D類放大器的散熱考慮

1、d類放大器的散熱考慮與ab類相比，d類放大器有更好的效率和熱性能，但實現(xiàn)一個d類放大器仍然需要注重良好的電氣設計與熱設計辦法。大多數(shù)工程師用法一種延續(xù)的正弦波輸入信號，在試驗室中評估d類放大器的性能。盡管正弦波用于測量時很便利，但對放大器熱負荷卻是一種最糟的狀況。假如你用近乎最大輸出功率的延續(xù)正弦波驅(qū)動一個d類放大器，則放大器會常常進入熱關斷狀態(tài)。典型的音頻節(jié)目中包含音樂和語音，它們的均方根(rms)值要比峰值輸出功率低得多。普通來說，峰值與rms功率之比（或波峰因數(shù)）普通對語音平均為12 db，而對樂器平均為18 db"20 db。圖1為用法時域?qū)σ粋€音頻信號和一個正弦波的rms的

2、測量狀況。雖然音頻信號對應有突發(fā)的音樂，但它的峰值只略高于正弦波，而rms值則幾乎惟獨一半，均值仍遠低于正弦波。在一個d類放大器上，音頻信號的熱效應要大大低于正弦波，因此，在測試性能時一定要用法音頻信號，而不要用正弦波。在工業(yè)標準的tqfn封裝中，底面暴露的焊盤是ic散熱的主要通道，熱量通過它傳入作為散熱片的放大器所在印制板銅箔區(qū)。將ic焊在大面積銅焊盤上有助于削減熱阻，還可以用多個過孔將熱量傳導到pc電路板的另一側(cè)，再用更多銅箔面積來進一步降低熱阻。除此以外，可以將器件的任何管腳銜接到熱傳送區(qū)，使這些腳與熱焊盤之間有相同的電勢，2右上方和右下方的引腳。雖然ic的引腳并不是主要的導熱通道，但它

3、們也能散發(fā)少量熱量，因此，銜接ic的全部走線都應盡量寬。圖3顯示ic輸出的寬走線銜接到兩個上。這種狀況下，電感的銅繞線也可以為d放大器提供額外的散熱通道。熱耗散性能即使只改進幾個百分點，也會在可接受的性能實現(xiàn)和碰到的熱問題之間產(chǎn)生顯然差別。如要進一步降低熱阻，可以在鄰近ic的印制電路板上焊一個散熱片。例如，wakefield engineering的218系列散熱片有較低的邊沿，可以形成傳導通道。一些基本計算可以協(xié)助你估量出d類放大器ic裸芯溫度。例如，考慮一個工作在40環(huán)境溫度下的放大器，輸出功率為16w，效率為87%。假定ic結(jié)點到環(huán)境空氣的熱阻為21/w。首先，計算d類放大器的功耗：pd

4、iss=(pout/h)-pout=(16w/87%)-16w=2.4w，其中，pdiss是耗散功率，pout是輸出功率，而h是效率。用功耗計算出裸芯溫度tc如下：tc=ta+pdiss×ja=40+2.4w×21/w=90.4，這個值是在150的器件最大結(jié)溫之內(nèi)。系統(tǒng)很少能舒服地工作在25環(huán)境溫度中，重要的是在計算前，要對系統(tǒng)的實際內(nèi)部環(huán)境溫度作出合理的估量。d類放大器輸出級的導通會影響到它的效率與峰值能力。降低峰值負載電流可以削減無限脈沖響應（i2r）損耗，提高mosfet 的效率。假如要進一步降低峰值電流，可以挑選最高阻值的揚聲器，它可以在d類放大器電壓擺幅極限和供電

5、電壓內(nèi)提供所需的輸出功率。在圖4中，d類放大器具有2a的輸出電流能力，供電電壓范圍為5v"24v，用一個4負載和8v供電電壓就可限制電流，對應的最大延續(xù)輸出為8w。假如8w輸出功率是可以接受的，則可以考慮用法一個12揚聲器和15v供電電壓。此時的峰值電流限制在1.25a，對應的最大延續(xù)輸出功率為9.4w。此外，12負載的工作效率要比4負載高出10%"15%，因而也能降低ic功耗。實際的效率提高值會按照不同d類放大器ic而變幻。揚聲器是一個復雜的機電系統(tǒng)，它在自己的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出不同的諧振特性，而只在很窄的頻帶內(nèi)才展現(xiàn)出標稱阻抗，這一點常常讓設計者摸不著頭腦（圖5）。在多數(shù)音頻帶寬上，該揚聲器的阻抗都