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D类放大器设计时的散热问题 3

D类放大器设计时的散热问题 3

负载阻抗
D 类放大器MOSFET输出级的导通电阻会影响它的效率和峰值电流能力。降低负载的峰值电流可减少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, D类放大器的电压摆幅以及电源电压的限制的条件下,选择最大阻抗的扬声器,如图4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 5~24V。电源电压大于等于8V时,4Ω的负载电流将达到2A,相应的最大连续输出功率为8W。如果8W的输出功率能满足要求,则可以考虑使用一个 12Ω扬声器和15V供电电压,此时的峰值电流限制在1.25A,对应的最大连续输出功率为9.4W。此外,12Ω负载的工作效率要比4Ω负载的高出 10%~15%。实际效率的提高根据不同D类放大器而异。虽然大多数扬声器的阻抗都采用4Ω或8Ω,但也可采用其他阻抗的扬声器实现更高效的散热。

图4    选择最佳的阻抗和电源电压使输出功率最大

另外还需要注意音频带宽内负载阻抗的变化。扬声器是一个复杂的机电系统,具有多种谐振元件。换言之,8Ω的扬声器只在很窄的频带内才呈现出8Ω阻抗。在大部分音频带宽内,阻抗都会大于其标称值,如图5示。在大部分音频带宽内,该扬声器的阻抗都会远大于其8Ω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。因此必须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5    8Ω阻抗、13cm口径扬声器的阻抗随频率改变而急剧变化
结论
D类放大器的效率相比AB类放大器有很大提高,虽然这一效率优势降低了系统设计时对散热性能设计的要求,但仍然不能完全忽视系统散热性能。如果能够遵循良好的设计原则并且设定合理的设计目标,使用D类放大器可使音频系统设计更简单.

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