D类音频放大器的输出低通滤波器设计

文章摘要： 金属薄膜电容能够保持较高的温度、频率和电压稳定性。在常见的音频系统中，强烈建议以金属薄膜电容来替代陶瓷电容。与此同时，在使用电容时，另一个被称为“额定电压”的参数也是必须加以考虑的，以确保电容在其有效使用期内无故障预期。 额定电压：电容的额定电压由下式计算： 为了从放大器获得更加优良的输出信号和总体性能，输出滤波设计毫无疑问是一个至关重要的因素，不过，电源滤波也会是一个值得关注的重要问题。 D类放大器中的电源滤波有2个目的。 1. 使D类放大器与电源噪声隔离。 2. 对高频噪声进行旁路处理。在D类放大器设备中，至少包含两组电源，即模拟输入及控制(AVDD)和输出晶体管驱动(PVDD)。 图

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金属薄膜电容能够保持较高的温度、频率和电压稳定性。在常见的音频系统中，强烈建议以金属薄膜电容来替代陶瓷电容。与此同时，在使用电容时，另一个被称为“额定电压”的参数也是必须加以考虑的，以确保电容在其有效使用期内无故障预期。

额定电压：电容的额定电压由下式计算：

为了从放大器获得更加优良的输出信号和总体性能，输出滤波设计毫无疑问是一个至关重要的因素，不过，电源滤波也会是一个值得关注的重要问题。

D类放大器中的电源滤波有2个目的。

1. 使D类放大器与电源噪声隔离。

2. 对高频噪声进行旁路处理。在D类放大器设备中，至少包含两组电源，即模拟输入及控制(AVDD)和输出晶体管驱动(PVDD)。

图7：LM4681内部电路框图。

为了实现去耦电容，我们必须考虑峰值开关电流，以获得一个最小电容。针对峰值开关电流的最小有效电容可由下式计算：

式中：为周期，D_MAX为最大占空比，V_RIPPLE为纹波电压。

ESR在大多数场合中都会引起纹波电压。由ESR和I_PEAK产生的最大V_RIPPLE为：

由上式我们注意到：ESR将会对电容器的有效电容产生影响。建议并联两个或更多的电容，以减小针对不同频率范围的ESR。通常采用两种不同类型的电容，一般是把具有较高电容值的电解电容或钽电容用于低频滤波器(小于10kHz)，而将一个并联的小容值陶瓷电容用于高频滤波(＞300kHz)。

对于D类音频放大器，“美国国家半导体”推出了10W单声道D类产品LM4668和LM4680。这些产品只需要少量外部元件，为工程师带来了音频产品的简易而完善的解决方案。LM4668和LM4680采用平衡、浮动调制器设计来免除衬底噪声。平衡调制器的PWM输出用于驱动LM4668或LM4680的H桥配置输出功率MOSFET的栅极。脉冲序列将被加至一个输出LC滤波器，以消除不需要的高频信号。LM4668和LM4680的调制器的标称开关频率约为450kHz。

下面给出的是LM4680的应用框图(见图5)，其LC输出滤波器的取值已确定(表2)。

推导出的元件与截止频率(F_c)的关系式为：

滤波器的两个电感的数值等于：

三个电容的数值均等于：

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