集成功放ic输出电感 功放输出电感选型以及对性能的影响

小编 2024-11-27 项目合作 23 0

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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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。

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