无滤波器双路D类功放MAX9713/9714原理与应用

摘要：MAX9713／MAX9714是Maxim公司最新推出的无滤波器双路Ｄ类音频功率放大器。文中介绍了MAX9713／MAX9714的基本性能和主要特点，给出了MAX9713／MAX9714的引脚功能和主要性能参数，同时给出了该器件在音响设备上的应用电路。 关键词：MAX9713；MAX9714；D类；音频；功率放大器 １　概述 ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４无滤波器Ｄ类音频功率放大器是ＭＡＸＩＭ公司生产的开关型功率放大器的改进产品，其中ＭＡＸ９７１３是单声道功率放大器，ＭＡＸ９７１４是立体声功率放大器，它们均具有ＡＢ类功率放大器的性能和Ｄ类功率放大器的效率，且不需要传统Ｄ类功率放大器的输出滤波器，也不需要散热器，因而节省了电路板面积，降低了设计成本。ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４器件采用１０Ｖ～２５Ｖ单电源电压供电，静态电流仅为１８ｍＡ。在单路工作模式下，该器件可向８Ω负载输出高达６Ｗ的功率，且效率高达８５％，ＴＨＤ＋Ｎ低于０．０７％，ＳＮＲ超过１００ｄＢ，同时还具有短路和过热保护功能。因而可以广泛应用在台式计算机、笔记本电脑、汽车音响、ＬＣＤ监视器、投影仪和家用电视接收机等设备中。 ２ 引脚功能和主要参数 ２．１ 引脚功能 ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４均采用３２脚ＴＱＦＮ封装，ＭＡＸ９７１３的封装尺寸为５ｍｍ%26;#215;５ｍｍ，ＭＡＸ９７１４的封装尺寸为７ｍｍ%26;#215;７ｍｍ，其引脚排列如图１所示，各引脚的功能如下： ＰＧＮＤ：电源地； ＶＤＤ：电源端，电压范围为１０～２５Ｖ； Ｃ１Ｎ：充放电电容负极； Ｃ１Ｐ：充放电电容正极； 图1 ＣＨＯＬＤ：充放电容控制电容接入端，设计时可用１μＦ电容连接到ＶＤＤ端； Ｎ．Ｃ．：空脚； ＲＥＧ：内部调节器输出端，应使用０．４７μＦ电容对地旁路； ＡＧＮＤ：模拟信号地； ＩＮ＋：同相输入端； ＩＮ－：反相输入端； ＳＳ：软启动端，使用时应在ＳＳ端到地ＧＮＤ端接０．４７μＦ的电容； ＳＨＤＮ：关机控制端，低电平有效； Ｇ１，Ｇ２：分别为增益选择１和２端； ＦＳ１，ＦＳ２：分别为频率选择１和２端； ＯＵＴ－：音频信号反相输出端； ＯＵＴ＋：音频信号同相输出端； ＩＮＬ－：左通道反相输入端； ＩＮＬ＋：左通道同相输入端； ＩＮＲ－：右通道反相输入端； ＩＮＲ＋：右通道同相输入端； ＯＵＴＲ－：右通道音频信号反相输出端； ＯＵＴＲ＋：右通道音频信号同相输出端； ＯＵＴＬ－：左通道音频信号反相输出端； ＯＵＴＬ＋：左通道音频信号同相输出端。 ２．２ 主要性能参数 ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的主要性能参数。 ３　电路原理与外围电路设计 ＭＡＸ９７１４的内部原理框图如图２所示，与ＭＡＸ９７１３相比，ＭＡＸ９７１４仅多了一个放大通道，其余部分完全相同。下面以ＭＡＸ９７１４为例，简要分析其主要单元电路的工作原理。 ３．１ 信号输入电路 ＭＡＸ９７１３／ ＭＡＸ９７１４内部采用全差动输入结构，与多媒体数字解码器输出兼容，可直接相连。由于ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４采用的是差动输入结构，因而可有效放大两个输入端的差模信号，同时也可抑制输入信号中的共模噪声。在有些应用场合，还可设置为单端输入方式，但此时输入信号、公共地到两个输入端之间的耦合电容不能省去。 输入电路中的电容ＣＩＮ既是信号耦合电容，又可与ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的输入阻抗构成高通滤波器，其电容值的大小直接影响高通滤波器下限截止频率的高低，为了使放大器具有较好的低频特性，ＣＩＮ的电容值不能太小，一般取０．４７μＦ较为合适。