發布日期：2022-10-09 點擊率：106
選擇用于D類音頻放大器的輸出濾波器的電感值始終是一個關鍵的設計決定。隨著新一代超低失真D類放大器的問世，選擇電氣性能較差的電感會嚴重限制音頻性能。我的同事Brian在其12月的博文中談到高清晰度音頻如何改變我們的聆聽方式。在這篇博文中，我將討論選擇合適電感器的重要考慮因素，以確保您的設備能夠具有高清晰度潛力。
在較高功率的D類放大器中，（通常高于輸出功率10W），無源輸出濾波器通常在每個輸出端具有一個電感器和一個電容（LC），并因此被稱為LC濾波器。LC濾波器的目的是將D類放大器的不連續脈寬調制（PWM）脈沖串輸出轉換成連續平穩的模擬正弦波。LC濾波器從音頻信號的PWM表示提取所述音頻信號。
此濾波過程很關鍵，原因如下：
（EMI）降低電磁干擾。D類放大器的PWM輸出是一種高振幅電壓信號，通常等于輸出級或PVDD電源電壓。使用LC濾波器濾掉這些脈沖的同時，也濾掉與PWM脈沖相關的高頻容量，從而降低惱人的EMI輻射。將LC濾波器盡可能靠近放大器，揚聲器的長期運行也不會在整個系統輻射EMI輻射。
降低紋波電流。對于具有AD調制方案但沒有LC濾波器的D類放大器來講，有一個紋波電流疊加在音頻信號。憑借LC濾波器，尤其當LC濾波器的截止頻率相對于放大器的PWM開關頻率降低時，紋波電流也會降低，如此以來僅有少量剩余紋波將隨LC濾波器呈現。LC濾波器的電抗濾掉波紋的其余部分，理想情況下不會消耗任何功率。
讓我們使用TPA3251D2作為一個示例。它是一個175W D類音頻放大器，帶總諧波失真及噪聲（THD + N），可在中功率帶接近0.001％。對于TPA3251D2，電感器的線性度在提取最高水平的音頻性能方面變得非常關鍵。
對于這個討論，電感線性被定義為電感對電流。
一個理想的電感不管通過它的是何種電流都能保持指定的電感值。然而，現實世界的感應器的電感總是隨電流的增加而降低。某些時候，電流電平將使得電感器飽和，而電感會嚴重下降。這通常被指定為的Isat。
請記住，不同廠家提供的Isat額定電流的電感變化有所不同，甚至電感類型也有所不同。有些廠家指定Isat在電感中處于30％或變化更大。對于LC D類濾波器，若您期望使用此電感器時額定一直保持在Isat，您觀察到的音頻性能將非常差。
表1所示為針對高性能D類音頻放大器，從具備良好線性度的四種不同規格的電感器所收集的數據。我在1A電流條件下，并再次以20A電流（600千赫測試信號）條件下測定了電感，其為TPA3251D2放大器的標稱PWM開關頻率。為每個電感器的10個樣品計算電感的平均值變化。
生產廠家 | A | A | B | B |
標稱電感 | 7mH | 10mH | 7mH | 10mH |
平均電感變化（10個樣品，1A-20A） | 0.94% | 1.38% | 1.16% | 1.55% |
表1：四種電感類型的10個樣品中的電感平均變化
從上述數據可以看出，生產商A的10μH電感器的線性度比制造商B的10H電感器更大。同樣重要的是，請注意生產商A的7μH和10μH電感器纏繞在相同的磁心。同樣，制造商B的7μH和10μH電感器也纏繞在相同的磁心。
通常，對于給定的磁心材料、大小和幾何形狀，電感越高（電線的圈數越多），電感器的線性度越差。
接下來，我在TPA3251D2評估模塊（EVM）測試了這些電感器，結果一目了然，如圖1和圖2所示。
圖1：已測定電感器功率（Watts）的輸出功率和THD + N的TPA3251D2EVM繪圖
圖2：THD + N和信號頻率的TPA3251D2EVM繪圖
從TPA3251D2EVM收集的數據來看，生產商A的10μH電感器優于制造商B的10μH和7μH電感器。若我選擇制造商B的10μH電感器，放大器的THD性能將在10W條件下限制在0.0045％，相比之下，制造商A的10μH電感器將限制在0.0017％。
還要注意的是，在20W條件下，總諧波失真與頻率性能顯著改善。若您在可接受較高THD性能的放大器周圍設計LC濾波器，或者若放大器固有的THD較高，制造商B的10μH電感器可作為一個合適的候選對象。結束時，系統的設計者必須在電感器的線性度、成本和尺寸之間做出選擇。
其它因素，如高輸出功率電平條件下開關損耗或歐姆損耗，將確定哪種電感器最適用于一個給定的系統。然而，通過選擇一個線性度更大的一個電感器，您可顯著提高D類放大器的THD性能，這可通過TPA3251D2的超低THD得以證明。
若您之前使用過D類放大器，請登錄并在下方發表評論。我想了解更多有關您選擇哪種電感器及其產生的性能。
其他信息
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閱讀TPA3251D2數據表。
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原文鏈接：
https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2016/01/29/inductor-linearity-for-ultra-low-distortion-class-d-audio-amplifiers
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