開關(guān)放大器或D類放大器在消費(fèi)類音頻設(shè)備中的應(yīng)用已經(jīng)快速上升到了一個(gè)很突出的水平，從MP3播放器,、手機(jī),、游戲機(jī)、LCD-TV到家庭影院,。D類放大器的最大競爭優(yōu)勢是特別高的功率轉(zhuǎn)換效率,，在實(shí)際應(yīng)用中可高達(dá)85%～90%，而線性AB類放大器在典型的功率輸出水平上通常只能達(dá)到25%,。

　　在手持應(yīng)用中,，D類放大器的低功耗允許設(shè)計(jì)師可在保持很長電池充電間隔的同時(shí)提供很高的音頻質(zhì)量。對(duì)所有個(gè)人通信和音響設(shè)備來說,，電池壽命是一個(gè)關(guān)鍵的性能指標(biāo),。對(duì)于市電供電設(shè)備(如A/V視聽產(chǎn)品和游戲機(jī)),，D類放大器的高功效可帶來更低的散熱量。從而使設(shè)計(jì)師可以采用更小的散熱器來實(shí)現(xiàn)更簡潔的外形,、更低的材料和組裝成本,。事實(shí)上，精心設(shè)計(jì)的電源可以使每通道輸出功率高達(dá)幾瓦的應(yīng)用無須散熱片,。

　　D類放大器解決方案

　　D類放大器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括一個(gè)脈寬調(diào)制器,、一個(gè)功率橋輸出電路和一個(gè)低通濾波器。目前,，市場上的D類放大器可以幫助用戶節(jié)省很多設(shè)計(jì)工作,，如屏蔽放大器開關(guān)操作所產(chǎn)生的電磁干擾和選擇最合適的開關(guān)頻率。提高開關(guān)頻率可以降低輸出濾波要求,，但會(huì)因MOSFET柵極電容而導(dǎo)致更大的功率損失,。因此，開關(guān)頻率選擇要求在外部元件數(shù)量和功率轉(zhuǎn)換效率之間做一個(gè)平衡,。功率橋的設(shè)計(jì)取決于所期望的D類放大器的輸出功率,。

　　例如，目前市場上已有D類耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器和D類揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器,，這些不同配置的一個(gè)關(guān)鍵不同是輸出級(jí)的設(shè)計(jì),。設(shè)計(jì)用于揚(yáng)聲器的D類放大器能夠產(chǎn)生小于1瓦到幾瓦的輸出功率，且無須散熱片,。這些IC為許多消費(fèi)類應(yīng)用提供了單芯片解決方案,，從便攜式多媒體播放器到游戲機(jī)和一些LCD-TV。在大多數(shù)這些應(yīng)用,，特別是手持產(chǎn)品中,，單芯片解決方案是至關(guān)重要的。

　　不過,，對(duì)于非常高的輸出功率,，一個(gè)D類放大器可以結(jié)合一個(gè)采用音頻功率MOSFET構(gòu)建的外部輸出級(jí)來實(shí)現(xiàn)。該D類放大器必須提供一個(gè)合適的預(yù)放大器,，所選的分立MOSFET必須是針對(duì)數(shù)字音頻操作而優(yōu)化的,。

　　濾波

　　D類MOSFET H橋的輸出是一個(gè)代表音頻信號(hào)的方波。開關(guān)頻率元件必須被衰減,，以防止干擾和確保最終產(chǎn)品通過電磁兼容(EMC)認(rèn)證,。這要求一個(gè)截止頻率略高于音頻頻帶的低通濾波。因此,，開關(guān)頻率越高,，這些元件的衰減就越大。這允許采用尺寸更小的外部濾波元件,。

　　另一方面,，MOSFET上的損耗會(huì)隨著開關(guān)頻率的提高而增加,，從而降低效率，并導(dǎo)致更大的功耗和帶來相關(guān)的熱管理問題,。特別是,，在MOSFET柵極電容上產(chǎn)生的開關(guān)損耗，會(huì)隨著工作頻率的提高而線性增加,。因此,，通常認(rèn)定D類放大器輸出級(jí)的設(shè)計(jì)要具有低損耗的MOSFET，并正確設(shè)置了開關(guān)頻率,，以滿足電磁干擾(EMI)的特定要求,。

