一、設(shè)計(jì)概述

PWM型D類(lèi)音頻功率放大器是一種利用脈寬調(diào)制技術(shù)將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻方波信號(hào)，通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管進(jìn)行功率放大，再經(jīng)LC濾波器恢復(fù)成模擬音頻信號(hào)以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的高效率放大電路方案。相比傳統(tǒng)AB類(lèi)、B類(lèi)放大器，D類(lèi)放大器具有效率高、功耗低、發(fā)熱少、體積小等優(yōu)點(diǎn)，非常適合便攜式音箱、車(chē)載音響、家用音頻等對(duì)功耗及散熱要求較高的場(chǎng)景。本方案旨在深入探討基于PWM調(diào)制的D類(lèi)音頻功率放大器設(shè)計(jì)，系統(tǒng)地介紹性能需求、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、關(guān)鍵元器件選型、PCB布局、散熱及EMI抑制、保護(hù)電路等方面的設(shè)計(jì)思路與實(shí)施細(xì)節(jié)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中推薦優(yōu)選的元器件型號(hào)，詳細(xì)說(shuō)明每種元器件的作用、選用理由及功能，以期為工程師提供完整的參考。

二、設(shè)計(jì)指標(biāo)與需求分析

在設(shè)計(jì)PWM型D類(lèi)音頻功率放大器之前，首先需要明確系統(tǒng)的性能指標(biāo)與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景?？紤]到現(xiàn)代音頻設(shè)備對(duì)高保真度、低失真、高功率輸出以及低成本要求，設(shè)計(jì)指標(biāo)包括以下幾個(gè)方面：1）輸出功率：能夠滿(mǎn)足8Ω負(fù)載下輸出50W左右連續(xù)功率；2）頻率響應(yīng)：20Hz20kHz范圍內(nèi)增益平坦，±1dB以?xún)?nèi)；3）總諧波失真加噪聲（THD+N）：在額定功率下小于0.1%，優(yōu)選達(dá)到0.05%以下；4）信噪比：大于100dB，以保證低噪聲底；5）效率：典型應(yīng)用效率需達(dá)到90%以上；6）電源電壓：?jiǎn)坞娫垂╇?2V24V范圍，以兼容車(chē)載及民用音響系統(tǒng)；7）保護(hù)功能：短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)及過(guò)壓欠壓鎖定等；8）EMI設(shè)計(jì)：滿(mǎn)足CISPR-B級(jí)或FCC Class B輻射及傳導(dǎo)規(guī)范；9）成本控制：?jiǎn)纹糯笃飨到y(tǒng)元器件成本控制在合理范圍。

基于以上設(shè)計(jì)需求，需要依次確定系統(tǒng)框圖、主芯片選型、功率開(kāi)關(guān)器件、外圍元件、PCB布局、散熱與EMI方案。下文將依次展開(kāi)描述和推薦元器件。

三、D類(lèi)放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PWM型D類(lèi)放大器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示：輸入音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)前級(jí)濾波與增益電路后輸入至PWM調(diào)制器單元，調(diào)制單元將模擬音頻轉(zhuǎn)換為占空比可變的PWM高頻信號(hào)；之后，PWM信號(hào)通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)級(jí)（包含上、下橋臂的MOSFET功率開(kāi)關(guān)）輸出大電流至揚(yáng)聲器；最后，采用LC濾波器將PWM信號(hào)中的高頻分量濾除，僅保留基帶音頻信號(hào)呈現(xiàn)給揚(yáng)聲器。系統(tǒng)還需配備反饋采樣電路，將輸出端經(jīng)過(guò)采樣濾波后的模擬信號(hào)反饋至調(diào)制器，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制、降低非線(xiàn)性失真。整體框圖由以下關(guān)鍵模塊組成：

1. 前置增益與輸入濾波電路

2. PWM調(diào)制與驅(qū)動(dòng)單元（調(diào)制器芯片 + 驅(qū)動(dòng)器）

3. MOSFET功率開(kāi)關(guān)級(jí)

4. 輸出LC低通濾波網(wǎng)絡(luò)

