跟AB類放大器相比，D類放大器可以提供高的多的效率和很好的散熱特性，盡管已經(jīng)有改善但D類放大器的散熱問題仍然需要引起注意。本文測量了D類放大器的散熱特性，用常見的例子介紹了優(yōu)秀的實際設計方法。

1、連續(xù)正弦波vs音樂

在實驗室里評估D類放大器時，經(jīng)常用連續(xù)正弦波作為信號源，雖然這樣測量起來很方便，但是放大器會嚴重發(fā)熱。輸入連續(xù)正弦波使D類放大器輸出接近最大值而進入熱關斷狀態(tài)是罕見的。

音頻成分，不管是音樂還是話音，它們的有效值跟峰值輸出功率有關，但跟峰值輸出功率相比要小得多。峰值和有效值的比值稱為振幅因數(shù)，對話音來說這個值一般大約為12dB，而樂器則為18dB～20dB。雖然音頻信號比正弦波信號的峰值稍大，但它的有效值卻幾乎只有正弦波的一半。同時，當音頻信號是一段動感的音樂時，平均值將比測量出來的更小。因此，雖然音頻信號可能達到連續(xù)正弦波相似的峰值，但它反映在D類放大器上的熱效果將會大大削弱。如果要對系統(tǒng)的散熱特性進行評估，應該用實際的音頻信號而不是正弦波。如果必須用正弦波，則散熱能力會比正常使用下系統(tǒng)的實際散熱能力小。

2、PCB的散熱

對工業(yè)標準TQFN封裝，裸露的焊盤是IC散熱的主要途徑。對那些散熱焊盤在IC下面的封裝，PCB板和銅箔成為D類放大器的主要散熱片。當使用安裝在PCB板上的D類放大器時，遵從下面的指導會有幫助：裸露的焊盤要焊到大片的銅箔上，如果電位相同，這塊銅箔跟D類放大器附近的引腳的連接要盡量多，附近的元件也要盡量多連接到銅箔上。通過這樣特殊的方式，銅箔就把上面散熱焊盤上面右邊部分和下面的右邊部分連接在一起了。這些銅箔走線越寬越好，因為它們關系到系統(tǒng)的整個散熱效果。
 
跟裸露的焊盤連接的銅箔應該用多個過孔連到PCB的反面，再在反面連接到另外一塊銅箔。在滿足系統(tǒng)信號布線要求的前提下，這塊銅箔越大越好。
如果從機器連出來的走線都盡可能寬，就有可能有進一步的改善。雖然IC引腳不是封裝的主要散熱途徑但它們的確可以幫助器件達到部分散熱效果，把系統(tǒng)從散熱不良改善為可接受狀態(tài)。

3、輔助散熱器

當D類放大器在更高的環(huán)境溫度下工作時，可能要加額外的外部散熱片來改善散熱效果。散熱片的熱阻越小越好，以使散熱效果最好。對IC下面的裸露焊盤，熱阻最低的散熱通道是PCB的底部，IC的上面對器件來說不是一個重要的散熱途徑，因此在這個地方加散熱片不劃算。
 
4、負載阻抗

D類放大器輸出級的MOSFET導通電阻對效率和輸出峰值電流容量均有影響。減小進入負載的峰值電流就減小了MOSFET的I2R損耗，這樣就能提高效率。為了維持峰值電流在一個較低的水平，選用在D類放大器電壓波動極限和供電電壓內(nèi)能夠傳輸期望的輸出功率的最高阻抗的揚聲器。

在這里，假設D類放大器的輸出電流能力為2A，供電電壓范圍為5V～24V。如果用4Ω負載，在8V或者8V以上供電時就超過了2A的電流極限，此時最大連續(xù)輸出功率是8W。如果8W是可以接受的輸出功率，可以考慮使用12Ω的揚聲器和15V的供電電壓，這樣峰值電流限制就是1.25A，最大連續(xù)輸出功率是9.4W。此外，12Ω負載的效率要比4Ω負載高10%～15%，功耗會更低。實際效率改善的效果根據(jù)D類放大器的不同而不同。雖然大多數(shù)揚聲器都是4Ω或者8Ω，但用其它阻抗的揚聲器可以獲得更具熱效率的解決方案。
 
另外一個需要考慮的是音頻頻帶內(nèi)的負載阻抗。揚聲器是一個具有多種諧振頻率的機電系統(tǒng)，也就是說8Ω揚聲器通常只在很窄的頻率范圍內(nèi)顯示出8Ω的阻抗，對音頻帶寬內(nèi)的許多頻率，揚聲器的阻抗要比標稱的阻抗高。在音頻帶寬內(nèi)的很多頻率，揚聲器的阻抗比它的標稱阻抗8Ω要高的多，不幸的是，這個阻抗通常因為附加的高音揚聲器和轉接網(wǎng)絡而減小。整個系統(tǒng)阻抗必須保證足夠的電流和散熱能力。
 
D類放大器在效率方面比AB類放大器有了明顯的改善，雖然這種改善降低了系統(tǒng)設計時的散熱要求，但并不能完全消除發(fā)熱。然而通過使用優(yōu)秀的設計實踐經(jīng)驗并確定預期的目標，D類放大器可以使音頻系統(tǒng)的設計更加簡單。

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