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从TK2350看T类功率放大器(下)
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T Class Power Amp: TK2350
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■天津北海数字通信技术有限公司 邢中柱
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4．调制器反馈设计
调制器将输入级送入的信号转换成高压的输出信号。它的最佳增益取决于调制器允许的最大反馈电平和功率级的供电电压最大值。根据最大供电电压，调节反馈比使性能达最佳。RFBA、RFBB和RFBC的值决定了调制器的增益。根据最大供电电压，将这些电阻的值确定后，即使因电流变动引起的电源发生波动，调制器的增益也是固定的。
为了得到最好的信噪比和最小的畸变，调制器的反馈电平峰峰值最大应为4V，这样便可保证调制器的增益尽可能低，留出的余地使反馈级不会因反馈信号过大而钳位。
图5说明了放大器输出来的反馈信号如何返回调制器输入的。返回到调制器输入（对于声道1而言，即为FBKOUT1/FBKGND1）可认为输入到反向差动放大器。RFBA和RFBB将反馈信号偏置到约2.5V，RFBC将大输出（OUT1/OUT2）信号定标到4V峰峰值之下。
调制器反馈电阻分别为：
R_{FBA}=由用户规定(一般选1.0k )
R_{FBB}={R_{FBA} VPP}\over{VPP-4}
R_{FBC}={R_{FBA} VPP}\over{4}
A_{V_MODULATOR}≈{R_{FBC} (R_{FBA}+R_{FBB})}\over{R_{FBA} R_{FBB}}+1
上述方程，有一前提，即VPP=|VNN| 。
5. 静音
将逻辑"高"信号加到静音（MUTE）输入端时，两个声道的放大器均进入静音状态（该时高侧和低侧的晶体管均被关断）。将逻辑"低"信号加到静音（MUTE）输入端时，两个声道的放大器（经过一段延时），进入工作状态。从撤消静音状态到TK2350进入非静音状态的延迟时间约为200毫秒。
6.开通和关断噪声
TK2350放大器存在开通和关断噪声，它常常是接到TK2350的外部电路引起的。虽然TK2350有电路结构用于抑制这种噪声，但电源与其他的音响电路、TK2350组装在一起，则听得见的瞬变（噪声）就会显现出来。这些因开关引起的爆裂声和嘀嗒声有一个根除办法，即在电源开关时，将放大器与扬声器的接通/关断插入一段延迟时间。该延迟还可用于在元件故障（如输出MOS场效应管短路等）时保护扬声器。这种保护机制在一些放大器中均使用。TK2350的外接电路需要对这些故障进行检测。
7. 直流偏移
TK2350放大器输出的扬声器端，会出现一很小的直流偏移。Tripath公司建议不论放大器与相关电路的IN1和IN2是如何连接的，均将偏移调到"0"。声道1用ROFA（声道2用ROFB）调"0"，一旦设定，偏移不会因温度变化而漂移，故不必用跟踪电路。实际的偏移调节允许在
25mV范围内。若放大器采用差动方式输入，则每个声道的偏移需重新调节一下。
8.HMUTE
HMUTE引脚是TC2001芯片的5V逻辑输出端，它指出器件内部出现的各种故障，如过流，过压，和欠压等。HMUTE引脚可通过串接一2
k 的电阻直接驱动LED。
9. TK2350的保护环节
过流保护
TK2350有一过流检测电路，用以检测其本身，和输出晶体管的短路状况。TK2350从通过电阻RS上的电压来检测过流状况，RS分别接在TP2350芯片的OCS1HP、OCS1HN之间，和OCS1LP、OCS1LN之间，并且是串接在MOSFET功率管中，以便检测过流状况。RS和ROCR用来设定过流阈值。
