看D类放大器如何实现高效率

D类放大器与开关模式电源的工作方式相似，其中输出MOSFET可能是完全启动(饱和)或完全关闭(切断)的。其效果在于减小晶体管的功耗，并增加放大器的效率。不幸的是，开关时间和非交换时间中总会有损失(开关损耗和传导损失)。

　　出现开关时间中的损耗是由于FET的上升时间和下降时间大于零。出现这种情况有几个原因。第一，输出晶体管不能瞬时交换。从漏极到源极的通道要求一段特定的形成时间。第二，晶体管栅源电容和寄生电阻的痕迹形成RC时间常量，也增加了上升和下降时间。

　　在非开关时间中的功耗是由于每个FET 的RDS(ON) 和晶体管中的电流导致的。

　　但从总体而言，D类放大器的损失是最小的，正是由于该器件的交换性质，才使放大器实现了高得多的效率。其开关技术是脉冲宽度调制 (PWM)，它可比较输入模拟信号和高频率三角波形(通常为250 kHz)，以生成输出波形。该波形随后驱动MOSFET H桥。随后形成的差动波形是PWM方波信号，其占空比与音频信号的振福成正比。来自H桥的信号通过输出滤波器驱动喇叭，或直接连接至喇叭(参见TI的TPA2000D和TPA3000D无滤波器系列产品)。图3显示了D类输出级就桥接式负载(BTL)配置而进行的典型配置。　　

　　　　就该类型的调制方案而言，应当实施二阶Butterworth低通滤波器。如图5所示，该滤波器采用了两个电感和三个电容器作为典型的桥接式负载输出。该滤波器主要作为电感，在电压交换时使输出电流保持一致，这减少了低状态功耗或无输入信号时的功耗。

　　　　该滤波器的主要缺陷是其超大尺寸及外部器件成本。此类调制方案无需滤波器即可使用而不影响保真度。由于扬声器既具电阻性又具电感性而且D类开关波形通过扬声器产生高电压，所以效率上的增益将受到损失。从而导致较高的电源电流，也丧失了D类带来的效率优势。

　　输出的较高电感产生较低的静电电流(无输入的电源电流)，因为其限制了输出纹波电流的数量。L1 与 L2 感应器以及 C1 电容器构成差动滤波器，每十进即以40dB的斜率衰减信号。开关电流主要通过 C1、C2及C3，扬声器消耗的电流极少。

　　该滤波器还极大地减少了电磁干扰 (EMI)。EMI 是由电流瞬时变动产生的磁 (H) 场或差动电压产生的电 (E) 场形成的。图5中的滤波器包括共模及差动滤波器，所以其不仅可减少了磁场还可减少电场。

　　在TI 新一代的 D 类放大器 TPA2000D 以及 TPA3000D 产品系列中，调制方案经过修改，只产生非常短的差动功率脉冲，以避免无输入信号时发生"击穿"。就TPA2005D1 而言，这就使电源电流增加了不足3mA ，且负载在交换频率上具有感应性及电阻性。图6 显示了TI 的无滤波器 D 类调制方案的输出波形。