5. 反饋檢測(cè)與閉環(huán)校正

6. 電源管理與保護(hù)電路

7. PCB布局與散熱結(jié)構(gòu)

8. EMI傳導(dǎo)/輻射抑制設(shè)計(jì)

下面分別對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并推薦優(yōu)選元器件型號(hào)、說(shuō)明選型理由與功能。

四、前置增益與輸入濾波電路

在D類(lèi)放大器中，為保證PWM調(diào)制器能夠?qū)斎胍纛l信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)的占空比調(diào)制，輸入級(jí)需提供合適的增益調(diào)整、直流偏移以及模擬濾波，去除直流分量與超出帶寬的干擾信號(hào)，避免調(diào)制失真或抖動(dòng)。本模塊典型電路包括差分輸入緩沖、可調(diào)增益放大器、低通抗混疊濾波器及直流隔離。推薦方案如下：

1. 運(yùn)算放大器：Texas Instruments TLV2372IDR

• 器件功能：TLV2372 是一顆雙通道軌到軌輸入/輸出的低功耗運(yùn)放，典型增益帶寬產(chǎn)品參數(shù)為10MHz，安靜噪聲低，偏置電流小。被用于輸入信號(hào)緩沖與增益放大。

• 選用理由：其電源電壓范圍為2.0V~5.5V，噪聲性能優(yōu)異，適合在單電源供電的D類(lèi)放大器中用作前置放大器；另外，軌到軌輸入輸出特性保證了在低電壓下能夠處理音頻信號(hào)的全擺幅；成本適中，封裝小巧，便于PCB布局。

• 器件功能：該放大器可以用作輸入差分放大、增益調(diào)整或緩沖，并與后續(xù)的PWM調(diào)制器直接耦合。

2. 可調(diào)增益結(jié)構(gòu)：在TLV2372 之上，可搭配精密電位器（如Bourns 3313J-1-103E）進(jìn)行增益調(diào)節(jié)，確保用戶(hù)可靈活調(diào)節(jié)輸入音量。

• 器件功能：調(diào)整放大器增益，使后續(xù)PWM調(diào)制器在不同輸入電平時(shí)能夠工作在最佳占空比范圍，避免限幅失真。

• 選用理由：Bourns 3313J 系列為多圈精密電位器，線(xiàn)性度好、耐久性高，適合音頻信號(hào)增益微調(diào)。

3. 直流隔離與抗混疊濾波：在增益輸出后，增加RC低通濾波器（如R1：1kΩ，C1：100nF）構(gòu)建約1.6kHz截止頻率的簡(jiǎn)單低通，去除高頻噪聲。同時(shí)在輸入端利用耦合電容（Ccouple：4.7μF 音頻級(jí)電容）隔離直流偏移。

• 器件功能：Ccouple隔離直流，RC低通濾波提供初步帶寬限制，保障調(diào)制器穩(wěn)定工作并避免超聲波干擾。

• 選用理由：電阻與電容參數(shù)需要保證音頻帶寬內(nèi)損耗極小，而對(duì)超聲頻率有良好衰減；1kΩ與100nF 的組合簡(jiǎn)易、成本低，能完成基本抗混疊需求。

通過(guò)上述輸入級(jí)設(shè)計(jì)，能夠有效將模擬音頻信號(hào)調(diào)整到PWM調(diào)制器所需的幅度與帶寬范圍，為后續(xù)調(diào)制器穩(wěn)定工作奠定基礎(chǔ)。

