数字功放电感的发展及应用案例

前言

数字功放具有失真小、噪音低、动态范围大等特点、在音质的冷暖度、解析力、低频的震撼力度方面是传统功放不可比拟的。

数字功放用电感发展

数字功放电感又称为D类功放电感，主要应用于数字功放电路输出端滤波，满足高音质、低失真的设计需求。在功放领域，早期是采用开放式的工字型电感进行输出端滤波，这类型电感耐电流能力差，容易发热，所以仅用于小功率方案设计，由于是开放式结构，抗辐射干扰能力也表现得比较欠缺。随后推出的屏蔽式的插件电感，在抗干扰能力方面有所提升。但是由于受磁芯材质特性的限制，极容易饱和，依旧限于一些小功率的方案设计中应用；同期的大功率输出方案，一般均采用铁粉芯材质的环形电感， 环形电感在抗干扰能力和功率方面都得到很大的提升，但是因其材质磁导率相对较低的原因，需要绕制很多匝数来满足设计需求，因而造成产品体积庞大，占用了大量的PCB面积，且铁粉芯类材质其线性度比较差。容易造成失真，影响音质效果。

因此，小体积大功率输出的方案设计中，对滤波电感的选型逐渐已经成为工程师们重点关注的问题。

数字功放电感

为了能够满足小体积、大功率、低辐射、低失真的设计需求，科达嘉电子设计开发出多个系列的数字功放电感。如：CPD、 CSD、CPE、CSAD等，共计31个系列，160个规格，并且已经成功应用到各D类大功率功放方案设计当中。

方案设计应用

以下为英飞凌EVAL_AUDAMP24 的评估板。是一款双通道、225W/ch（±43V 时为 4Ω）或 250W/ch（±63V 时为 8Ω）半桥数字功放功率放大器，用于高端 Hi -Fi音频系统。该评估板演示了如何使用IGT40R070D1 E8220 CoolGaN™ 氮化镓晶体管与 MERUS™ IRS20957SPBF控制器 IC，实施保护电路，并设计最佳 PCB 布局。

EVAL_AUDAMP24 的评估板方案设计采用了科达嘉电子数字功放电感CPD3119系列进行输出滤波，输出电感的电阻相对较小，和电容器相对于负载电流和电压的线性度较高。在具备高保真的同时,也具备了更高的效率和更大的输出功率。

【英飞凌EVAL_AUDAMP24评估板】

1.原理图：

英飞凌EVAL_AUDAMP24 简化原理图

2.测试条件：Vbus = ± 43 V，输入信号：1 kHz 负载= 4 Ω 频率 = 500 kHz

功率 vs. THD+N @4Ω负载

4 Ω load stereo, ±B supply = ±43 V

科达嘉数字功放电感具有以下特点：

1、 具有稳定的高饱和磁感应强度，不容易在高峰值电流情况下发生磁饱和，可以有效的滤除尖峰杂波讯号。

2、 具有极好的屏蔽效果，抗电磁干扰能力强；

3、 线圈采用无氧铜漆包线设计，优异的导电性能，具备极速的信号传递能力，低失真。

4、 紧凑型封装尺寸设计，适合各种小体积高效率方案设计应用。

CPD3119系列数字功放电感共有9种感量，范围从5.0μH~33μH，饱和电流21.5A~70.0A,可在-40℃~+125℃环境下持续工作。

数字功放电感CPD3119

电气特性

CPD3119电气特性

饱和曲线：

CPD3119饱和曲线

温升曲线：

CPD3119温升曲线

使用环境

工作温度：-40℃～+125℃(包含线圈发热)。

环保标准

CPD3119数字功放电感符合RoHS，REACH，无卤等环保要求。

生产情况

批量生产，吸塑盘包装，9pcs/盘，样品申请。

什么是 D 类放大器？D 类放大器原理讲解，手把手教你设计 D 类放大器

大家好，我是李工，创作不易，希望大家多多支持我。今天给大家分享的是 D 类放大器。

在过去的几十年里，音频内容已经取得了非常大的进步，从经典的电子管放大器到现代媒体播放器，技术进步了改变了数字媒体的消费方式。扬声器技术取得了非常大的进步，但放大器方法的改进 发挥了重要作用，尤其是 D 类放大器 。

这篇文章主要是分享： D 类放大器 ，D 类放大器的优缺点 ，D 类放大器原理、D 类放大器电路图、D 类放大器设计、D 类放大器测试。

一、D 类放大器教程

什么是 D 类音频放大器？最简单的一个说法 D 类音频放大器 是一个开关放大器 。为了了解 D 类音频放大器的工作原理，我们需要了解 D 类音频放大器的功能以及开关信号是如何产生的。下面给出了框图帮助大家理解。

