K类音频功放防破音控制技术：低失真，恒定功率

"本文介绍了一种专用于K类音频功放的防破音控制系统，该系统通过自动检测和调整输出增益，防止音频信号在大动态范围内出现削波失真，确保在整个工作电压区间内保持低谐波失真并维持恒定的输出功率。文章描述了采用0.5微米CMOS工艺集成的2.0瓦单声道K类音频功放，实现在3.3V至4.2V电源电压下，增益为24dB，4Ω负载时，保持THD+N小于0.5%的低失真和2.0W恒定输出功率。此外，系统还涉及到了电荷泵架构的应用，以增强输出动态范围和音频质量。" 1. K类音频功率放大器概述 K类音频功率放大器结合了A类、B类和D类放大器的优点，它利用电荷泵架构提供高于电池电压的高压电源，从而在广泛的输入动态范围内提供高质量的音频输出，尤其适合便携式设备，能够适应电池电压的变化。 2. 防破音控制系统的实现 防破音控制系统的核心是电平比较器、增益控制模块和电阻盒模块。电平比较器检测前置放大器输出与设定阈值的差异，当检测到输出信号达到或超过阈值时，发送信号给增益控制模块。增益控制模块根据这个信号决定是否降低增益，以防止过载。电阻盒模块则根据增益控制模块的输出调整电阻，进一步控制放大器的增益。此系统能有效避免削波失真，同时保持线性度，避免引入额外的非线性失真。 3. 系统性能验证 测试结果显示，该K类音频功放在3.3V至4.2V电源电压下，增益24dB，4Ω负载时，输入动态范围可达0~1.2Vrms，期间THD+N保持在0.5%以下，实现2.0W的恒定无削波输出功率。这些性能指标证明了系统的稳定性和高效性。 4. 电荷泵架构的作用 电荷泵架构提高了K类放大器的电压供给，使得放大器可以在较低的电池电压条件下提供更高的输出动态范围，这对于提升音频质量尤其关键，尤其是在电池电量下降时，仍能保持良好的音频表现。 5. 灵活性与可调性 防破音控制系统通过调整门限阈值电压VREF，可以设定起控电平，从而控制最大输出功率。同时，增益控制模块的参数可调，允许用户自定义增益控制启动的时间（Atta），以适应不同的应用场景和用户需求。 这种K类音频功放的防破音控制系统为便携式音频设备提供了高性能的解决方案，确保在各种条件下都能提供清晰、无失真的音频输出，同时保护扬声器免受过载损伤。其设计考虑了效率、线性度、可控性和灵活性，充分满足了现代音频设备对于音质和电池寿命的双重需求。