　　用無濾波器的D類放大器連接到揚(yáng)聲器 (如手機(jī)揚(yáng)聲器)，對(duì)于尺寸和成本都很敏感的應(yīng)用來說是一個(gè)明顯的優(yōu)勢,。當(dāng)D類放大器輸出靠近揚(yáng)聲器時(shí),，揚(yáng)聲器線圈的寄生電阻和電感可組成一個(gè)適當(dāng)?shù)腖R低通濾波器?？捎糜跓o濾波器配置的D類放大器的一個(gè)例子是歐勝的WM8960,。如果D類放大器輸出與揚(yáng)聲器的距離比較遠(yuǎn)，那么需要用一個(gè)鐵氧體磁珠來產(chǎn)生少量附加的電感,，以改善EMC性能,。

　　電源設(shè)計(jì)

　　與線性A/B類放大器相比，采用D類放大器的設(shè)計(jì)師還必須更密切注意電源性能對(duì)音頻輸出質(zhì)量的影響,。因?yàn)镈類輸出是一個(gè)開關(guān)級(jí),，將電源軌直接有效地連接到音頻輸出后,，電源上的音頻頻帶波動(dòng)將直接調(diào)制輸出信號(hào),。因此，設(shè)計(jì)師必須確保音頻頻帶上的高負(fù)載調(diào)節(jié),，或采取措施消除市電或音頻帶紋波的影響,。

　　許多制造商提供浮動(dòng)穩(wěn)壓器，必要時(shí)它可以添加到現(xiàn)有的電源中,，以改善負(fù)載調(diào)節(jié),。對(duì)每個(gè)放大器輸出采用一個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)壓器，具有減少音頻通道之間串?dāng)_的附加優(yōu)勢,。不過,，一個(gè)額外的穩(wěn)壓器或一對(duì)穩(wěn)壓器增加了總的實(shí)現(xiàn)成本。此外,，穩(wěn)壓器功耗降低了效率增益,，而效率增益是采用D類放大器的一個(gè)關(guān)鍵理由。

　　此外,，提高放大器的電源抑制比(PSRR),，降低了負(fù)載調(diào)節(jié)對(duì)音頻輸出信號(hào)的影響,。添加PWM輸出到模擬音頻輸入的反饋通過補(bǔ)償電源電壓的變化提高了PSRR。這可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)80dB左右的PSRR,，這已經(jīng)非常接近便攜式應(yīng)用使用的差分AB類放大器的PSRR,。不過，如果D類放大器輸入信號(hào)是純粹的數(shù)字音頻,，那么這一技術(shù)不適用,。全數(shù)字D類放大器的PSRR是0分貝，而且設(shè)計(jì)師必須確保電源電壓的小偏差調(diào)節(jié),。

　　電源的瞬態(tài)性能也應(yīng)當(dāng)考慮,。為了精確地再現(xiàn)PWM波形，電源必須能夠?qū)ν蝗缙鋪淼碾娏髯兓杆俜磻?yīng),。線性放大器在這方面的要求不高,，因?yàn)檩敵黾?jí)的帶寬局限于音頻范圍。對(duì)于一個(gè)針對(duì)D類放大器設(shè)計(jì)的電源來說,，導(dǎo)致糟糕瞬態(tài)響應(yīng)的音頻帶外電壓波動(dòng),，將調(diào)制PWM信號(hào)，從而引入在音頻輸出端可聽得見的諧波失真,。

　　一個(gè)有幫助的技術(shù)是安置不同輸出級(jí)的MOSFET在不同的開關(guān)中,，這可減少峰值電源電流。例如,，歐勝5～7.1聲道數(shù)字功放控制器WM8608,，具有一個(gè)內(nèi)嵌的‘PWM輸出相’功能，它可在每個(gè)輸出聲道的PWM信號(hào)之間引入160ns的延遲,，這樣就具有PWM周期內(nèi)分散開關(guān)瞬態(tài)電流的效果,。在一個(gè)6聲道的多聲道系統(tǒng)中，這一技術(shù)可大幅降低最大瞬態(tài)負(fù)載電流,，并降低串?dāng)_,。