关于音频放大器的性能分析和应用介绍

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关于音频放大器的性能分析和应用介绍

作为物联网率先落地的细分领域，智能家居势头依旧如火如荼。行业巨头的竞相入场，也让智能音箱成下一个风口，但是，再智能的音箱也需要好音质。


D类音频放大器

众所周知，D类音频放大器正在迅速成为专业和家庭音频和视频系统的首选解决方案，而英飞凌致力于提供一整套全面的分立和集成IC产品组合，以简化高效率D类放大器设计，其中包含数字音频驱动器，D类音频MOSFET以及将数字音频控制器IC和MOSFET集成在紧凑型PQFN封装中的PowIRaudio集成电源模块。是时候让小编带你了解一下英飞凌D类音频放大器的“前世今生”了~

什么是D类音频放大器？

音频放大器一般分为线性放大器和开关放大器，A，B，AB以及C类等线性放大器都是工作在开关的线性放大区。而开关放大器则在开关全开或者全关时运行，D类音频放大器正是开关放大器的一类。

工作原理

D类音频放大器使用MOSFET作为全能的开关以消除功率损耗，为了使放大器只有导通或者关断的状态，D类放大器使用PWM信号传达放大信号和音频信号。PWM体现的是导通和关断时间与模拟值的比例，MOSFET通过调节占空比实现这一点。

脉冲产生模块通过比较器和载波信号，将模拟信号转化为PWM信号，PWM信号具有与输入音频信号成比例的瞬时平均值，输出级构建了与比较器输出相同形状，但幅值为电源电压的PWM，这是D类放大技术的核心。因为PWM的平均值代表音频信号，只需使用低脉冲过滤器就能消除载波信号，提取向扬声器反馈的放大音频信号，整个设置将仅在导通或关断状态时使用功率器件。



D类音频放大器工作原理

D类是目前适用范围最广的放大器类型，使用实例包括笔记本电脑，条形音箱，音乐放大器，汽车音响等。

D类的“优秀”，不比较不知道

下图左侧是典型的100W+100W 立体声AB类放大器，尺寸为7*8英寸。



众所周知，一方面，音频放大器的市场趋势走向尺寸更小，通道更多，功耗更低，而使用传统AB类音频则无法达到新的能源星级规范要求的较高效率。另一方面，功率器件技术的巨大进步，使得在导通电阻仅几毫安的情况下，就能精确地重现PWM信号，得益于两者的结合造就了高效的D类音频功率放大器。

从上述例子可以看出，100W+100W 立体声AB类放大器，可以对标为无需使用散热器，信用卡大小的D类音频放大器。因此，D类音频放大器可以造就新型的音频产品。作为一种创新产品，D类音频放大器使音频系统更加时尚、方便。

应用？无处不在！

环顾周围，你会发现D类音频放大器无处不在，只是大小不同而已：

叫你起床的闹钟，手机扩展坞，或者智能手机，所有的声音都是通过D类放大器驱动发出的；

开车上班时，车上广播或者老CD播放出的声音，也是通过D类放大器发出的；

打开工作间或者打开笔记本电脑的那一刻，你就打开了D类放大器产品，它以各种形式存在于我们的生活中。



小编按照通道功率从低到高的顺序列出一些最终应用示例，如上图所示：

在20W以下，D类放大器广泛出现在智能手机、笔记本电脑、台式电脑、便携式蓝牙音箱上；

从20W到50W，比较常见的示例包括扩展坞，入门级条形音箱和便携式扬声器音箱；

50W及以上则包括高端条形音箱，低音炮和乐器放大器，原装音频，Mini Compo和功率扬声器。

英飞凌D类放大器？

英飞凌的D类放大器解决方案结合高级高压控制器和同类最优的MOSFET开关，针对以高功率、高效率、高级音频性能和可扩展设计为主的应用。因此，英飞凌的D类放大器解决方案专注于中高功率应用，在100W以上的应用中广受欢迎，现在也也常见于50W~100W的应用中。

若要论细分市场，英飞凌目前则专注于3个市场：家用音响，专业消费者和汽车音响。


据此，英飞凌主要提供两种D类产品：即分立和集成解决方案：


01

分立解决方案

我们首先看分立解决方案的产品，在系统框图中，控制器集成电路侧分1,2,4通道，可以形成不同的通道数量，MOSFET级有60V及以上的MOSFET，RDS（on）为30~90mΩ，每个通道100W以上。在英飞凌并购IR的基础上，OptiMOS增加了较低的RDS（on），采用了更高的功率范围，提高了效率。

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02

集成解决方案

集成解决方案在一个PQFN封装中，同时包含了控制器集成电路和MOSFET，由于一个封装中包含多个硅片，因此称之为多芯片模块MCM。集成解决方案具备分立式解决方案的所有优点，例如同类最佳效率，消除了对散热器的需求，稳健的电压承载能力和输出功率的可扩展性等。此外，目前集成解决方案每个通道都高达150W，随着硅技术的发展，集成解决方案的功率范围也会随之提高。



英飞凌不同集成程度的D类放大器产品组合

系统了解了英飞凌的D类音频放大器后，小编帮你顺便从技术角度概括出英飞凌D类放大器解决方案的2大优势：

1. 高压集成电路处理；

2. 同类最优的中高压MOSFET，具备最佳品质因数有助于减少热量耗散，因此客户可以减少散热器成本，或者根本不需要散热器。