ZHDA201B October   2016  – June 2026 TAS5342A , TAS5342LA , TAS5352 , TAS5630B , TPA3220 , TPA3221 , TPA3251 , TPA3255 , TPA3255-Q1

 

  1.   1
  2.   商标
  3.   摘要
  4. 1LC 滤波器设计
    1. 1.1 D 类输出配置
      1. 1.1.1 桥接式负载 (BTL)
      2. 1.1.2 并联桥接式负载 (PBTL)
      3. 1.1.3 单端 (SE)
    2. 1.2 D 类调制方案
      1. 1.2.1 AD（传统）调制
      2. 1.2.2 BD 调制
    3. 1.3 D 类输出 LC 滤波器
      1. 1.3.1 输出 LC 滤波器频率响应特性
      2. 1.3.2 D 类 BTL 输出 LC 滤波器拓扑
      3. 1.3.3 单端滤波器计算
      4. 1.3.4 Ⅰ 型滤波器分析
        1. 1.3.4.1 Ⅰ 型频率响应示例
      5. 1.3.5 Ⅱ 型滤波器分析
        1. 1.3.5.1 Ⅱ 型频率响应示例
      6. 1.3.6 用于 AD 调制的混合滤波器
        1. 1.3.6.1 混合滤波器频率响应示例
      7. 1.3.7 使用 Ⅰ 型或 Ⅱ 型滤波器的 AD 调制
      8. 1.3.8 LC 滤波器快速选择指南
    4. 1.4 高性能 D 类音频用电感器选择
      1. 1.4.1 电感器线性度
      2. 1.4.2 纹波电流
        1. 1.4.2.1 计算单电源 D 类放大器的纹波电流
      3. 1.4.3 最小电感
      4. 1.4.4 磁芯损耗
      5. 1.4.5 直流电阻 (DCR)
      6. 1.4.6 采用 TPA3251 器件的电感器研究
        1. 1.4.6.1 结果
        2. 1.4.6.2 结语
    5. 1.5 电容器选型注意事项
      1. 1.5.1 D 类输出电压概览
        1. 1.5.1.1 纹波电压
        2. 1.5.1.2 37
      2. 1.5.2 电容器额定值和规格
        1. 1.5.2.1 最大电压或额定直流电压
        2. 1.5.2.2 ESR 与耗散因子
        3. 1.5.2.3 最大温升（额定交流电压和交流电流）
        4. 1.5.2.4 脉冲上升时间 (dv/dt) 或峰值电流 (Ipeak)
      3. 1.5.3 电容器类型
        1. 1.5.3.1 选择电容器类型
        2. 1.5.3.2 金属化薄膜电容器
          1. 1.5.3.2.1 交流电压或电流额定值
          2. 1.5.3.2.2 温度系数
        3. 1.5.3.3 陶瓷电容器
          1. 1.5.3.3.1 尺寸
          2. 1.5.3.3.2 直流偏置电压
          3. 1.5.3.3.3 温度系数
          4. 1.5.3.3.4 可靠性
    6. 1.6 相关配套资料
  5. 2参考
  6. 3参考
  7. 4修订历史记录

