D类放大器的散热考虑

1、d类放大器的散热考虑与ab类相比，d类放大器有更好的效率和热性能，但实现一个d类放大器仍然需要注重良好的电气设计与热设计办法。大多数工程师用法一种延续的正弦波输入信号，在试验室中评估d类放大器的性能。尽管正弦波用于测量时很便利，但对放大器热负荷却是一种最糟的状况。假如你用近乎最大输出功率的延续正弦波驱动一个d类放大器，则放大器会常常进入热关断状态。典型的音频节目中包含音乐和语音，它们的均方根(rms)值要比峰值输出功率低得多。普通来说，峰值与rms功率之比（或波峰因数）普通对语音平均为12 db，而对乐器平均为18 db"20 db。图1为用法时域对一个音频信号和一个正弦波的rms的

2、测量状况。虽然音频信号对应有突发的音乐，但它的峰值只略高于正弦波，而rms值则几乎惟独一半，均值仍远低于正弦波。在一个d类放大器上，音频信号的热效应要大大低于正弦波，因此，在测试性能时一定要用法音频信号，而不要用正弦波。在工业标准的tqfn封装中，底面暴露的焊盘是ic散热的主要通道，热量通过它传入作为散热片的放大器所在印制板铜箔区。将ic焊在大面积铜焊盘上有助于削减热阻，还可以用多个过孔将热量传导到pc电路板的另一侧，再用更多铜箔面积来进一步降低热阻。除此以外，可以将器件的任何管脚衔接到热传送区，使这些脚与热焊盘之间有相同的电势，2右上方和右下方的引脚。虽然ic的引脚并不是主要的导热通道，但它

3、们也能散发少量热量，因此，衔接ic的全部走线都应尽量宽。图3显示ic输出的宽走线衔接到两个上。这种状况下，电感的铜绕线也可以为d放大器提供额外的散热通道。热耗散性能即使只改进几个百分点，也会在可接受的性能实现和碰到的热问题之间产生显然差别。如要进一步降低热阻，可以在邻近ic的印制电路板上焊一个散热片。例如，wakefield engineering的218系列散热片有较低的边沿，可以形成传导通道。一些基本计算可以协助你估量出d类放大器ic裸芯温度。例如，考虑一个工作在40环境温度下的放大器，输出功率为16w，效率为87%。假定ic结点到环境空气的热阻为21/w。首先，计算d类放大器的功耗：pd

4、iss=(pout/h)-pout=(16w/87%)-16w=2.4w，其中，pdiss是耗散功率，pout是输出功率，而h是效率。用功耗计算出裸芯温度tc如下：tc=ta+pdiss×ja=40+2.4w×21/w=90.4，这个值是在150的器件最大结温之内。系统很少能舒服地工作在25环境温度中，重要的是在计算前，要对系统的实际内部环境温度作出合理的估量。d类放大器输出级的导通会影响到它的效率与峰值能力。降低峰值负载电流可以削减无限脉冲响应（i2r）损耗，提高mosfet 的效率。假如要进一步降低峰值电流，可以挑选最高阻值的扬声器，它可以在d类放大器电压摆幅极限和供电

5、电压内提供所需的输出功率。在图4中，d类放大器具有2a的输出电流能力，供电电压范围为5v"24v，用一个4负载和8v供电电压就可限制电流，对应的最大延续输出为8w。假如8w输出功率是可以接受的，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1.25a，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负载高出10%"15%，因而也能降低ic功耗。实际的效率提高值会按照不同d类放大器ic而变幻。扬声器是一个复杂的机电系统，它在自己的频率范围内表现出不同的谐振特性，而只在很窄的频带内才展现出标称阻抗，这一点常常让设计者摸不着头脑（图5）。在多数音频带宽上，该扬声器的阻抗都