D 类音频放大器工作原理图

二、 D 类放大器怎么样？

D 类放大器效率高。 与 A 类、B 类和 AB 类放大器相比，D 类音频放大器的效率可高达 90-95% ，AB 类放大器的最大效率为 60-65%，因为它们工作在有源区并表现出低功率损耗，如果将集电极 - 发射极电压乘以电流，你就会发现这一点。

三、D 类放大器原理

现在，回到 D 类音频放大器 的功能简化框图。

D 类放大器原理

你在同相端看到的，有音频输入；在反相端，有高频三角信号。

此时，当输入音频信号的电压大于三角波的电压时，比较器的输出变为高电平，当信号为低电平时，输出为低电平。 有了这个设置，我们只是用高频载波信号调制输入音频信号，然后连接到 MOSFET 栅极驱动 IC，顾名思义，驱动器用于驱动两个 MOSFET 的栅极侧和低侧一次。

在输出端，得到一个强大的高频方波，我们通过一个低通滤波器来获得我们最终的音频信号。

D 类放大器工作原理图

四、D 类放大器设计所需组件

了解了 D 类放大器的基础知识后，我们可以来 DIY D 类放大器。这是一个比较简单的测试项目，组件也比较通用，你直接在网上就可以买到大部分组件，下面给出了带图片的组件列表。

构建 D 类功率放大器的零件清单

构建 D 类功率放大器的零件清单：

构建 D 类功率放大器的零件清单图

五、D类音频放大器电路图

D 类放大器电路电路图 如下所示：

D 类放大器电路电路图

六、D 类放大器的使用方法

这里主要是讲一下 D 类音频放大器的主要每个功能模块 ，并且解释每个模块的工作原理。

1、输入电压调节器

输入电压调节器

首先使用 5V 稳压器 LM7805 和 12 伏稳压器 LM7812 调节输入电压 。这里非常重要，因为我们要用 13.5V 直流适配器为电路供电，而为 NE555 和 IR2110 IC 供电，需要 5V 和 12V 电源。

2、带有 555 非稳态多谐振荡器的三角波发生器：

带有 555 非稳态多谐振荡器的三角波发生器

从下图可以看出，我们使用了一个带有 2.2K 电阻的 555 定时器来产生一个 260KHz 的三角信号。

3、调制电路：

调制电路

从上图中可以看出，我们使用了一个简单的 LM358 运算放大器来调制输入音频信号 。说到输入的音频信号，我们使用了两个 10K 输入电阻来获取音频信号，并且由于我们使用的是单电源，因此我们连接了一个电位器来抵消输入音频中存在的零信号。

当输入音频信号的值大于输入三角波时，该比较器的输出将为高电平，在输出端，我们将获得调制方波，然后将其馈送到 MOSFET 栅极驱动器 IC。

4、IR2110 MOSFET 栅极驱动器 IC：

我们使用了 MOSFET 栅极驱动器 IC 来正确驱动 MOSFET。 所有必要的电路都按照IR2110 IC 数据表的建议放置。

为了正常工作，该 IC 需要输入信号的反相信号，所以我们使用BF200高频晶体管来产生输入信号的反相方波。

5、MOSFET 输出级：

MOSFET 输出级

从上图中可以看出，我们有 MOSFET 输出级，它也是主要的输出驱动器 ，因为我们正在处理高频和电感，所以总是涉及瞬态 ，所以我们使用一些 UF4007 作为反激防止 MOSFET 损坏的二极管。

6、LC 低通滤波器：

LC 低通滤波器

MOSFET驱动级的输出是高频方波 ，这种信号绝对不适合驱动扬声器等负载。

为了防止它，我们使用了一个 26uH​ 电感和一个 1uF 无极性电容来制作一个低通滤波器 ，记为 C11。这就是简单的电路功能。

七、测试 D 类放大器电路

测试 D 类放大器电路

从上图中可以看出，使用了一个 12V 电源适配器为电路供电， 它发出的电压比 12V 略高，准确地说是 13.5V，非常适合我们的板载 LM7812 稳压器。

负载使用的是 4 Ω、5 W 的扬声器 。对于音频输入 ，我使用的是带有 3.5 毫米长音频插孔的笔记本电脑。

当电路通电时，不会像其他类型的放大器那样发出明显的嗡嗡声，但是这个电路在较高的输入电平下会出现削波问题，所以这个电路有很大的改进空间。当驱动中等低负载时，MOSFET 根本没有变热，因此对于这些测试，它不需要任何散热器。

八、进一步增强

这个 D 类放大器电路 是一个简单的原型，有很大的改进空间，这个电路的主要问题是采样技术，需要改进。为了减少放大器的削波，需要计算适当的电感和电容值以获得完美的低通滤波器级 。与往常一样，可以在 PCB 上制作电路以获得更好的性能，可以添加一个保护电路，以保护电路免受过热或短路的影响。

以上就是关于 D 类放大器 的知识，希望大家多多支持 我，得点赞 ，关注 ，有问题欢迎在评论区留言 ，大家一起讨论 。

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