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为什么G类音频放大器可以拥有很高的效率?

导读: 音频是便携式消费类电子设备不可或缺的一个重要组成部分。集成耳机音频功率放大器有助于放大低功耗基带音频信号,以在使用耳机时驱动清脆、清晰的音频。另外,这些放大器都需要具有极高的效率,以实现更长时间的电池寿命。

  音频是便携式消费类电子设备不可或缺的一个重要组成部分。集成耳机音频功率放大器有助于放大低功耗基带音频信号,以在使用耳机时驱动清脆、清晰的音频。另外,这些放大器都需要具有极高的效率,以实现更长时间的电池寿命。为了迎接这种挑战,广大设计人员将使用G类音频放大器拓扑结构。

  效率的定义为输出功率(向负载提供的功率)与输入功率(从电池吸取的功率)的比,用百分比表示。更高的效率意味着以热损耗形式浪费的电池功率更少。为了改善便携式音频设备的电池使用寿命,放大器需要更高的效率。

  典型的线性音频放大器拓扑结构为A类、B类、C类和AB类。虽然这些音频放大器均为线性;但它们的效率并不是很高。请参见表1和图1。

  

  表1 线性音频放大器拓扑结构

  

  图1 各种放大器拓扑的导电角

  AB类(线性)放大器具有固定的电源轨,消耗固定量的电源电流,以获得理想的输出电压。在桥接式负载 (BTL) 状态下,该电源电流等于输出电流。通过负载的电源电流致使所有输出MOSFET出现压降。MOSFET压降增加的这些电流,在放大器中形成较大的功耗,这就是AB类放大器效率仅为50%的原因。

  什么是G类拓朴?

  在极高电平条件下,G类拓扑为一种多电源的AB类拓扑变体。G类拓扑充分利用了典型音频/音乐源都具有极高峰值因数 (10-20dB) 的这一有利条件。这就意味着峰值音频信号高于平均音频信号 (RMS)。大多数时候,音频信号都处在较低的幅值,极少时间会表现出更高的峰值。

  新型G类拓扑使用自适应降压转换器,以产生随音频信号移动的电源电压。它为大多数平均音频信号产生有充足余量的低电源电压,并切换至高电源电压来适应偶发的峰值电压。由于电源的自适应特性,高峰值因数的典型音乐/音频源的功耗得到极大降低。这样便带来更低的电池电流消耗,从而获得比AB类构架更高的效率。

  这种电源电压为自适应型。它在高音量音频信号时升高,从而防止大峰值电压失真,同时在小音频峰值时下降来降低功耗。

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