越來越多終端用戶渴望其便攜式器件除有普通的耳機立體聲輸出外，還能提供高質(zhì)量的立體聲音頻。我們只需看看當今為便攜式應(yīng)用優(yōu)化的音頻放大器的規(guī) 格，就會發(fā)現(xiàn)這些音頻放大器可以輕易地在電阻為8Ω的揚聲器中提供1W的功率，并具有卓越的保真性能。前提是放大器的偏置為5V，雖然這對一 般使用2～4節(jié)串聯(lián)鋰離子(Li+)電池(6～16.8V)的便攜式DVD播放器和筆記本電腦不構(gòu)成問題，但是對更小的手持設(shè)備、多媒體器件如MP3播放 器、智能電話卻是一個問題，因為它們在一節(jié)工作放電范圍內(nèi)產(chǎn)生2.7～4.2V的鋰離子電池中工作。
---圖1 顯示了一個小型800mA升壓轉(zhuǎn)換器對兩個最新的音頻放大器供電、達到更高功率便攜式立體聲音頻的電路。其中包含偵測電路，當立體聲耳機連接上音頻插孔 時，該電路從驅(qū)動主立體聲揚聲器自動進行轉(zhuǎn)換。最后，如果電池電壓處于合適的限制范圍內(nèi)，它將在升壓轉(zhuǎn)換器中使用一個集成的低電量比較器啟動音頻放大器。
---為了獲得所需功率和保真度，首先必須建立音頻放大器的功能。圖2中的曲線顯示了輸出功率和輸入電壓之間的關(guān)系。此圖表明，通過將偏置電壓Vp從3V增加到 5V，所示放大器在高保真條件下(<0.01% THD) 輸出功率能力提高了300%。
---因此，對于1W單聲道設(shè)計，必須使用5V電源。然而，單節(jié)鋰電池供電的便攜式產(chǎn)品只有2.7～4.2V，而且電池電源在其放電周期提供3.6V的額定值。
---因此，必須采用電源在所需功率水平上提供5V電壓，升壓轉(zhuǎn)換器可以輕易將鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為所需的5V。
---首先，必須視音頻放大器作為負載，以確定升壓轉(zhuǎn)換器的功率要求。電源、負載和輸出功率給定后，每個放大器中的功耗如下:
---Pd=√2·Rl·Pout/Rl×(2·Vp/π-√2·Rl·Pout/2)
---由 于需要立體聲工作，所以功率計算中必須包括2倍的乘數(shù)。因此，對于Vp=5V, Rl=8 Ω, 和Pout=1W, Pd =1.183W同樣如此。音頻放大器的總功耗為3.183W ，這意味著升壓轉(zhuǎn)換器的輸出功率必須達到或最好超過這個值。NCP1422能在VBAT=3.6V和Vp=5V時達到800mA，此時輸出功率為4W，所 以首次檢查即可完成。
---鋰離子電池的大多數(shù)放電周期在 3.6～3.7V之間，所以升壓轉(zhuǎn)換器將那里設(shè)計為一個起始點。負載電流為Iout= Po/Vp=3.183/5=637mA。因此，必須用以下公式確定平均電感電流來設(shè)計電感。
---ILAVG=Iout/(1-D)=Iout/(1-(1-VBAT/Vp))=637/(1-(1-3.6/5))=884mA
---假設(shè)電感中存在20%的波紋電流，使用以下公式可以計算所需電感。導(dǎo)電時間tON在NCP1422數(shù)據(jù)表中的值為0.75μs。
---L=(VBAT×tON)/[2×(0.2×ILAVG)]=3.6×0.75/2×(0.2×884)=7.6μH
---這是個好的起始點。但是，對于本設(shè)計，由于輸入電壓變化不明顯，所以進行了幾次迭代，且采用帶有低ESR值的 6.8μH電感減小更大波紋電流的效應(yīng)。
---最后，假設(shè)紋波電壓為50mVpp，輸出電容ESR為0.05Ω，通過以下設(shè)計公式可確定輸出電容C2的值。
---C2=(Iout×tON)/(Vripple-Iout×RESR)=(637×0.75)/(0.05-637×0.05)=26μH
---因此，該設(shè)計使用33μF的輸出電容。
---除 驅(qū)動揚聲器外，便攜式音頻設(shè)備必須能驅(qū)動立體聲耳機，并且輕易地實現(xiàn)由揚聲器轉(zhuǎn)到耳機。NCP4896具有集成SE/BTL選擇引腳，該引腳可關(guān)閉或啟用 兩個內(nèi)置放大器中的一個，從而使每個放大器均可驅(qū)動一個橋接負載(BTL)、8 Ω揚聲器或立體聲耳機的一個聲道作為一個單端(SE) 32 Ω 負載。圖1顯示了耳機偵測電路，包括RDET1-3、 CDET和帶有一個觸點腳的立體聲耳機插孔。如果沒有耳機，該觸點連接到其中一個聲道，并在插入耳機插頭時打開。RDET1/2 和CDET形成一個簡單的反跳電路，而且如果無耳機插入插孔，RDET3將HP_DET信號拉低。
---最后，NCP1422具有一個集成電池電壓過低偵測器。當存在電池且能夠驅(qū)動音頻放大器時，可使用此功能啟動這些放大器。如果電池電量較低或者電源斷開時，該偵測器也將自動關(guān)閉音頻放大器。電池過低輸出(LBO) 信號直接連接到NCP4896的關(guān)斷引腳。
---三 個集成電路所占面積為6mm2。所有外部元件(不包括插孔)所占面積約為32mm2。功率段(NCP1422、 L、 C1/2) 所占面積約為 14.5mm2,帶阻塞電容(Co1/2)的音頻放大器所占面積約為7.5mm2，而其余所有無源器件所占面積約為10mm2。
---本 文所建議的設(shè)計讓設(shè)計人員將大功率、高質(zhì)量的立體聲音頻添加到他們現(xiàn)有的手持器件中，而不需要串聯(lián)額外的電池。這也利用了每個集成電路的一些內(nèi)置特性來消 除外部支持電路的需要。最后，功率和音頻段沒有占據(jù)很多空間，而且由于它們彼此分離，電路板設(shè)計人員有足夠的靈活性將解決方案用于現(xiàn)有的平臺之中。 |