五、PWM調(diào)制與驅(qū)動(dòng)單元

PWM調(diào)制器是D類(lèi)放大器的核心部件，負(fù)責(zé)將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成占空比可變的矩形波。調(diào)制方式通常分為三角波比較法（δ-Σ調(diào)制、誤差整形調(diào)制）、自激振蕩模式等。常見(jiàn)方案是采用集成D類(lèi)音頻放大器芯片，如Texas Instruments TAS561x 系列、Maxim MAX9744、Infineon MERUS MA12070P，也可以采用通用PWM控制器（如Analog Devices ADAU1701）+外部MOSFET驅(qū)動(dòng)。以下推薦一顆性能優(yōu)異且成本合理的D類(lèi)音頻放大器芯片：

1. PWM調(diào)制器芯片：Texas Instruments TAS5613A

• 器件功能：TAS5613A 是一顆高性能D類(lèi)音頻功放PWM調(diào)制芯片，內(nèi)部集成高精度Σ-Δ調(diào)制器、誤差整形邏輯、死區(qū)時(shí)間優(yōu)化、電流限流保護(hù)及校準(zhǔn)功能。支持單聲道或雙聲道輸出，最大輸出功率可達(dá)120W（4Ω，24V供電）。

• 選用理由：該芯片內(nèi)部包含完整的PWM調(diào)制及保護(hù)功能，減少外圍元器件數(shù)量；具備低失真（THD+N < 0.03%）、高信噪比（>115dB），符合高保真音頻需求；集成過(guò)溫、輸出短路、過(guò)流保護(hù)，提升系統(tǒng)可靠性；支持I2C接口可編程增益、偏置校準(zhǔn)等便于系統(tǒng)調(diào)試；24V供電下效率可達(dá)92%以上，滿(mǎn)負(fù)載情況下發(fā)熱量小。

• 器件功能：將前端經(jīng)過(guò)運(yùn)放處理的音頻信號(hào)進(jìn)行Σ-Δ調(diào)制，輸出互補(bǔ)PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)后級(jí)MOSFET。

2. 驅(qū)動(dòng)級(jí)MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)：雖然TAS5613A內(nèi)部集成MOSFET驅(qū)動(dòng)器，但若設(shè)計(jì)需更高電流能力或隔離設(shè)計(jì)，可搭配專(zhuān)用柵極驅(qū)動(dòng)芯片，如Texas Instruments UCC27324P（雙通道高邊/低邊驅(qū)動(dòng)器）。

• 器件功能：UCC27324P 提供±4A 峰值柵極驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)速度快，配置為推挽形式，可用于外部MOSFET棧，降低驅(qū)動(dòng)延遲，優(yōu)化死區(qū)時(shí)間。

• 選用理由：當(dāng)外部MOSFET功率管電容較大或需要更快切換時(shí)，UCC27324P 能保證開(kāi)關(guān)管快速充放電，減少開(kāi)關(guān)損耗；封裝小，熱阻低，成本合理。

3. 死區(qū)時(shí)間與保護(hù)邏輯：對(duì)于D類(lèi)放大器，上下橋臂MOSFET切換時(shí)必須設(shè)置合理死區(qū)時(shí)間，防止導(dǎo)通沖突短路。TAS5613A 內(nèi)部提供默認(rèn)死區(qū)，但可通過(guò)外部電阻網(wǎng)絡(luò)微調(diào)。推薦在VSET引腳掛1kΩ至GND，內(nèi)置調(diào)整網(wǎng)絡(luò)可設(shè)置典型死區(qū)400ns左右；若需要更精確控制，配合外部可調(diào)死區(qū)芯片Texas Instruments LM5109，實(shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間可調(diào)，兼容性好。

• 器件功能：死區(qū)時(shí)間調(diào)整與短路檢測(cè)邏輯，確保上下橋臂不會(huì)產(chǎn)生直通；當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流或過(guò)溫時(shí)，立即禁止輸出，保護(hù)功率管安全。

• 選用理由：LM5109 支持高側(cè)和低側(cè)死區(qū)設(shè)定，耐壓100V，可應(yīng)用于24V48V電源場(chǎng)景；與TAS5613A結(jié)合可構(gòu)建更靈活的保護(hù)機(jī)制；若系統(tǒng)電壓僅12V24V，可直接使用TAS5613A 內(nèi)部死區(qū)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

