Class D 功放高次諧波過流保護(hù)分析和解決方法

摘要

高次諧波過流保護(hù)是一種特殊的過流、過功率現(xiàn)象。通常用戶的電路設(shè)計完全正確，常規(guī)功率測試未超過額定功率。該種保護(hù)的定位及解決較為困難。本文結(jié)合理論分析和實際經(jīng)驗分析了高次諧波過流保護(hù)的原因，并提供了解決方案。

1、Class D 高次諧波過流保護(hù)現(xiàn)象

通常Class D 功放芯片都會設(shè)計有過流保護(hù)功能，在輸出電流超 過限流閥值后芯片自動關(guān)閉驅(qū)動信號停止輸出。一般的過流保護(hù)是由于輸出功率超過額定或者輸出短路而引起。還有一種特殊的過流保護(hù)現(xiàn)象是由于高次諧波能量過 大引起。高次諧波過流保護(hù)是一種特殊的過功率現(xiàn)象。通常用戶的電路設(shè)計完全正確，常規(guī)功率測試未超過額定功率。這種保護(hù)具有以下幾個特征：

. 問題機(jī)器在1KHz 標(biāo)準(zhǔn)音頻信號測試時輸出功率并未超過最大輸出功率。

. 播放高頻成分較多的歌曲較容易出現(xiàn)保護(hù)。

. 使用水泥電阻代替喇叭作為負(fù)載，保護(hù)現(xiàn)象消失。

. 減小，或者去掉輸出LC 濾波器的電容，保護(hù)現(xiàn)象消失。

若上述現(xiàn)象發(fā)生則可以懷疑是由于高次諧波能量引起的過流、過功率保護(hù)。高次諧波過流保護(hù)的原因較為復(fù)雜，首先分析一下LC 濾波網(wǎng)絡(luò)及喇叭阻抗的頻率響應(yīng)特性。

2、LC濾波器的頻率響應(yīng)

圖1是一個典型的Class D 輸出濾波網(wǎng)絡(luò)（BTL 輸出模式）。LC 濾波器由L，C 和負(fù)載R 組成。

LC 濾波器的截止頻率和Q 值計算公式為：

一般ClassD的輸出LC濾波器截止頻率設(shè)置在30kHz---50kHz 范圍內(nèi)為的是提供足夠大的高頻衰減的同時不影響音頻頻帶內(nèi)的增益平坦性。LC濾波器Q值隨著負(fù)載阻抗的增大而增大，即輸出增益在截止頻率處有一定的提升。下圖是一個濾波器頻率響應(yīng)曲線：

該例子中L=15uH，C=1uF，截止頻率Fn約為29kHz，在Class D 的開關(guān)頻率（約300kHz）位置提供-40dB 的衰減。在截止頻率處，不同的負(fù)載阻抗呈現(xiàn)出不同的增益。理論上空載極端情況下增益為無限大，LC 進(jìn)入諧振狀態(tài)。

一般來說，由于Fn設(shè)計高于20kHz，截止頻率處的增益改變不會影響到音頻頻帶內(nèi)的幅頻響應(yīng)。但音頻帶外的信號會受到該部分的影響并輸出到負(fù)載產(chǎn)生功率。若輸出信號內(nèi)正好存在位于Fc處的高次諧波，同時LC濾波器Q值又很高的時候，高次諧波的功率就會被放大。有可能超過電流限制閥值而導(dǎo)致過流保護(hù)。

由于LC濾波器的Q值和負(fù)載R有關(guān)，只有當(dāng)R非常大的時候才會出現(xiàn)高次諧波被放大的現(xiàn)象。在實際中負(fù)載R是動圈式喇叭。關(guān)于喇叭阻抗R和頻率的關(guān)系在下節(jié)中給出。