如何评估D类音频功放的动态效率？

慧聪音响灯光网5月18日报道   D类音频功率放大器最大的特色是高效率，高效率的优点是省电及降低发热量。如果功放的效率是90%而晶片的封装可以散热1W，则这个功放可以输出大约10W的功率，这対系统设计提供极大的方便。

    D类功率放大器的效率可以由不同角度来看。高效率主要原因来自输出功率电晶体低的导通电阻Rds(on)，如果导通电阻为0.4欧姆而喇叭阻抗是4欧姆那输出电晶体的效率等于91%。但是功放还有其他消耗，这包括类比电路的消耗，类比転数字的混合电路消耗及数字电路的消耗。这些消耗表现在无载静态电流Iq。如果电源电压5V而Iq是5mA，则静态消耗功率是25mW。所以计算功放的效率需要同时考虑静态消耗与输出电晶体的消耗两个因素。

    如果加上负载而输出25mW的功率且输出功率电晶体的效率是90%则功率电晶体的消耗大约2.5mW。功放十大品牌所以输出25mW的状况下总消耗功率包括静态消耗，功率电晶体消耗及输出功率，亦即25mW+25mW+2.5mW=52.5mW，此刻的效率就是25mW/52.5mW=48%。以同样的方式计算如果输出250mW则总消耗功率是25mW+250mW+25mW=300mW，此刻的效率是250mW/300mW=83%。同样的如果输出2.5W则总消耗功率是25mW+2.5W+250mW=2.775W，此刻的效率是2.5W/2.775W=90%，接近输出功率电晶体的效率。所以输出功率小的时候输出电晶体的消耗可以忽略而输出功率大的时候静态消耗可以忽略。

    如果负载等于4欧姆效率高于90%的输出电晶体其导通电阻只有0.4欧姆或更小，如果是BTL的双端输出，Rds(on)是由一个PMOS及一个NMOS造成，每个MOS大约只有0.2欧姆的导通电阻所以容易造成量测误差。量测的时候大电流路径要选用粗线同时要焊接以降低接线电阻。抽取大电流时要维持电源电压的稳定。由于输出功率电晶体导通电阻的量测容易产生误差且其阻值与量测条件例如电流量或电压有关，最好观查输出功率电晶体效率的方法是查看效率曲线的大输出功率端的效率，这一点的效率非常接近输出功率电晶体效率，但要注意的是此曲线必须是在使用电阻负载的条件下取得。

    如果Pi代表电源输入功率，Pq代表静态消耗功率，Po代表输出功率，Emos代表输出功率电晶体的效率而Eff代表总效率，则其相互关系为

    Po=(Pi-Pq)xEmos及Eff=Po/Pi

    合并上述公式,则总效率

    Eff=(PoxEmos)/(Po+EmosxPq）

    如果输出功率Po与静态消耗功率Pq的比是Poq，则

    Eff=(PoqxEmos)/(Poq+Emos）

    这个简单的公式可以容易观察输出功率与总效率的关系。

    所以如果功率电晶体的效率Emos=90%且输出功率Po是静态消耗功率Pq的10倍，亦即Poq=10，则总效率Eff=(10x0.9)/(10+0.9)=83%。

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