NS4160纳芯威(NSIWAY) 5W单声道音频功放芯片介绍

NS4160概要

纳芯威（NSIWAY）NS4160是一款带AB类/D类工作模式切换功能、超低EMI、无需滤波器、5W单声道音频功放。通过一个控制管脚使芯片在AB类或者D类工作模式之间切换，以匹配不同的应用环境。即使工作在D类模式，NS4160采用先进的技术，在全带宽范围内极大地降低了EMI干扰，最大限度地减少对其他部件的影响。NS4160无需滤波器的PWM调制结构及反馈电阻内置方式减少了外部元件、PCB面积和系统成本。NS4160内置过流保护、过热保护及欠压保护功能，有效地保护芯片在异常工作状况下不被损坏。并且利用扩频技术充分优化全新电路设计，高达90%的效率更加适合便携式音频产品。

NS4160提供eSOP8封装，额定的工作温度范围为-40℃至85℃。

主要特性

AB类/D类工作模式切换功能

AB类/D类工作模式和低功耗关断模式通过一线脉冲控制，节省主控GPIO

5W输出功率

0.1%THD（1W输出功率、5V电源）

优异的全带宽EMI抑制能力

优异的“上电，掉电”噪声抑制

高达90%以上的效率(D类工作模式)

工作电压范围：3.0V～5.5V

过流保护、过热保护、欠压保护

eSOP8封装

应用领域

手提电脑

台式电脑

低压音响系统

典型应用电路

图1NS4160典型应用电路

极限参数

注：在极限值之外或任何其他条件下，芯片的工作性能不予保证。

芯片基本结构描述

NS4160是单声道带AB类，D类工作模式切换功能的音频功率放大器。芯片内部集成了反馈电阻，放大器的增益可以在外围通过输入电阻设置。其原理框图如下：

纳芯威常用音频芯片

纳芯威NS8258内置BOOST升压,防失真、3WX2、

纳芯威NS8002单声道、AB类音频功放

纳芯威NS4890B单声道、AB类音频功放

纳芯威NS4871单声道、AB类音频功放、底部散热

纳芯威NS4830电荷泵升压、转换效率高、AB/D类切换

纳芯威NS4820双电荷泵升压、防失真

纳芯威NS4818AGC、内置电荷泵升压、抗干扰

纳芯威NS4816AGC、内置电荷泵升压、抗干扰

纳芯威NS4815内置电荷泵升压、抗干扰、NCN

纳芯威NS4814内置BOOST升压、防失真、无需滤波器、3.7V/11W单声道AB/D类双模音频功放

纳芯威NS4813内置BOOST升压、防失真、无需滤波器、3.7V/11W单声道AB/D类双模音频功放

纳芯威NS4752内置BOOST升压、防失真、无需滤波器、3.6V/5W单声道AB/D类双模音频功放

纳芯威NS4268DC音量控制、超低EMI、无需滤波器、3W双声道D类音频功放+立体声耳机功能

纳芯威NS4263AB类/D类切换、超低EMI、无需滤波器、蓝牙音箱、中小尺寸TV3W双声道音频功放+立体声耳机功能

纳芯威NS4258T低静噪、5W双声道、防破音、AB/D切换

纳芯威NS4258低静噪、3W双声道、防破音、AB/D切换

纳芯威NS4251AB类/D类切换、3D环绕立体声、3W双声道音频功放+耳机功能

纳芯威NS4250第二代超长续航、2X3W、智能音频功放+耳机功能

纳芯威NS4248超低EMI、无需滤波器、3W双

纳芯威NS4225耐压18V、大功率双声道功放、可PBTL桥接

纳芯威NS4216超低EMI、无滤波器、双声道

纳芯威NS42053W双声道D类音频功放

纳芯威NS4203超低EMI、无需滤波器、3W双声道D类音频功放

纳芯威NS4168I²S数字音频输入、外围简洁

纳芯威NS4165BAB/D类切换、5.3W单声道、5.5V耐压、扩音器、蓝牙音箱性价比高

纳芯威NS4160一线脉冲AB类/D类切换、超低EMI、无需滤波器、5W单声道音频功放

纳芯威NS4158B防失真、超低EMI、无需滤波器、

纳芯威NS4158防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道音频功放

纳芯威NS4151S超低EMI、无需滤波器、3W单声道D类音频功放

纳芯威NS4151M超低EMI、无需滤波器、3W单声道D类音频功放

纳芯威NS4151D超低EMI、无需滤波器、3W单声道D类音频功放

纳芯威NS4150C超低EMI、无需滤波器、3W单声道D类音频功放

纳芯威NS4150B超低EMI、无需滤波器、3W单声道D类音频功放

纳芯威NS4131单声道、AB类音频功放

纳芯威NS4120大功率40W单声道D类功放

纳芯威NS41117.4V双节锂电供电、9V/4欧/10W

纳芯威NS4110BAB/D类切换、18W单声道、小封装大功率

鑫富立科技纳芯威一级代理

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多种集成电路构成的扬声器保护电路分析

扬声器保护电路之一

图4-68所示是采用运放(即运算放大器)集成电路和继电器构成的扬声器保护电路。电路中的A1是集成双运放。K1是继电器，它是常闭式电路，即电路正常工作时K1的两组触点K1-1和K1-2处于接通状态，将左、右声道扬声器接入电路;当电路出现故障时，保护电路动作，继电器K1触点K1-1和K1-2断开，切断左、右声道扬声器。

