G類拓?fù)渥赃m應(yīng)移動(dòng)放大器電源節(jié)能設(shè)計(jì)

音頻是便攜式消費(fèi)類電子設(shè)備不可或缺的一個(gè)重要組成部分。集成耳機(jī)音頻功率放大器有助于放大低功耗基帶音頻信號(hào)，以在使用耳機(jī)時(shí)驅(qū)動(dòng)清脆、清晰的音 頻。另外，這些放大器都需要具有極高的效率，以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間的電池壽命。為了迎接這種挑戰(zhàn)，廣大設(shè)計(jì)人員將使用 G 類音頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

典型的線性音頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 A 類、B 類、C 類和 AB 類。雖然這些音頻放大器均為線性；但它們的效率并不是很高。

圖 1 各種放大器拓?fù)涞膶?dǎo)電角

效率的定義為輸出功率（向負(fù)載提供的功率）與輸入功率（從電池吸取的功率）的比，用百分比表示。更高的效率意味著以熱損耗形式浪費(fèi)的電池功率更少。為了改善便攜式音頻設(shè)備的電池使用壽命，放大器需要更高的效率。

AB 類（線性）放大器具有固定的電源軌，消耗固定量的電源電流，以獲得理想的輸出電壓。在橋接式負(fù)載 (BTL) 狀態(tài)下，該電源電流等于輸出電流。通過負(fù)載的電源電流致使所有輸出 MOSFET 出現(xiàn)壓降。MOSFET 壓降增加的這些電流，在放大器中形成較大的功耗，這就是 AB 類放大器效率僅為 50% 的原因。

什么是 G 類拓樸？

在極高電平條件下，G 類拓?fù)錇橐环N多電源的 AB 類拓?fù)渥凅w。G 類拓?fù)涑浞掷昧说湫鸵纛l/音樂源都具有極高峰值因數(shù) (10-20dB) 的這一有利條件。這就意味著峰值音頻信號(hào)高于平均音頻信號(hào) (RMS)。大多數(shù)時(shí)候，音頻信號(hào)都處在較低的幅值，極少時(shí)間會(huì)表現(xiàn)出更高的峰值。

新型 G 類拓?fù)涫褂米赃m應(yīng)降壓轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生隨音頻信號(hào)移動(dòng)的電源電壓。它為大多數(shù)平均音頻信號(hào)產(chǎn)生有充足余量的低電源電壓，并切換至高電源電壓來適應(yīng)偶發(fā)的峰值 電壓。由于電源的自適應(yīng)特性，高峰值因數(shù)的典型音樂/音頻源的功耗得到極大降低。這樣便帶來更低的電池電流消耗，從而獲得比 AB 類構(gòu)架更高的效率。

這種電源電壓為自適應(yīng)型。它在高音量音頻信號(hào)時(shí)升高，從而防止大峰值電壓失真，同時(shí)在小音頻峰值時(shí)下降來降低功耗。

G 類拓樸工作原理

圖 2 描述了 G 類放大器的運(yùn)行情況，其在低音頻電壓峰值時(shí)的電源電壓為 1.3V，并在高峰值時(shí)自適應(yīng)升高至 1.8V。我們使用一個(gè)降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生這些低電源軌（請(qǐng)參見圖 3）。

圖 2 G 類拓?fù)渥赃m應(yīng)移動(dòng)放大器電源實(shí)現(xiàn)節(jié)能

圖 3 G 類耳機(jī)放大器結(jié)構(gòu)圖

G 類放大器使用自適應(yīng)電源軌，并利用一個(gè)內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生耳機(jī)放大器正電源電壓 (HPVDD)。充電泵對(duì) HPVDD 進(jìn)行反相，并產(chǎn)生放大器負(fù)電源電壓 (HPVSS)。這樣便讓耳機(jī)放大器輸出可以集中于 0V。音頻信號(hào)幅值較低時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)低 HPVDD 電壓 (HPVDDL)（請(qǐng)參見圖 2）。這樣便在播放低噪聲、高保真音頻的同時(shí)最小化了 G 類放大器的功耗。

如果由于高音量音樂或者瞬態(tài)峰值音頻幅值增加，則降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)高 HPVDD 電壓 (HPVDDH)。HPVDD 上升速率快于音頻峰值上升時(shí)間。這樣便可防止音頻失真或削波。音頻質(zhì)量和噪聲層不受 HPVDD 的影響。這種自適應(yīng) HPVDD 在避免削波和失真的同時(shí)最小化了電源電流。由于正常的聽力水平在200mVRMS以下，因此 HPVDD 最常位于其最低電壓 HPVDDL。所以，相比傳統(tǒng)的 AB 類耳機(jī)放大器，G 類放大器擁有更高的效率。