通過(guò)采用TAS5613A 這類(lèi)一體化D類(lèi)功放芯片并配合高性能柵極驅(qū)動(dòng)，可大幅簡(jiǎn)化PWM調(diào)制與驅(qū)動(dòng)電路，提升集成度與穩(wěn)定性，同時(shí)保證高保真音質(zhì)與可靠保護(hù)功能。

六、功率開(kāi)關(guān)器件選型

D類(lèi)放大器輸出級(jí)采用互補(bǔ)式半橋拓?fù)洌ǔ＿x用N溝MOSFET來(lái)組成推挽式輸出開(kāi)關(guān)。關(guān)鍵選型指標(biāo)包括：低導(dǎo)通電阻（R_DS(on)），低柵極電荷（Qg），快速開(kāi)關(guān)速度，高溫穩(wěn)定性，高電壓余量，以及封裝熱阻指標(biāo)等。以下推薦幾款既常見(jiàn)又性能優(yōu)異的功率MOSFET適合用于12V~24V應(yīng)用場(chǎng)景：

1. Infineon BSC614N04LS

• 器件型號(hào)說(shuō)明：BSC614N04LS 是一顆N溝功率MOSFET，額定電壓40V，典型R_DS(on) = 4mΩ（V_GS=10V），柵極電荷Qg ≈ 18nC。采用超級(jí)結(jié)工藝，導(dǎo)通電阻低、開(kāi)關(guān)損耗小。

• 器件功能：作為D類(lèi)放大器上下橋臂的功率開(kāi)關(guān)，承受PWM方波驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大電流快速切換，將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電流。

• 選用理由：40V的耐壓裕度適合24V電源應(yīng)用且具有安全余量；低導(dǎo)通電阻極大地降低導(dǎo)通損耗，優(yōu)化效率；柵極電荷適中，可與TAS5613A或UCC27324P 柵驅(qū)配合，實(shí)現(xiàn)亞納秒級(jí)開(kāi)關(guān)速度；托盤(pán)封裝熱阻低，有利于散熱設(shè)計(jì)。

2. ON Semiconductor NTMFS5C628NL

• 器件型號(hào)說(shuō)明：NTMFS5C628NL 為30V N溝MOSFET，R_DS(on) = 6mΩ（V_GS=10V），柵極電荷Qg ≈ 14nC，封裝為8x8mm D2PAK。

• 器件功能：同樣用于D類(lèi)放大器輸出橋臂，提供大電流開(kāi)關(guān)能力。

• 選用理由：30V耐壓適合12V~24V電源有限余量應(yīng)用；柵極電荷較低，適合高速驅(qū)動(dòng)；開(kāi)關(guān)特性?xún)?yōu)良，封裝耐熱性能好，可承受大量動(dòng)態(tài)損耗；封裝體積適中，有利于PCB設(shè)計(jì)。

3. Vishay SiR846DP

• 器件型號(hào)說(shuō)明：SiR846DP 為30V N溝MOSFET，超低R_DS(on)=2.8mΩ（V_GS=10V），Qg ≈ 20nC，封裝為PowerPAK SO-8。

• 器件功能：極低的R_DS(on) 降低導(dǎo)通損耗，可在高電流場(chǎng)合下保持更高效率；適合對(duì)效率要求極高的D類(lèi)系統(tǒng)。

• 選用理由：當(dāng)系統(tǒng)要求高效率（>92%）且希望減輕散熱器尺寸時(shí)，選擇超低R_DS(on) 的SiR846DP 可使輸出級(jí)損耗最小化；PowerPAK SO-8 封裝熱阻低，易在單面銅大板設(shè)計(jì)中擴(kuò)散熱量。若使用24V電源，需確認(rèn)耐壓余量，但30V與實(shí)際電源匹配且在浪涌情況下留有安全裕度。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)系統(tǒng)輸出功率及散熱預(yù)算，選擇上述MOSFET組合：主開(kāi)關(guān)管選用R_DS(on) ≤ 5mΩ 的型號(hào)，配合高速驅(qū)動(dòng)器可以獲得理想的開(kāi)關(guān)特性?？紤]成品的物理體積與成本，可靈活搭配BSC614N04LS 或 NTMFS5C628NL。

