英飞凌数字功放参考设计EVAL_MA5302MS选用科达嘉电感
2023年12月，全球领先的IC方案商英飞凌最新发布了适用于数字功放的参考设计EVAL_MA5302MS。该参考设计选用了科达嘉自主研制的数字功放电感CPD2315-100M、CPD1715F-100M，可广泛应用于AV 接收器、家庭影院系统、迷你音响、有源音箱、低音扬声器、乐器放大器、汽车功放等设备，具有高音质、低噪音、效率高等特点。
方案设计及应用
EVAL_MA5302MS_200Wx2评估板是一款双通道、200 W/ch（±28.5 V 时为2Ω，带散热片）的半桥数字功放功率放大器，适用于Hi-Fi 音频系统。该评估板演示了如何使用MA5302MS IC，实施保护电路以及设计最佳 PCB 布局。
EVAL_MA5302MS_200Wx2 评估板采用双通道自振荡型PWM 调制器，元件数量少，性能高，设计坚固。在电感选型上，选用了科达嘉数字功放电感CPD2315-100M、CPD1715F-100M进行输出滤波。通过对数字功放设备的音频测试结果显示，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，在具备高保真音频效果的同时，具备更高的效率和更大的输出功率。
【英飞凌EVAL_MA5302MS评估板】
1、方案原理图
【英飞凌EVAL_MA5302MS原理图】
2、音频性能测试
测试条件：Vbus =±28.5V，输入信号1kHz，负载=2Ω，频率=400kHz
【功率vs. THD+N 2Ω负载测试】
【频率响应2Ω负载测试】
【EVAL_MA5302MS_200X2 2Ω负载立体声, ±B supply = ±28.5 V】
数字功放电感产品特点
英飞凌EVAL_MA5302MS评估版选用的数字功放电感CPD2315-100M、CPD1715F-100M由科达嘉电子自主研制。作为全球领先的磁性元件技术供应商，科达嘉电子专注功率电感研制23年。为了满足小体积、大功率、低辐射、低失真等设计需求，科达嘉电子设计开发了多个系列的数字功放电感。如：CPD、 CSD、CPE、CSAD、VSAD等多个系列，并且已经成功应用到各D类大功率功放方案设计当中。
科达嘉数字功放电感CPD1715F、CPD2315系列
1、产品特点
CPD系列数字功放电感具有以下特点：
● 磁屏蔽结构，抗电磁干扰(EMI)性能强，低辐射。
● 组立式设计，结构坚固。
● 高电感值，大电流，低磁损，低阻抗，寄生电容小。
● 采用耐高温铜线，具有优异的电流稳定性和信号传输性能，低失真。
● 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。
2、电气性能
方案中选用的CPD1715F-100M电感值为10μH，饱和电流29A，温升电流17A，可在-40℃~+125℃环境下持续稳定工作。CPD1715F系列通过了AEC-Q200认证，具有高可靠性特点。
CPD1715F饱和电流曲线
CPD1715F温升电流曲线
CPD2315-100M电感值为10μH，饱和电流39A，温升电流14A，可在-40℃~+125℃环境下持续稳定工作。
CPD2315饱和电流曲线
CPD2315温升电流曲线
3、环境
工作温度：-40℃～+125℃(包含线圈发热)。
4、环保标准
符合RoHS，REACH，无卤等环保要求。
功放输出电感选型以及对性能的影响
从过程上看，先看启动电流，电感饱和电流能否扛过？ 再看喇叭电流（喇叭电流取决于声学工程师对声音峰值电流的追求）+电感纹波电流。‘喇叭电流+电感纹波电流’ 都小于该电感的饱和电流且留有至少25%以上的余量，则是比较稳定可靠的电感选型方案。
电感电流的测量方法：
用示波器电流探头在滤波电容前面测试流过电感的电流
流过电感的电流等效为流过芯片MOS的电流
测试过程中需要把电感翘起来，电感的另一头用粗的导线焊接到焊盘上，电流探头夹住导线。
上电启动电流波形：
D类功放通过PWM调制（音频信号调制在较高的PWM频率上). 以常规的PWM调制为例， 单边输出共模电压为PVDD/2（即输出占空比为50%）为例。
绿色波形 为流过电感电流， 黄色波形 为音频功放输出PWM。
功放的供电电压PVDD=24V,输出LC （电感为10uH， 电容为0.68uF）启动共模电压建立瞬间，震荡电流到3.2A左右。
上电启动峰值电流 Ipstart =PVDD * Duty *((C/L）^0.5)*SIN(0.5*pi) （此处Duty为无输入信号时的PWM输出Duty）
总结：
1） 对于电感选型来说，第一关就是要避免上电电流过大导致无法启动（上电就触发过流保护）。
2） 很多情况，输出的喇叭线上电流可能很小，不到2A，但是由于电感感值选得太小，会出现启动共模电压的建立过程就超过2.5A的情况。
输出纹波电流：
D类功放通过PWM调制（音频信号调制在较高的PWM频率上). 以常规的PWM调制为例， 当输出共模稳定后， 电感纹波基本稳定。
绿色波形 为流过电感电流， 黄色波形 为音频功放输出PWM；
功放的供电电压PVDD=24V,输出LC （电感为10uH， 电容为0.68uF），开关频率为480kHz。
开关频率越高，纹波电流越小；电感越大，纹波电流越小。一般为了降低音频功放自身的switching loss， 推荐开关频率采用480kHz， 因此一般建议电感在大于12V的情况下，电感不要低于10uH。
总结：
1） 对于电感选型来说，扛过第一关启动电流后，接下来要考虑的是流过喇叭线的最大电流叠加纹波电流。
喇叭电流叠加电感纹波电流
上图是一个电感纹波电流叠加喇叭电流的例子。
以一个直流电阻为R 的喇叭为例子（这里不考虑喇叭在不同频点的阻抗不一样，假定所有频点都是4ohm；另外也暂不考虑功放的RdsON和电感和导线的DCR），功放侧对功率不做限制的话， 这样最大的喇叭电流为 PVDD/R。
PVDD=19V, Load=4ohm，LC filter=10uH+0.68uF，开关频率为 480kHz， 调制方式为High Performance Mode， 那么流过电感的电流最大可能为 5.29A.
通过这篇文章，总结了功放的电感电流，工程师选择电感时，电感电流一定要作为一个重点指标，电感电流不但影响指标，还影响功放的稳定性和寿命。
另外在材料上，一体成型和磁封胶对功放性能也有影响，ACM8625为例，相同配置下，只是更换饱和电流差不多，不同材质的电感对比THD+N的对比：
黄色的是一体成型的，蓝色是磁封胶。
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