基于傳統的對于D類放大器的認識和性能的預期,在一些相對中、高端的應用,如中、高價位的家庭影院、家庭立體聲音響、有源揚聲器、樂器和專業音頻等領域,受D類的音頻質量差于AB類的看法的影響,加上設計人員對系統功耗和體積的不重視,D類音頻放大器目前還沒有得到廣泛的采用。IR最近推出的新型D類音頻放大器打破了這一瓶頸。

“通常情況下,的確是AB類放大器的音頻質量高于D類,然而事實正在改變,”國際整流器公司全球市場資訊副總裁Graham Robertson表示,“采用IR的IRS2092S D類放大器和IRF6645 MOSFET的IRAUDAMP5音頻參考設計方案,在輸入1kHZ、接4Ω負載時我們可以看到,在80W以下區域,THD+N實際上是低于傳統的AB類放大器,而在60W附近,D類布局的THD+N更是達到了%的水平。只有在80W到140W區域,AB類的性能才稍稍高過D類,即使在120W,該D類布局的THD仍不超過1%。”對于傳統的家庭音響設備,消費者在日常使用時每個聲道的功耗經常是在幾十瓦的范圍,因此在音響功放設備中采用該D類架構很好的滿足了需求且達到了超過AB類的音效質量。

由于音頻質量上的長足進步,D類音頻放大器的其他優勢就更加凸顯出來。眾所周知,D類放大器相比AB類放大器有著完全不同的架構,AB類放大器的工作原理類似于線性調節器,效率差而且需考慮散熱問題；D類放大器采用PWM方式,工作原理類似開關調節器,具有較高效率,散熱性能更優。Robertson指出,“采用新型芯片的D類音頻解決方案要比AB類設計方案的面積更小。例如,在100W的應用中,IRS2092 IC和IRF6645 DirectFET MOSFET配合組成的功率放大解決方案可以減少60%的占板面積,也比典型材料表減少20%的器件數量。”傳統的AB類設計往往會使用很大片的鋁制散熱器件,不僅占用空間,而且占據了很大部分的成本,而采用IR公司擁有專利的雙面冷卻DirectFET封裝的MOSFET,可以完全省掉散熱器,節省了很大一部分成本。“在50W以上的應用中,IR公司的D類布局的總體成本低于傳統AB類布局,”Robertson表示。

D類放大器固然性能出色,也面臨著不少的設計挑戰。在進行50～500W的大功率的D類音頻放大器的應用設計中,工程師往往會面臨以下問題:對于許多音頻設備設計者而言為一新領域,特別是在EMI和濾波設計方面；過電流保護設計比較復雜。對于新進入D類音頻放大器設計的音頻系統設計人員,IR提供了從原理圖到PCB布線的完整的IRAUDAMP5參考解決方案,包括對EMI的考量和LP濾波器的設計,從而節省了設計時間且有助于工程師借鑒設計經驗。而在過電流保護部分,IRS2092芯片集成了自復位控制功能的可編程雙向過電流保護(OCP)、欠壓鎖定保護(UVLO),同時還集成了啟停“咔嗒”噪聲抑制,可以很好避免過電流出現的問題。

圖1:D類音頻放大器(藍線)與AB類音頻放大器(紅線)的THD+N對比

家庭音響設備多種多樣,設計的靈活性同樣十分重要。Robertson表示,IRS2092芯片采用擴展功率設計的可編程預置死區時間可以實現不同功率的方案,通過更換不同的MOSFET即可實現從50到500W、包括4Ω和8Ω負載的設計。他透露,IR 通過G5 HVIC工藝技術以及長期在功率器件領域積累的設計經驗,已經瞄準了目前的100～500W的市場,而該市場只有采用D類放大器才能達到優異的性價比和可觀的電源效率。更大的功率不僅僅意味著從音箱出來的聲音更大,更提升了音頻的動態范圍從而提供了更為身臨其境的音頻體驗。

借助新型D類音頻放大器的推出,未來的中、高檔音頻系統將更加值得我們期待。

IR雙通道120W D類音頻放大器參考設計,無需散熱器。

作者:張毓波、馬一丁