七、輸出LC低通濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

D類(lèi)放大器的輸出電平直接為PWM高頻方波信號(hào)，揚(yáng)聲器需要的是低頻基帶信號(hào)，因此在輸出端必須加裝LC低通濾波器，將PWM高頻成分濾除，僅保留音頻部分。設(shè)計(jì)濾波網(wǎng)絡(luò)時(shí)需綜合考慮阻抗匹配、諧振頻率、濾波階數(shù)、組件品質(zhì)因數(shù)Q值、諧振尖峰抑制與成本等因素。常見(jiàn)方案是二階或三階Butterworth濾波器。以下介紹二階LC濾波設(shè)計(jì)，并推薦優(yōu)選元器件：

1. 濾波拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：二階L-C濾波器，其拓?fù)溆蓛芍淮?lián)電感與一只并聯(lián)電容構(gòu)成，也可采用電感、電容、電感的π型結(jié)構(gòu)，適合低頻阻帶深度更好。本文采用簡(jiǎn)單的二階π型結(jié)構(gòu)：上橋輸出信號(hào)先經(jīng)過(guò)電感L1，之后并聯(lián)電容C1接地，之后再串聯(lián)電感L2，最后連接揚(yáng)聲器。

• 選用理由：π型結(jié)構(gòu)相比T型或單電感+電容組合能獲得更好的阻帶衰減；對(duì)揚(yáng)聲器阻抗匹配更精準(zhǔn)，失真更低。

2. 電感選型：優(yōu)選繞線(xiàn)電感（功率電感）或磁芯電感，推薦型號(hào)：Coilcraft SER2915H-4R7M

• 器件型號(hào)說(shuō)明：SER2915H 系列是一款高功率表面貼裝功率電感，額定電流可達(dá)10A以上，直流電阻（DCR）僅為10mΩ，電感量4.7μH，尺寸2.9x2.6mm。

• 器件功能：在PWM輸出端阻隔高頻開(kāi)關(guān)諧波，與并聯(lián)電容形成低通網(wǎng)絡(luò)，濾除高于音頻帶的PWM載波。

• 選用理由：4.7μH 電感量結(jié)合PWM載波頻率（典型250kHz500kHz）時(shí)可實(shí)現(xiàn)約15kHz20kHz的截止頻率；高額定電流保證在大功率輸出情況下不會(huì)磁飽和；表貼封裝降低磁場(chǎng)干擾，DCR極低，減少功率損耗；Coilcraft品質(zhì)穩(wěn)定。

3. 并聯(lián)電容選型：優(yōu)選薄膜電容（Polypropylene Film Capacitor）或高品質(zhì)電解電容。推薦型號(hào)：WIMA MKP4 2.2μF/100V

• 器件型號(hào)說(shuō)明：WIMA MKP4 系列是一種金屬化聚丙烯薄膜電容，2.2μF電容量，額定電壓100V，容差±5%，溫度系數(shù)及漆包特性?xún)?yōu)異。

• 器件功能：與上下級(jí)電感配合形成LC諧振點(diǎn)，確保在PWM載波頻率處出現(xiàn)最大衰減，使高頻成分降至最低，從而輸出的音頻信號(hào)更純凈。

• 選用理由：薄膜電容具有極低的等效串聯(lián)電阻（ESR），Q值高，線(xiàn)性度好；在高電流沖擊和高頻率下表現(xiàn)穩(wěn)定；封裝小巧易于PCB布置；100V額定電壓在12V~24V電路中留有裕度。