电容ＣＩＮ宜选用钽电容或铝电解电容，耐压值较高的陶瓷电容虽然也可以使用，但是容易引起低频失真，所以一般不宜使用。 ３．２ 调制模式 ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的调制方案有固定频率模式ＦＦＭ和扩散频谱模式ＳＳＭ两种。在固定频率模式ＦＦＭ下，可由ＦＳ１和ＦＳ２设定开关频率，其输出信号频谱由开关频率及其谐波成分组成，因此，即使开关频率在标称值的%26;#177;３５％范围内变化，也不会影响电路对音频信号的再现。 扩散频谱模式ＳＳＭ是Ｍａｘｉｍ公司独有的、具有专利技术的调制方案，可使输出信号频谱变得较为平坦，并能有效降低扬声器和连接电缆的ＥＭＩ辐射 满足ＦＣＣ辐射标准。在ＳＳＭ模式（通过置ＦＳ１＝ＦＳ２＝Ｈ来完成设置），开关频率将围绕中心频率（３３５ｋＨｚ）在%26;#177;１．７％ｋＨｚ内变化。虽然调制方式还是一样，但是三角波的周期在循环变化。输出信号频谱则随开关频率变化而变化，而对于能量谱，它们通常随着频率的变化分布在整个频带内，这样的频谱看起来就像白噪声，ＥＭＩ辐射也相应降低。 ３．３ 输出电路 传统的Ｄ类音频功率放大器为了从放大后的ＰＷＭ输出信号中还原音频信号，往往需要一个输出滤波器，这样既增加了成本和放大器的尺寸，又降低了效率。ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４不需要输出滤波器，而是利用扬声器内固有的线圈电感和扬声器来对发声频率范围内人耳所能听到的声音成份实现自然滤波，以达到体积更小、成本更低、效率更高的目的。这是因为，ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的工作频率远远超过大多数扬声器的发声频率范围。由于扬声器音频线圈的振动受低频信号的影响较大，受高频信号的影响非常小，因此，只要采用线圈电感大于３０μＨ的扬声器就能有效还原ＰＷＭ输出中的音频信号。典型的８Ω扬声器的线圈电感一般在３０μＨ到１００μＨ之间，所以无需输出滤波器，选用线圈电感值大于６０μＨ的扬声器可达到最佳的输出效果。 虽然ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４不需要输出滤波器，但是在使用时必须注意：输出端与扬声器之间的连接电缆长度不得超过３６ｃｍ。如果遇到输出线路的长度超过３６ｃｍ、电路板设计不够合理而影响输出效果、电路附近有电磁辐射敏感设备等情况，就必须设计输出滤波器。 ３．４ 开关机噪声抑制电路 ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４内部具有开关机噪声抑制电路。在关机过程中，放大器输出端的Ｈ型桥路通过３００ｋΩ电阻连接到ＧＮＤ端，输出端没有能听到的噪声信号输出。在开机过程中，输入放大器内部偏置电压被设置为较低的值，输入放大器不工作，从而可以达到静音、防止噪声输出的目的。开机后，随着软启动电容器两端电压的逐渐增加，输入放大器内部偏置电压会逐步达到正常值，电路开始进入正常工作状态。由于电容ＣＳＳ值会影响开机静噪时间的长短，为了达到最佳的静噪性能，电容ＣＳＳ的取值最小应该达到１８０ｎＦ。 ４　应用电路 图３是采用ＭＡＸ９７１４与ＭＡＸ９７２２Ｂ设计的多功能高效率立体声音箱放大器。该电路既可以用扬声器进行大功率立体声信号输出，也可以连接耳机以满足个人欣赏音乐之需，而且两种输出方式不同时工作，互不影响。图中，ＣＯＤＥＣ为音频信号输入端，当耳机插孔没有插入耳机时，场效应管栅极和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均为低电平，ＭＡＸ９７１４正常工作而ＭＡＸ９７２２Ｂ处于停机状态。当耳机插入耳机插孔后，场效应管栅极和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均为高电平，场效应管处于导通状态，ＳＳ端为低电平，ＭＡＸ９７１４处于非启动状态而无功率输出，而此时ＭＡＸ９７２２Ｂ则处于正常工作状态，电路将从耳机插孔输出经放大的音频信号。