当ROCR两端的电压大于VTOC（约为1.0V）时，TC2001的放大器输出级被关断。过流条件一出现，该状态即被锁存在TK2350。要清除该被锁存的状态，应给静音引脚（MUTE）一翻转触发，或将电源先关断，再开启。
过流阈值的设定
RS和ROCR用来设定过流阈值ISC。
I_{SC}={3580 (V_{TOC}-I_{BIAS} R_{OCR}}\over{R_{OCR} R_{S}}
R_{OCR}={3580 V_{TOC}}\over{I_{SC} R_{S}+3580 I_{BIAS}}
其中：RS和ROCR的单位是 ；
VTOC为过流检测电压的阈值（请见电气特性表）＝1.0V（典型值）；
IBIAS=20 A。
大额定功率电阻有几个常用的低阻取值，它们是10 m ，25 m ，和50 m 。ROCR可采用上述的几个RS取值去调节特殊的过流阈值。
要提醒的是，添加一大容量的电容CHBR将增加ISC的电平，因此，实际的值要比上述的理论值大，故一旦设计者已布好了印制电路板，CHBR值也设定，系统的ISC可用增加ROCR取值方法进行调节。ROCR增加到负载允许的范围，既不会使输出信号在未超过限流范围即截止，又能使MOS场效应管在短路情况下仍然得到保护。
过压和欠压保护
TC2001通过连接到VNNSENSE和VPPSENSE两引脚的一个外部电阻网络检测电源的电压状况。过压和欠压限制值由检测网络的电阻值确定。若电源电压值超出了电阻网络规定的过压和欠压限制值，则TC2001将放大器的输出级关断；若过压或欠压状况消除，则TK2350恢复正常工作状态。
TC2001已将对VPP和VNN供电电源的过压、欠压保护环节做在器件的内部，所谓的正常工作电压一般选在电源变动的中心点（称之为标称电压）处，故电源电压允许在标称电压上下有所波动。
VPPSENSE（引脚19）是正电源VPP的过压、欠压检测引脚。VNNSENSE（引脚17）是负电源VNN的过压、欠压检测引脚。当通过RVPPSENSE（或RVNNSENSE）的电流低于或高于电气特性部分规定值时，（这是因电源电压变化所致），TK2350将进入静音状态。VPPSENSE内部偏置在2.5V，而VNNSENSE则偏置在1.25V。
一旦电源返回正常工作电压范围（如电源电压检测电阻规定的），TK2350将退出静音状态，重新开始进入放大工作状态。但若放大器正处于上电的滞后期，TK2350依然是处于静音状态的。因此，可用的电源电压范围为VPP、VNN电源的过压关断和欠压关断之差。注意，与过压、欠压检测电路有关尚有一约为200毫秒的定时器。因此，考虑到TK2350因200毫秒引起的静音作用，电源电压必须比用户规定的电压范围来得宽。
图7说明了过压和欠压检测电路（电阻网络）是如何与VPPSENSE引脚、VNNSENSE引脚连接的。
10.输出级器件
输出晶体管的选择
选择TK2350使用的MOS场效应管时，要考虑几个关键的参量，其中包括漏源开启电压（BVdss）、栅极总充电电荷(Qg)、和导通电阻（RDS(ON)）。
MOS场效应管的漏源开启电压（BVdss）的额定范围要考虑的是输出电压在VSPOS和VSNEG之间的摆动幅度，即因器件开关瞬间引起的电压摆动峰值，印制电路板的布局良好、还有BVdss至少要比VPP和VNN之间的摆动幅度的50%大等因素。实际的BVdss，在电路定案时，尚要通过测量进行最后的验证。
对于一个使用MOS场效应管的优秀放大器，理想的参量是，栅极总充电电荷(Qg) 愈低愈好，低导通电阻（RDS(ON)）愈低愈好。遗憾的是，MPOS场效应管的RDS(ON)和Qg呈反比关系。从设计而言，要对器件的成本和性能两者进行权衡。低导通电阻（RDS(ON)）愈低，则I2