4. 阻尼電阻器與阻尼網(wǎng)絡(luò)：為了抑制LC濾波的諧振峰值，需要在電感與電容之間串聯(lián)阻尼電阻，或者并聯(lián)阻尼電阻。推薦使用薄膜無(wú)感繞線(xiàn)功率電阻器：Vishay Dale WSLP2512R0200FEA（0.02Ω，2W）

• 器件功能：在濾波器中提供適當(dāng)?shù)淖枘?，防止諧振峰值導(dǎo)致頻率響應(yīng)在高頻段出現(xiàn)峰值，降低系統(tǒng)振鈴和濾波器失真。

• 選用理由：0.02Ω 的超低阻值對(duì)音頻信號(hào)不會(huì)引入明顯衰減；2W 功率額定及無(wú)感繞線(xiàn)結(jié)構(gòu)保證大電流下溫升可控，同時(shí)不會(huì)影響高頻濾波性能。

通過(guò)合理計(jì)算與測(cè)試，確定LC濾波器的切除頻率應(yīng)略高于音頻上限（約25kHz左右），以避免對(duì)音頻信號(hào)造成衰減，而對(duì)PWM載波（典型250kHz）有足夠抑制。此外，需要在濾波器輸入側(cè)與輸出側(cè)分別加裝共模電感與Y電容進(jìn)行額外的EMI抑制，以滿(mǎn)足輻射和傳導(dǎo)規(guī)范。

八、反饋檢測(cè)與閉環(huán)控制

閉環(huán)反饋在D類(lèi)放大器中用于糾正非線(xiàn)性失真、穩(wěn)定增益、降低輸出失真以及校準(zhǔn)輸出偏置。反饋策略通常分為模擬反饋與數(shù)字反饋兩種；前者將濾波后的音頻信號(hào)與原始輸入比較，后者則在PWM調(diào)制級(jí)內(nèi)完成誤差整形。對(duì)于本設(shè)計(jì)，采用模擬反饋方式，反饋信號(hào)在LC濾波之后采樣并送回調(diào)制器輸入端的差分輸入引腳，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

1. 反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)：從輸出端（揚(yáng)聲器負(fù)載兩端）取樣，通過(guò)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)（如Rfb1=100kΩ，Rfb2=10kΩ）將高達(dá)齊壓減少到調(diào)制器輸入可接受范圍（通常1V~2V）。

• 器件功能：Rfb1 與 Rfb2 構(gòu)成反饋分壓器，對(duì)輸出端音頻信號(hào)進(jìn)行衰減并隔離直流；后續(xù)加入隔直電容（如Cfb=4.7μF）濾除直流偏置；并通過(guò)運(yùn)放進(jìn)行差分放大校正。

• 選用理由：精密電阻具備0.1% 容差，能確保反饋比例準(zhǔn)確，增益穩(wěn)定；4.7μF 音頻級(jí)鋁電解電容保證低頻通透并隔離直流，同時(shí)成本可控。

2. 反饋運(yùn)放：推薦使用高精度運(yùn)放：Analog Devices ADA4528-2

• 器件功能：ADA4528-2 為雙通道零漂移運(yùn)放，漂移電壓極低（典型0.125μV/℃），輸入偏置電流僅0.1pA，帶寬10MHz，噪聲超低。用于將分壓后反饋信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行差分運(yùn)算，為調(diào)制器提供誤差信號(hào)。

• 選用理由：零漂移運(yùn)放可在長(zhǎng)時(shí)間工作及溫度變化時(shí)保證偏差最小，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；高帶寬保證音頻信號(hào)在20kHz帶寬內(nèi)無(wú)失真；低噪聲與低失真特性充分滿(mǎn)足高保真要求；采用緊湊雙色聲道封裝便于布局。

3. 反饋環(huán)路穩(wěn)定性與補(bǔ)償：需在運(yùn)放負(fù)反饋環(huán)路中加入相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。通常采用電容與電阻并聯(lián)形式的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，如在運(yùn)放反饋回路并聯(lián)Cc=47pF與Rc=1kΩ，用于限制閉環(huán)帶寬至適當(dāng)范圍（≈100kHz），避免與LC濾波器諧振產(chǎn)生環(huán)路不穩(wěn)定。