1.5.2 电容器额定值和规格

为了确保电容器对音频质量的影响尽可能小，以下是选择电容器时需要考虑的一些关键参数。

电容器制造商提供了一系列额定值和规格，用于确保电容器在系统中安全使用。本节简要介绍与电容器相关的额定值和规格，以及如何在 D 类音频信号场景下使用它们。

表 1-10 列出了电容器的常见参数。由于电容器的结构和介电材料不同，某些参数在特定类型的电容中比其他类型更为常见。

表 1-10 电容器额定值和规格
参数说明
电容电容器的主要功能参数，用于表征存储电荷的能力。可用的电容值因技术、额定电压和尺寸而异。制造商在数据表中提供了器件间的电容差异。
最大电压 (VMAX) 或额定电压确保电容器安全工作的绝对峰值电压（直流、交流或脉冲）。这是电容器所能承受的最高电压，包括音频信号、开关纹波以及任何电压过冲。
最大温升（额定交流电压和交流电流）导致电容器自发热的最大允许交流 RMS 电压或交流电流。该额定值通常基于正弦波，仅衡量交流信号。使用超过允许值的电压或电流可能导致电容器过热和损坏。
脉冲上升时间 (dv/dt) 或峰值电流 (Ipeak)该参数定义电容器承受因快速电压变化而产生的高峰值电流的能力，通常以‌伏特每微秒 (V/µs) ‌为单位测量。这类似于额定交流电压，但针对的是脉冲或方波等波形。有时，“脉冲上升时间”以峰值电流而非电压来规定。通常，由于结构原因、“脉冲上升时间”对薄膜型电容器很重要，而对其他类型电容器则不太相关，因此可能不会列出。在大多数低于 100kHz 的 LC 滤波器应用中，脉冲上升时间规格通常不会被超出。
等效串联电阻 (ESR)与电容器串联的电阻，用于表示电容器中的功率损耗。它是引线电阻和电介质损耗之和。ESR 用于估算因交流纹波电流导致温升的电容器中的功率损耗。
耗散因子 (DF)在特定频率下，电容器所有纯阻性损耗与电容器电抗之比。确定电容器功率损耗的另一种方法，类似于 ESR。
介电材料‌电容器中两个导体之间的绝缘材料。
安装将电容器焊接到电路板所需的组装：表面贴装 (SMT) 或通孔插装。

为了快速缩小电容器选择范围，请首先考虑以下因素：

  • 电容 — 在 LC 滤波器中使用典型电感值 7µH 或 10µH 的情况下，0.68µF 或 0.47µF 的电容值可提供约 73kHz 的截止频率，从而最大化 TPA32xx D 类放大器的带宽。
    电感 (µH)电容 (µF)截止频率 (kHz)
    7µH0.68µF72.9kHz
    10µH0.47µF73.4kHz
  • 电容器类型 — 大多数高功率音频应用使用金属化薄膜 (MF) 电容器或陶瓷电容器。为了在整个温度、电压、电流和频率范围内实现出色的音频性能，建议使用金属化薄膜电容器或类似器件，而不推荐陶瓷电容器。陶瓷电容器可用于尺寸非常受限的应用，其可靠性应经过充分测试，但音频性能可能会受到影响。
  • 电压额定值 ‌— 金属化薄膜电容器和陶瓷电容器的交流及直流电压要求不同。根据电容器类型，请参阅以下相应章节。
    • 金属化薄膜电容器 — 金属化薄膜电容器不像陶瓷电容器那样容易受到电容电压降额的影响；但是，由于结构原因，它们具有电压转换率 (dv/dt) 限制（或允许的峰值电流），以防止薄膜层损坏。

      对于 50V 峰值间音频输出和约 73kHz 的 LC 滤波器截止频率，转换率约为 23V/µs。建议的最小 dv/dt 为 100V/µs，以留出裕度。一般来说，大多数金属化薄膜电容器都能满足音频信号转换率的要求。

    • 陶瓷电容器 — 一般而言，陶瓷电容器的电容值会随工作电压占额定电压的比例增大而按相同比例降低。

      Cderated = Crated × (1 – Vapplied / Vrated)

      例如，当对额定电压为 100V 的电容器施加 50V 时，电容值会降低约 50%。大多数电容器供应商都会提供电容与电压关系曲线，以便进行精确的降额设计。

      为防止 LC 滤波器特性随频率变化，陶瓷电容器的额定电压必须大于 150V，推荐使用 250V。

  • 等效串联电阻 (ESR) — 电容器在特定频率下的等效交流电阻会导致电容器中的功率损耗。对于高功率音频应用，低 ESR 对于减小电容器中的损耗至关重要。建议将低频时的 ESR 峰值设置为 1Ω，在更高频率下 ESR 值更低。请参阅大多数电容器制造商提供的 ESR 与频率关系图。
  • 最大温升（额定交流电压和交流电流）— 因电介质功率损耗 (ESR) 导致温度在可接受范围内升高的最大允许交流电流。对于高功率音频应用，务必要考虑此参数，因为流过电容的交流纹波电流可能相当大。