双运放LM358构成两个电压比较器，直流工作电压+12V经R4、R5分压后，为两个比较器提供+1V的基准电压。一个+1V基准电压加到运放的正相输入端A1的③脚，检测大于+1V的电压。另一个+1V基准电压加到另一个运放的反相输入端，即A1的⑥脚，检测小于+1V的电压。

功放(即功率放大器)左、右声道输出分别经R1、R2隔离，C1、C2滤除交流成分后，加至VD1～VD4组成的桥式检测电路中。

如果功放输出(左或右)偏离中点、出现正的直流电压时，则检测桥输出正电压加至电压比较器反相输入端，即A1的②脚。因为检测桥的硅二极管产生0.6V的管压降，当功放中点直流电压大于+1.6V时，A1的②脚电压大于+1V，A1的输出端①脚变为低电平，这一低电平经电阻R7加到继电器驱动管VT1基极，使VT1基极电压为0V，VT1失去基极电流后处于截止状态，继电器K1断电后触点K1-1和K1-2同时断开，切断左、右声道扬声器，达到保护目的。

直流工作电压+12V经电阻R3、检测桥内部两只二极管、电阻R1、R2和BL1、BL2构成一个分压电路，图4-69所示是其中的一路分压电路示意图，其分压后的+2.4V电压加到另一个电压比较器的同相输入端，即A1的⑤脚。

如果功放出现故障，使输出端的直流电压为负时，A1的⑤脚电压也随之下降。当功放输出端的直流电压小于−1.8V时，A1的⑤脚电压小于基准电压+1V，A1的输出端⑦脚变为低电平，使继电器驱动管VT1截止，保护电路动作，切断扬声器，实现保护目的。

图4-68 采用运放集成电路和继电器构成的扬声器保护电路

图4-69 一路分压电路示意图

R6、R7、C3开机静噪电路如图4-70所示。刚接通电源时，因为 C3 两端电压不能突变，VT1基极电压为0V而截止，继电器不能得电，K1-1和K1-2不能接通，这样开机时的电路冲击声不能加到扬声器中，实现开机静噪目的。

图4-70 开机静噪电路

随着开机后+12V直流电压通过R6和R7对电容C3的充电(充电电流回路如图4-70所示)，VT1基极电压升高，使VT1导通，继电器K1得电进入正常工作状态。

电路分析重要提示

这一电路分析与理解中的关键有下列两点。

(1)双运放LM358构成的两个电压比较器各自完成功放输出端直流电压的正、负偏移检测。因为它们所加的基准电压是一样的，而区别在于基准电压一个加到了电压比较器的同相输入端，另一个加到了反相输入端，所以，它们两个各司其职，分别来检测正的和负的直流电压偏移量。

(2)基准电压是1V，而检测到故障保护时的动作电压一个为+1.6V，一个为-1.6V，原因在于在基准值的基础上加上了检测桥路中一只二极管的0.6V管压降。

扬声器保护电路之二

图4-71所示是另一种采用开关集成电路和继电器构成的扬声器保护电路，电路中的A1是专用开关集成电路，K1是继电器。当电路工作正常时，A1的⑤脚上约有1.6V直流触发电压，A1的②脚输出电流流过继电器K1，继电器中的触点K 1-1和K 1-2接通，扬声器接入电路。当电路出现故障时，⑤脚上的触发电压消失，继电器断电后将扬声器切断。

功放电路的左、右输出端信号分别经电阻R1、R2隔离后混合，C1、C2逆串联后成为无极性电解电容，用来滤除功放电路输出端的音频信号成分。

当功放电路输出端出现故障而导致有正极性直流电压时，这一正极性直流电压经VD1使三极管VT1饱和导通，使VT1集电极直流电压为低电平，这样A1的⑤脚上失去了高电平触发，继电器断电，切断扬声器，电路进入保护状态。回路为：VD1→VT1基极→VT1发射极→VD4→地。图4-72所示是VT1基极电流回路示意图。