• 器件功能：Cc 與 Rc 與運(yùn)放構(gòu)成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，提供必要的相位裕度，避免振蕩；保證在全功率輸出時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

• 選用理由：47pF 與1kΩ 的組合在工藝容差下具有良好一致性，對(duì)音頻信號(hào)帶寬影響極小，但對(duì)高頻反饋能有效衰減，確保環(huán)路穩(wěn)定。

通過(guò)上述反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，D類(lèi)放大器能在輸出開(kāi)關(guān)損耗與音質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡，確保在不同負(fù)載及輸出功率情況下維持低失真、高線(xiàn)性度。

九、電源管理與濾波

電源系統(tǒng)為D類(lèi)放大器提供穩(wěn)定的直流電壓，對(duì)系統(tǒng)性能影響至關(guān)重要。設(shè)計(jì)中需要關(guān)注電源濾波、穩(wěn)壓、及保護(hù)。典型D類(lèi)系統(tǒng)電源采用單電源或雙電源架構(gòu)：本設(shè)計(jì)選擇單電源供電方案，電源輸入為12V~24V直流（可支持車(chē)載及家用兩種場(chǎng)景）。關(guān)鍵元器件如下：

1. 電源輸入濾波與壓敏保護(hù)：在電源輸入端使用TVS二極管與MOV相結(jié)合保護(hù)電路，推薦型號(hào)：

• 功能：吸收高能級(jí)浪涌，防止電源干擾或浪涌進(jìn)入放大器電路。

• 選用理由：高能量吸收能力，動(dòng)態(tài)電阻低，可配合TVS分擔(dān)浪涌電壓；便于車(chē)載環(huán)境下應(yīng)對(duì)負(fù)載突變。

• 功能：在電源線(xiàn)上發(fā)生浪涌電壓時(shí)，TVS瞬態(tài)將多數(shù)能量吸收，保護(hù)后級(jí)電路不被沖擊損壞。

• 選用理由：寬溫度范圍（-55℃~150℃），快速響應(yīng)，封裝易焊接；雙向結(jié)構(gòu)可應(yīng)對(duì)正負(fù)極性浪涌。

• TVS二極管：SMBJ33CA，為雙向33V TVS，峰值脈沖功率600W。

• MOV壓敏電阻：Littelfuse MVU07KR3，耐壓約7V RMS（相當(dāng)約20V 峰值），浪涌耐受能量高。

2. LDO穩(wěn)壓器或DC-DC降壓模塊：為了給PWM調(diào)制器（如TAS5613A）、邏輯控制部分及運(yùn)放提供精確、低噪聲的參考電壓，需要在主電源旁引出低噪聲5V或3.3V?？蛇x用高性能LDO：Texas Instruments TPS7A4700（輸出電壓1.2V~20V可調(diào)，1A 輸出電流，噪聲僅4μVRMS）。

• 器件功能：提供超低噪聲穩(wěn)壓輸出，供給敏感模擬電路與數(shù)字控制模塊，降低電源噪聲對(duì)音質(zhì)的影響。

• 選用理由：極低紋波噪聲、優(yōu)秀的PSRR、較大輸出電流，可為運(yùn)放與調(diào)制器提供穩(wěn)定電壓；封裝肖形小，熱阻低，有利于散熱。

3. 電源旁路與去耦電容：在電源入口與各電壓軌同樣需要配置高頻去耦電容與大容量電解電容，例如在12V主電源處并聯(lián)22μF/50V鉭電容（如AVX TAJ 22μF）與0.1μF X7R 陶瓷電容（如Murata GRM32ER71H104KA88L）；在5V LDO 輸出并聯(lián)10μF/6.3V 陶瓷電容與4.7μF/10V 鉭電容。

