工程师参考手册（一）：D类功放设计须知

面积敷铜块。尽可能在敷铜块与临近的具有等电势的D类放大器引脚以及其他元件之间多布一些覆铜。本文的案例中，敷铜层与散热焊盘的右上方和右下方相连（如图2）。敷铜走线应尽可能宽，因为这将影响到系统的整体散热性能。

　　图2. D类放大器采用TQFN或TQFP封装时，裸露焊盘是其主要散热通道。

　　与裸露焊盘相接的敷铜块应该用多个过孔连到PCB背面的其他敷铜块上。该敷铜块应该在满足系统信号走线的要求下具有尽可能大的面积。

　　尽量加宽所有与器件的连线，这将有益于改善系统的散热性能。虽然IC的引脚并不是主要的散热通道，但实际应用中仍然会有少量发热。图3给出的PCB中，采用宽的连线将D类放大器的输出与图右侧的两个电感相连。在这种情况下，电感的铜芯绕线也可为D放大器提供额外的散热通道。虽然对整体热性能的改善不到10%，但这样的改善却会给系统带来两种截然不同的结果 - 即使系统具备较理想的散热或出现较严重的发热。

　　图3. D类放大器右边的宽走线有助于导热

　　辅助散热

　　当D类放大器在较高的环境温度下工作时，增加外部散热片可以改善PCB的热性能。该散热片的热阻必须尽可能小，以使散热性能最佳。采用底部的裸露焊盘后，PCB底部往往是热阻最低的散热通道。IC的顶部并不是器件的主要散热通道，因此在此安装散热片不划算。图4给出了一个PCB表贴散热片（218系列，由Wakefield Engineering提供）。该散热片焊接在PCB上，是兼顾尺寸、成本、装配方便性和散热性能的理想选择。

　　图4. 当D类放大器工作在较高环境温度下，可能需要如图示的SMT散热片（图片来自Wakefield Engineering）。

　　热计算

　　D类放大器的管芯温度可以通过一些基本计算进行估计。本例中根据下列条件计算其温度：

　　TAM = +40°C

　　POUT = 16W

　　效率（η） = 87%

　　ΘJA = 21°C/W

　　首先，计算D类放大器的功耗：

　　然后，通过功耗计算管芯温度TC，公式如下：

　　根据这些数据，可以推断出该器件工作时具有较为理想的性能。因为系统很少能正好工作在+25°C的理想环境温度下，因此应该根据系统的实际使用环境温度进行合理的估算。

　　负载阻抗

　　D类放大器MOSFET输出级的导通电阻会影响它的效率和峰值电流能力。降低负载的峰值电流可减少MOSFET的I²R损耗，进而提高效率。要降低峰值电流，应在保证输出功率，以及D类放大器的电压摆幅以及电源电压的限制的条件下，选择最大阻抗的扬声器，如图5所示。本例中，假设D类放大器的输出电流为2A，电源电压范围为5V至24V。电源电压大于等于8V时，4Ω的负载电流将达到2A，相应的最大连续输出功率为8W。如果8W的输出功率能满足要求，则可以考虑使用一个12Ω扬声器和15V供电电压，此时的峰值电流限制在1.25A，对应的最大连续输出功率为9.4W。此外，12Ω负载的工作效率要比4Ω负载的高出10%到15%，降低了功耗。实际效率的提高根据不同D类放大器而异。虽然大多数扬声器的阻抗都采用4Ω或8Ω，但也可采用其他阻抗的扬声器实现更高效的散热。

　　图5. 选择最佳的阻抗和电源电压使输出功率最大。

　　另外还需要注意音频带宽内负载阻抗的变化。扬声器是一个复杂的机电系统，具有多种谐振元件。换言之，8Ω的扬声器只在很窄的频带内才呈现出8Ω阻抗。在大部分音频带宽内，阻抗都会大于其标称值，如图6示。在大部分音频带宽内，该扬声器的阻抗都会远大于其8Ω的标称值。然而，高频扬声器和分频网络的存在将降低阻抗值。因此必须考虑系统的总阻抗以确保足够的电流驱动能力和散热性能。

　　图6. 8Ω阻抗、13cm口径扬声器的阻抗随频率改变而急剧变化。

　　结论

　　D类放大器的效率相比AB类放大器有很大提高。虽然这一效率优势降低了系统设计时对散热性能设计的要求，但仍然不能完全忽视系统散热。但是，如果能够遵循良好的设计原则并且设定合理的设计目标，使用D类放大器可使音频系统设计更简单。
数字功放与D类功放、模拟功放的区别#e#

　　三、数字功放与D类功放、模拟功放的区别

　　1、数字功放与D类功放的区别

常见D类功放（PWM功放）的工作原理：PWM功放只能接受模拟音频信号，用内部三角波发生器产生的三角波和它进行比较，其结果就是一个脉宽调制信号（PWM），然后将PWM信号放大并还原成模拟音频信号。因此，PWM功放是用脉冲宽度对模拟音频幅度进行模拟的，其信息的传递过程是模拟的、非量化的、非代码性的。并且由于目前器件性能的限制，PWM功放不可能采用太高的