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

 

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  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

1.4.1 电感器线性度

D 类放大器输出 LC 滤波器中使用的电感器，其电感值随电流变化的曲线会显著影响总谐波失真 (THD) 性能。

理想电感器无论通过多大的电流，都能保持其规定电感值。然而，现实中电感器的电感总是随着电流增加而下降。在某一点，电流电平会使电感器饱和，此时电感值急剧下降。该电流电平通常标称为 Isat。由于电感器线性度是电流的函数，因此负载阻抗越低，电感器失真就越大。

典型电感器饱和曲线图 1-20 典型电感器饱和曲线

需要注意，在 Isat 额定电流下，电感的变化因制造商而异，甚至因电感器类型而异。一些制造商规定 Isat 为电感变化达到 30% 或更高时的电流。若在 LC D 类滤波器中使用该电感器直到达到 Isat 额定值，会导致极差的音频性能。

为了说明电感器线性度的影响，使用超低失真的 TPA3251 放大器测试了不同的电感器。表 1-6 展示了从四种具有良好线性度规格、适用于高性能 D 类音频放大器的电感器收集的数据。

在 1A 电流和 20A 电流下，使用 600kHz 测试信号（即TPA3251 放大器的标称 PWM 开关频率）测量电感值。计算了每种电感器的 10 个样品的电感平均变化。

表 1-6 10 个电感器样品的平均电感变化
制造商器件型号标称电感平均电感变化 (1A–20A)
Wurth74436307007µH0.94%
Wurth7443630100010µH1.38%
CoilcraftMA5173-AE7µH1.16%
CoilcraftMA5172-AE10µH1.55%

根据上述数据，Wurth 的 10µH 电感器的线性度比 Coilcraft 10µH 电感器更好。同样值得注意的是，Wurth 的 7µH 和 10µH 电感器绕在同一磁芯上。同样，Coilcraft 的 7µH 和 10µH 电感器也绕在同一磁芯上。通常，对于给定的磁芯材料、尺寸和几何形状，电感值越高（导线匝数越多），电感的线性度就越差。

随后，将 表 1-6 中测试的电感器安装到 TPA3251 EVM 上，并测试了总谐波失真加噪声 (THD+N) 性能。

TPA3251EVM THD+N与输出功率的关系 (4Ω)图 1-21 TPA3251EVM THD+N与输出功率的关系 (4Ω)
TPA3251EVM THD+N 与信号频率的关系（20W，4Ω）图 1-22 TPA3251EVM THD+N 与信号频率的关系（20W，4Ω）

在 图 1-21 中，线性度更好的电感器在中功率下表现出更优的 THD+N 性能。使用 Wurth 电感器时，10µH 和 7µH 两款均能提供极高的性能，几乎接近理想放大器的特性曲线。失真性能几乎在整个范围内（直至削波）都受噪声限制，这从 THD+N 曲线斜率持续下降可以看出。使用线性度更好的电感器时，能够在输出信号的谐波成分开始主导噪声之前，更深入地观察到放大器的本底噪声。

从 图 1-22 可以看出，THD+N 随频率变化的性能在 1kHz 至 6kHz 范围内也有显著改善。这个频率范围被认为是人耳最敏感的区域，因为它正好位于人耳可听带宽的中间。

如果 LC 滤波器设计所用的放大器允许较高的 THD，或者放大器自身的 THD 原本就较高，那么 Coilcraft™ 的 10µH 电感器可能是合适之选。最终，系统设计者必须在电感器线性度、成本和尺寸之间做出取舍。