当功放电路输出端出现故障而导致有负极性直流电压时，这一负极性直流电压使二极管VD2导通，这样负电压加到了VT1发射极，使VT1饱和导通，使VT1集电极直流电压为低电平，A1的⑤脚上失去高电平触发，继电器断电，切断扬声器，电路进入保护

状态。回路为：地→VD3→VT1基极→VT1发射极→VD2。图4-73所示是这时的VT1基极电流回路示意图。

图4-71 采用开关集成电路和继电器构成的扬声器保护电路

图4-72 正极性直流电压时VT1 基极电流回路示意图

图4-73 负极性直流电压时VT1 基极电流回路示意图

电路中的开机静噪电路工作原理是：刚开机时，因为C3上的电压不能突变，所以A1的⑤脚无触发电压，扬声器不能接入电路，达到静噪目的。

开机后随着+12V通过电阻R3对电容C3的充电，A1的⑤脚得到触发电压，电路进入正常工作状态。

重要提示

这一电路分析的关键点是开关集成电路A1的功能和控制引脚⑤脚上直流触发电压的高低变化。

扬声器保护电路之三

图4-74所示是采用555集成电路和继电器构成的扬声器保护电路，电路中的A1是555集成电路，K1是继电器。

图4-74 采用555 集成电路和继电器构成的扬声器保护电路

电路分析提示

关于这一电路的工作原理主要说明下列几点。

(1)检测电路与前几种电路基本相同，其工作原理不再说明。

(2)当检测到大于±1.4V绝对值的偏移直流电压时，VT1饱和导通，其集电极为低电平，即集成电路A1的主复位端④脚为低电平，强制A1复位，A1的输出端③脚输出变为低电平，继电器K1失电，切断扬声器，电路进入保护状态。

(3)电路中的C3和R4构成开机静噪电路，其电路工作原理是：利用电容C3两端的电压不能突变的特性，在开机时+12V通过C3加到A1的②脚和⑥脚，使A1的③脚输出低电平，扬声器不能接入电路，达到开机静噪目的。

开机后，+12V电压通过电阻R4对电容C3充电，随着充电的进行，A1 的②脚和⑥脚电压降至 1/3 VCC(+12V)以下，A1触发，A1的③脚输出为高电平，K1吸合，接通扬声器，电路进入正常工作状态。

扬声器保护电路之四

图4-75所示是扬声器保护专用集成电路µPC1237应用电路。电路中的K1是继电器，集成电路µPC1237是专为保护双声道功放和扬声器而设计的专用集成电路，其相关特点如下。

可以可靠地运行于较宽的工作电压下：VCC=25～60V;

包含继电器驱动器：I6Max=80mA;

利用③脚可设定保护状态为锁定或自动复位(此功能在功放过载保护或输出直流漂移保护两种状态下均起作用);

图4-75 扬声器保护专用集成电路µPC1237 应用电路

只需单电源供电;

只用一个引脚即可检测正压或负压直流漂移，②脚为功放输出漂移检测脚;

支持关机检测(④脚为关机静噪检测脚);

开机延时时间可方便地由外围元件设定;

关机时，可切断继电器，使扬声器和功放断开，从而避免关机噪声(⑦脚为开机静噪检测脚)。

集成电路µPC1237极限参数如下。

图4-76所示是集成电路µPC1237内电路方框图。内部包括开机静噪、关机静噪、过载检测、输出直流检测、双稳态多谐振荡器、继电器驱动等电路;外电路中元器件较少，可构成较为完善的扬声器保护电路。

图4-76 集成电路µPC1237 内电路方框图

关于这一电路的工作原理说明下列几点。

(1)扬声器保护电路工作原理是：集成电路A1的②脚分别通过R1、R2检测功放左、右声道输出端的直流电位，当输出端偏移中点出现正或负的直流电压时，都会使内部双稳态触发器翻转，驱动级截止，继电器K1释放而切断扬声器。

(2)开机静噪电路工作原理是：R3、R4、C3组成静噪电路，刚开机瞬间，因为电容C3上电压不能突变，A1的⑦脚电位为0V，内部电路截止，继电器K1不吸合，扬声器不能接入电路。随着直流工作电压通过电阻R3和R4对C3的充电，2～3s后A1的⑦脚电压升至足够高，内部电路导通，继电器K1吸合，接通扬声器，电路进入正常工作状态。

(3)关机静噪电路工作原理是：电源变压器二次绕组交流电压经VD2半波整流、R5限流降压和C4滤波后，在A1的④脚产生6～8V直流电压。由于电容C4的容量(仅4.7µF)远小于整机电源电路中的滤波电容(2000～20000µF，图中未画出)，关机时主滤波电容尚未放完电，④脚即先失电而使内部电路截止，切断扬声器、功放电路后断电。这样关机时主功放产生的关机冲击电流无法流过扬声器，实现关机防冲击保护功能。

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