RDS(ON)愈低，即管子的功耗愈低，但相应的栅极总充电电荷(Qg) 要高些，则高频的开关损耗（该损耗 ）。导通电阻（RDS(ON)）愈低则意味着器件使用的硅芯片较大，故成本也高。较高的导通电阻（RDS(ON)）意味着成本较低，开关损耗较低，但功耗（I2
RDS(ON)）较高。
MOS场效应管的栅极电阻选择
栅极电阻RG用作控制MOS场效应管的开关上升/下降时间，从而减小电压过冲。由于每次对场效应管的充电，使其开关，故电阻也要消耗一部分的功率。如栅极电阻RG的阻值太小，则驱动器即会产生过多的热量；若很大，则导致MOS场效应管开关速度变慢，该时要求开通前关断（BBM）的延迟时间要加大些。
开通前关断（BBM）间隔定时控制
半桥结构的功率场效应管要确定一死时间，即当一场效应管关断后，间隔一段时间，再开通另一个场效应管（即开通前关断），以保证冲击电流为最小。BBM1和BBM0是逻辑输入引脚（接到逻辑高电平处，或下拉到逻辑低电平），对该两引脚的逻辑电平的设定，即控制了输出场效应管的开通前关断的间隔时间。
在设定开通前关断间隔（BBM）时，要考虑到减小BBM，则畸变减小，但冲击电流增加，功耗增加。40ns和0ns两档设定不推荐使用，因冲击电流过大，因此在绝大多数应用中，均将BBM1接到地处（保持逻辑低电平）。本说明中所有的性能特性均按BBM为80ns或120ns进行测定。BBM的实际数值与其他元件值及印制电路板的布局有关，故所选之值应针对实际的应用电路和印制电路板进行验证。还要考虑的是，在最高使用温度和最大输出功率情况时，输出MOS场效应管的冲击电流会增加，故考虑该情况，设定的BBM要比室温下的更高些。
输出滤波器设计
输出滤波器设计
Tripath放大器优于PWM解决方案的原因之一是使用了有较高截止频率的滤波器。这意味着音响频带在20kHz处，因滤波器引起的阻抗突增或突降可忽略。这对用户使用的扬声器究竟为4
还是8 很重要。此外，扬声器不是纯电阻负载，也不是纯电感负载，改变扬声器型号的情况也时有发生。
Tripath公司推荐的滤波器为二阶的、100kHz低通滤波器。其参数选为LF=11 H，CF=0.22 F性能为佳。
致于输出滤波器电感，选择的磁芯材料会影响TK2350放大器的失真状况。Tripath公司推荐使用低 值，型号为Type-2的铁粉芯磁芯，因其具有低损耗，高线性特性。在评估板EB-TK2350上使用的T106-2磁芯，其绕制用16AWG线规的漆包线绕29圈即可。
Tripath公司还建议，在LC低通滤波器之后，再接入一RC阻尼器。当TK2350在无负载工作时，LC滤波器里会产生一很强的谐振电流峰，导致输出的MOS场效应管和/或其他元件产生过热现象。RC回路即可对该谐振电流峰进行阻尼，从而防止此现象的发生。该环节的参数以RD=20
和CD=0.22 F为佳。
供电电源
TP2350要求用一附加的电源VN10。VN10必须比VNN高10V，且VN10的电平应以VNN为参照。如果VNN用的是非稳压电源，则必须对VN10作出合理的设计。一般而言，对VN10这个电源要十分小心。
一般得到VN10的办法，即相对于VNN为参照，而不是以功率地（PGND）为参照。TP2350包含一内部的开关型电源控制器，由它产生TP2350芯片中MOSFET驱动器级必须的浮动电源。SMPSO引脚（TP2350芯片的引脚60）提供的开关输出波形，以驱动P沟道MOSFET的栅极。P沟道MOSFET的源极接到功率地，而P沟道MOSFET的漏极则通过100
H电感接到VN10。本说明中的各性能曲线及效率测量均采用了内部VN10发生器。Tripath公司建议使用内部VN10发生器。
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