Class D功放高次谐波过流保护分析和解决方法

的 Q 值与负载阻抗有关系，从第三节已知喇叭在截止频率附近的阻抗通常很高，则滤波器的 Q 值很大。图 6 是将实际的喇叭阻抗曲线和 LC 滤波器的频率响应曲线合并后的结果。

可见当负载为纯电阻 4W时， LC 滤波网络在截止频率处 Q 值较低，没有任何放大作用。而接入喇叭后，LC 滤波网络在截止频率处产生大于 20dB 的增益。这就是导致高次谐波过流保护的根本原因。

综上所述，对于第一节给出的高次谐波过流保护的现象补充分析如下：

l 问题机器在 1KHz 标准音频信号输出功率并未超过最大输出功率。

分析： 因为该保护现象发生在 LC 滤波网络截止频率附近，在 20Hz~20kHz 范围内的功率输出正常，并不会出发过流保护。

l 播放高频成分较多的歌曲较容易出现保护。

分析：高频成分较多的歌曲内容容易产生位于 20kHz~40kHz 范围内的谐波能量，正好触发 LC 滤波网络截止频率处的高次谐波过流保护。

l 使用水泥电阻代替喇叭作为负载，保护现象消失。

分析：该类高次谐波过流保护和喇叭高频呈现的高阻抗有关系，若使用纯电阻替代喇叭则不会出现该类保护。

l 减小，或者去掉输出 LC 滤波器的电容，保护现象消失。

分析：LC 滤波器的截止频率位置被改变，减小电容将截止频率推到 40kHz 以上，一般该位置的谐波分量非常小，不足以引起过流保护现象。去掉电容 LC 滤波器不存在，也不会产生保护问题。

4.1 解决方案

1. 减小 LC 滤波器网络的电容 C 值：

减小 LC 滤波器网络的电容 C 的值可以增大 LC 滤波器的截止频率。使得截止频率远大于高次谐波可能达到的频率。通常将电容值减小 5 倍以上即可有效抑制高次谐波过流保护的问题。

优点：无需修改电路，只需要修改参数值。

缺点：LC 网络滤波效果变差，开关纹波增加，EMI 有可能恶化。

注意：不建议直接去掉滤波电容。否则会导致 Class D 开关纹波输入到喇叭，增加损耗和恶化 EMI。

2. 添加 ZOBEL 网络：

优点：有效抑制喇叭的高频阻抗抬升，解决高次谐波过流问题。同时可以均一化中高频响应，对高频听感有改善。

缺点： 需要添加外围元器件，电容数值较大，推荐使用无极性薄膜电容。

注意： 若只是为了解决高次谐波过流问题，ZOBEL 网络的电容可小于计算值，一般只要达到阻抗抑制的作用即可。

5 、总结

高次谐波过流保护是一种特殊的过功率现象，在电路设计完全正确，常规功率测试未超过额定功率的前提下，该种保护问题较为隐蔽。本文结合 LC 滤波电路的频率响应和动圈式喇叭的阻抗频率特性，分析了 Class D 谐波过流保护的原因并给出了解决方法。