STA575是ST公司生产的一种AC耦合输入AB类输出并与数字处理器STABP01结合使用的一种高效率和高品质立体声BASH 功率放大器芯片。
封装、内部结构及电气特性
STA575采用27脚FLEXIWATT封装。它在芯片上集成了预放大器输入级、外部可编程反馈型压缩器、绝对值检波电路、输出电桥放大器、接通/关断时序电路及安全工作区(SOA)、过电压和过热保护等电路,内部结构如图1所示。
STA575在RL=418 和THD=0.5%下的输出功率为75W 2,在RL=8 和THD=10%下的输出功率达100W 2。该器件的工作范围限制值分别为:
正电源电压+VS=20 32V,负电源电压-VS=-10 24V,最大峰值输入电压Vin(peak)= 8V,最大峰值输入电流Iin(peak)=
1mA,压缩器输入门限电压VTHRESH=-5 0V,脚Stby/Mute最大输入电流Istby(max)=200 A,工作环境温度Tamb=0
70℃。
功能与工作原理
STA575集成了构筑立体声功率放大器所必需的电路。每一个通道以输出电桥功率放大器为基础,同时加进压缩与检波电路和保护电路。
1.工作模式设定
施加于IC脚11(脚Stby/Mute)的电压决定IC工作状态:当V脚11>4V时,IC进入正常状态操作;当V脚11<0.8V时,IC进入待机模式,与信号通路有关的所有电路关闭;当V脚11=1.6
3V时,IC进入静噪抑制(无声)模式,扬声器输出降为地电位。当IC检测到危险情况时,脚11内的开/关时序电路迫使IC迅速进入待机模式或静噪抑制状态。
2.信号压缩
为防止大功率消耗和信号削波失真,STA575的压缩器电路对输入信号进行压缩。输入端预放大器的电压增益CT=5,在大信号输入或低电源电压下,其增益通过外部可编程反馈型压缩器降低26dB。IC的压缩性能实际上是通过减小外部反馈网络的阻抗实现的,但也与音频输入信号电压电平和IC脚17上压缩器输入门限电压Vth有关。在实际应用中,电路的约束条件为Vth=-5
0V,最大输入峰值电压Vinpk(max)=8V。在不同门限电压Vth下,压缩器衰减与输入电压幅值Vinpk之间关系如图2所示。
3.绝对值检波
绝对值电路对压缩后的信号进行检波,以为外部数字变换器提供控制电压。其输出电压摆幅在内部被限制,增益在内部固定在14。
4.输出电桥放大器
输出电桥放大器利用两个功率放大器,可以单端连接到音频信号的差分变换。一个放大器采用同相拓朴,增益是2;另一个采用反相拓朴,带单位增益(unity
gain)。为保证在输入脚PWR_INP1和PWR_INP2有一个高输入阻抗,在每一个通道中的功放级电路中,第二个放大器由第一个放大器的输出驱动。
5.功率保护
为保护功率桥路的输出晶体管,STA575内置功率检波器电路,如图3所示。流过功率电桥的电流通过脚CD+1与CD+之间连接的电流感测电阻RSENSE检测,同时内部电路也测量其电压降落。检测信号经变换和倍乘,产生电流IPD,并且该电流正比于输出晶体管上的瞬时消耗功率。IPD与参考电流IPDA相比较,当电流较大时,若功耗PD>32W,电流IPROT则施加到保护脚,以为数字变换器中处理器芯片提供保护信号,减小数字变换器输出级电压和功率消耗。当IPD达到一个较高的门限(即PD>60W)时,经电流比较器从PDP1输出到开/关程序电路,使芯片关闭。如果流过限值是0.1
的Rsense电流达7A(脚CD+1与CD+之间电压降达0.7V),芯片同样被关闭。
STA575内置热保护电路。当平均结温达130℃,且输出电桥进入Mute模式或当平均结温达150℃时,芯片关闭。此外,当电源电压之和|Vs+|+|Vs-|<20V和在[(VCD+)-(VCD-)]/2>5V情况下,芯片也会关闭。
应用电路
STA575的典型应用及测试电路如图4所示。信号电路通过+VS和-VS偏置,而输出放大器最后一级电路通过两个外部电压(CD+和CD-)施加,从而使输出晶体管保持在最小电平上,获得放大器的高效率。R1和R2为输入电阻,R3和R4是反馈电阻,预放大器(未压缩)的增益G=R3/R1=R4/R2=50k
/10k =5。IC脚17为压缩器门限电压输入,脚11外部RC网络及开关用作决定放大器工作状态。脚3外部的C3和R5及脚25外部的C4和R6分别为冲击和释放时间定时元件(冲击时间Tattack=13ms,释放时间Trelease=1S)。脚6外部电阻R16和脚22外部电阻R17(均为0.1
/4W),分别是安全工作区(SOA)检测器的电流感测元件。脚16和脚12上的输出分别为数字处理器STABP01提供参考和保护信号。
STA575与数字处理器STABP01芯片结合使用时的电路框图如图5所示。STABP01用作控制数字变换器,通过分析音频输入,处理器决定适当的开/关过程,为数字变换器产生数字脉冲并变换成功率信号馈送到功率放大器。反馈系统允许处理器不断适应音频信号并重新产生数字脉冲,因此在器件输出获得一个恒定电压。
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