G/H类放大器:如何实现高音质和低功耗的承诺类放大器:如何实现高音质和低功耗的承诺
在传统的高保真系统中,音频放大器技术规格总是强调音质的好坏,对功率损耗的程度却很少考虑。然而,随
着音频行业便携式高保真领域的增长,传统放大器器件的缺点,特别是它的低效率,已成为当前亟需解决的问
题。 传统上,音频播放设备采用所谓的AB类放大器,此类放大器失真小,从而产生较高的音质。然
而,AB类放大器的运行方式解释了其效率低的原因:放大器内部电压会随着输出电压降低而降低。放大器的晶
体管会消耗过多的电力,因此,随着输出扬声器功率的下降,系统的效率便会降低。 对于电源供电的高保
真设备来说,这不是太大的问题;但对于电池供电的音频设备,如手机和MP3播放器而言,这是一个相当大的
困扰,因为音频放
在传统的高保真系统中,音频放大器技术规格总是强调音质的好坏,对功率损耗的程度却很少考虑。然而,随着音频行业
便携式高保真领域的增长,传统放大器器件的缺点,特别是它的低效率,已成为当前亟需解决的问题。
传统上,音频播放设备采用所谓的AB类放大器,此类放大器失真小,从而产生较高的音质。然而,AB类放大器的运行方
式解释了其效率低的原因:放大器内部电压会随着输出电压降低而降低。放大器的晶体管会消耗过多的电力,因此,随着输出
扬声器功率的下降,系统的效率便会降低。
对于电源供电的高保真设备来说,这不是太大的问题;但对于电池供电的音频设备,如手机和MP3播放器而言,这是一
个相当大的困扰,因为音频放大器的耗电量在整个系统中占有相当大的比例。以MP3播放器为例,音频放大器的耗电量占整
体耗电量的比例高达80%。
因此,音频设备设计师一直在寻找能够强化AB类拓扑的方法。本文要探讨的问题在于,通过使用G类或H类等新技术所达
到的省电效果是否值得?如果系统设计师采用了G类或H类放大器,那么采用G类或H类这两种方法所带来的功耗方面的差异,
是否大到足以影响整体功率预算?
便携式音频设备的系统要求便携式音频设备的系统要求
手持设备使用的音频放大器通常会驱动一个16?或32?的阻抗,这两种阻抗往往会消耗设备的大部分功率预算。这意味着
任何有关功率放大器效率的改善,都能显著提升整个设备的效率及电池使用时间。
如同我们看到的,影响传统音频放大器效率重要的参数是峰值输出功率。这主要由设备使用的耳机类型决定:相对于头戴
式耳机,耳塞式的峰值功率要求较低,不过两个声道的典型输出功率值范围为各4mW,总功率可高达2×30mW。
对32? 阻抗的耳机扬声器而言,若输出功率为30mW,则需要±1.38Vpk的放大器输出摆幅。这个应用的放大器级将需要
100-200mV的额外电压空间。因此,耳机放大器的电源电压将是2×1.5V = 3.0V
为避免使用对应用而言太大的输出DC退耦电容器,一般会使用电荷泵来产生耳机放大器所需的负电源轨,使音频输出运
行于电池接地点附近。这种配置便是"真接地"耳机放大器。它使用1.5V正电源; -1.5V电源轨则来自电荷泵。
常用的电池类型是锂离子电池,一般会产生3.6V输出。高效的DC/DC降压转换器能在不产生大幅损耗的情况下,将电池
输出转换为正1.5V电源。这是AB类放大器常见的配置,典型系统框图见图1。
图1:真接地耳机放大器。
(DC/DC降压转换器、用于负电源的电荷泵、AB类放大器控制单元、耳机放大器)
高质量DC-DC转换器能以高达93%的效率将锂离子电池电压从3.7V转换为固定的1.5V输出电压。相对于放大器晶体管消
耗2.2V(3.7V电池电压 -1.5V工作电压)的情况,这个方法当然更为有效率。
但是,这并不能掩盖除了在高输出电压水平以外,晶体管仍然会消耗大量电能的事实。要解决这个问题,需要改变放大器
本身的电源配置,这就是开发G类和H类放大器的原因。