工程師參考手冊（二）：D類功放設(shè)計須知

二、D類放大器散熱注意事項

　　摘要：D類放大器相比AB類放大器具有更高的效率和更好的熱性能。盡管如此，使用D類放大器時仍然需要慎重考慮其散熱。本應(yīng)用筆記分析了D類放大器的熱性能，并通過幾個常見的例子說明了良好的設(shè)計所應(yīng)遵循的原則。

　　連續(xù)正弦波與音樂

　　在實(shí)驗室評估D類放大器性能時，常使用連續(xù)正弦波作為信號源。盡管使用正弦波進(jìn)行測量比較方便，但這樣的測量結(jié)果卻是放大器在最壞情況下的熱負(fù)載。如果用接近最大輸出功率的連續(xù)正弦波驅(qū)動D類放大器，則放大器常常會進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)。

　　常見的音源，包含音樂和語音，其RMS值往往比峰值輸出功率低得多。通常情況下，語音的峰值與RMS功率之比（即波峰因數(shù)）為12dB，而音樂的波峰因數(shù)為18dB至20dB。圖1所示為時域內(nèi)音頻信號和正弦波的波形圖，給出了采用示波器測量兩者RMS值的結(jié)果。雖然音頻信號峰值略高于正弦波，但其RMS值大概只有正弦波的一半。同樣，音頻信號可能存在突變，但正如測量結(jié)果所示，其平均值仍遠(yuǎn)低于正弦波。雖然音頻信號可能具有與正弦波相近的峰值，但在D類放大器表現(xiàn)出來的熱效應(yīng)卻大大低于正弦波。因此，測量系統(tǒng)的熱性能時，最好使用實(shí)際音頻信號而非正弦波作為信號源。如果只能使用正弦波，則所得到的熱性能要比實(shí)際系統(tǒng)差。

　　圖1. 正弦波的RMS值高于音頻信號的RMS值，意味著用正弦波測試時，D類放大器的發(fā)熱更大。

　　PCB的散熱注意事項

　　在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TQFN封裝中，裸露的焊盤是IC散熱的主要途徑。對底部有裸露焊盤的封裝來說，PCB及其敷銅層是D類放大器主要的散熱渠道。如圖2所示，將D類放大器貼裝到常見的PCB，最好根據(jù)以下原則：將裸露焊盤焊接到大面積敷銅塊。盡可能在敷銅塊與臨近的具有等電勢的D類放大器引腳以及其他元件之間多布一些覆銅。本文的案例中，敷銅層與散熱焊盤的右上方和右下方相連（如圖2）。敷銅走線應(yīng)盡可能寬，因為這將影響到系統(tǒng)的整體散熱性能。

　　圖2. D類放大器采用TQFN或TQFP封裝時，裸露焊盤是其主要散熱通道。

　　與裸露焊盤相接的敷銅塊應(yīng)該用多個過孔連到PCB背面的其他敷銅塊上。該敷銅塊應(yīng)該在滿足系統(tǒng)信號走線的要求下具有盡可能大的面積。

　　盡量加寬所有與器件的連線，這將有益于改善系統(tǒng)的散熱性能。雖然IC的引腳并不是主要的散熱通道，但實(shí)際應(yīng)用中仍然會有少量發(fā)熱。圖3給出的PCB中，采用寬的連線將D類放大器的輸出與圖右側(cè)的兩個電感相連。在這種情況下，電感的銅芯繞線也可為D放大器提供額外的散熱通道。雖然對整體熱性能的改善不到10%，但這樣的改善卻會給系統(tǒng)帶來兩種截然不同的結(jié)果 - 即使系統(tǒng)具備較理想的散熱或出現(xiàn)較嚴(yán)重的發(fā)熱。

　　圖3. D類放大器右邊的寬走線有助于導(dǎo)熱

　　輔助散熱