但实际应用中仍然会有少量发热。图3给出的pcb中，采纳宽的连线将d类放大器的输出与图右侧的两个相连。在这种状况下，电感的铜芯绕线也可为d放大器提供额外的散热通道。虽然对整体热性能的充实不到10%，但这样的充实却会给系统带来两种迥然不同的结果 - 即使系统具备较抱负的散热或浮现较严峻的发热。图3. d类放大器右边的宽走线有助于导热辅助散热当d类放大器在较高的环境温度下工作时，增强外部散热片可以充实pcb的热性能。该散热片的热阻必需尽可能小，以使散热性能最佳。采纳底部的暴露焊盘后，pcb底部往往是热阻最低的散热通道。ic的顶部并不是器件的主要散热通道，因此在此安装散热

5、片不划算。图4给出了一个pcb表贴散热片(218系列，由wakefield engineering提供)。该散热片焊接在pcb上，是兼顾尺寸、成本、装配便利性和散热性能的抱负挑选。图4. 当d类放大器工作在较高环境温度下，可能需要示的smt散热片(来自wakefield engineering)热计算d类放大器的管芯温度可以通过一些基本计算举行估量。本例中按照下列条件计算其温度：tam = +40°cpout = 16w效率() = 87%ja = 21°c/w首先，计算d类放大器的功耗：然后，通过功耗计算管芯温度tc，公式如下：按照这些数据，可以判断出该器件工作时具有较为

6、抱负的性能。由于系统很少能正巧工作在25°c的抱负环境温度下，因此应当按照系统的实际用法环境温度举行合理的估算。负载阻抗d类放大器输出级的导通会影响它的效率和峰值能力。降低负载的峰值电流可削减mosfet的i2r损耗，进而提高效率。要降低峰值电流，应在保证输出功率，以及d类放大器的摆幅以及电源电压的限制的条件下，挑选最大阻抗的扬声器，5所示。本例中，假设d类放大器的输出电流为2a，电源电压范围为5v至24v。电源电压大于等于8v时，4的负载电流将达到2a，相应的最大延续输出功率为8w。假如8w的输出功率能满足要求，则可以考虑用法一个12扬声器和15v供电电压，此时的峰值电流限制在1.

7、25a，对应的最大延续输出功率为9.4w。此外，12负载的工作效率要比4负载的高出10%到15%，降低了功耗。实际效率的提高按照不同d类放大器而异。虽然大多数扬声器的阻抗都采纳4或8，但也可采纳其他阻抗的扬声器实现更高效的散热。图5. 挑选最佳的阻抗和电源电压使输出功率最大另外还需要注重音频带宽内负载阻抗的变幻。扬声器是一个复杂的机电系统，具有多种谐振元件。换言之，8的扬声器只在很窄的频带内才展现出8阻抗。在大部分音频带宽内，阻抗都会大于其标称值，6示。在大部分音频带宽内，该扬声器的阻抗都会远大于其8的标称值。然而，高频扬声器和分频网络的存在将降低阻抗值。因此必需考虑系统的总阻抗以确保足够的电流驱动能力和散热性能。图6. 8阻抗、13cm口径扬声器的阻抗随频率转变而急剧变幻结论d类放大器的效率