• 器件功能：高頻旁路電容濾除高頻噪聲，電解電容平滑低頻波動(dòng)，保證電源穩(wěn)定、降低電源阻抗。

• 選用理由：鉭電容具有更小的體積與更高的溫度穩(wěn)定性；X7R 陶瓷電容保證高頻去耦；布局上應(yīng)做到150mil 范圍內(nèi)放置，最小引線(xiàn)電感。

4. 電源保護(hù)與熔斷：在主電源輸入端并聯(lián)PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（如Bourns MF-PSMF075-2）及快速熔斷保險(xiǎn)絲（如Littelfuse 0451.250MRP 250mA），可在過(guò)流或故障時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)電源，保護(hù)系統(tǒng)。

• 器件功能：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重短路或功率管損壞時(shí)，保護(hù)元件熔斷，避免元器件燒毀；PTC 可在溫度下降后自動(dòng)恢復(fù)，方便維護(hù)。

• 選用理由：MF-PSMF075-2 PTC 溫度系數(shù)適中，可靠性高；Littelfuse 0451.250MRP 具備快速響應(yīng)的特性，可快速切斷過(guò)流情況。

通過(guò)以上電源管理與濾波設(shè)計(jì)，可有效確保D類(lèi)系統(tǒng)在各種工作條件下獲得穩(wěn)定、低噪聲的電源，為高保真音質(zhì)提供前提。

十、保護(hù)電路設(shè)計(jì)

為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性，D類(lèi)放大器設(shè)計(jì)中需要增加多種保護(hù)功能，包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、欠壓/過(guò)壓保護(hù)及輸出短路保護(hù)。本文推薦以下幾種保護(hù)元件與方案：

1. 過(guò)流與輸出短路保護(hù)：TAS5613A 內(nèi)部集成過(guò)流檢測(cè)與短路保護(hù)功能，當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，芯片會(huì)觸發(fā)故障模式并關(guān)斷輸出。外部可通過(guò)檢測(cè)MOSFET片上電阻采樣放大（如0.01Ω電流檢測(cè)電阻RSense +運(yùn)放），當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流時(shí)生成信號(hào)喂給芯片的FAULT 引腳，實(shí)現(xiàn)二次保護(hù)。推薦運(yùn)放用于電流采樣：Texas Instruments INA168。

• 器件功能：INA168 為單通道精密電流檢測(cè)放大器，可對(duì)0.01Ω 的RSense 薄膜電阻采樣電壓（幾毫伏級(jí)）進(jìn)行放大并輸出至故障檢測(cè)電路；具有可編程增益、低漂移等特點(diǎn)。

• 選用理由：高精度、寬電壓范圍、帶寬足以檢測(cè)短路沖擊浪涌，無(wú)需額外偏置，集成度高；與TAS5613A 內(nèi)部故障邏輯協(xié)同，使保護(hù)動(dòng)作更可靠。

2. 過(guò)溫保護(hù)：在功率MOSFET與調(diào)制器芯片附近貼裝溫度傳感器，如Analog Devices ADT7301 數(shù)字溫度傳感器（精度±1℃，1-wire 接口），將溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過(guò)MCU或數(shù)字邏輯控制保護(hù)。

• 器件功能：檢測(cè)MOSFET熱板及調(diào)制器芯片溫度，當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)設(shè)值（如85℃）時(shí)，通過(guò)啟用故障引腳或向MCU發(fā)出中斷信號(hào)，進(jìn)入保護(hù)模式，關(guān)閉PWM輸出或強(qiáng)制PWM停機(jī)。

• 選用理由：ADT7301 支持單線(xiàn)總線(xiàn)通訊，接口簡(jiǎn)單，精度高；工作溫度達(dá)到+150℃，可直接貼裝在器件引腳附近；寬電源電壓支持單電源應(yīng)用；數(shù)字輸出設(shè)計(jì)減少模擬電壓誤差。

3. 欠壓/過(guò)壓保護(hù)：在電源輸入端通過(guò)TLV431（可調(diào)基準(zhǔn)源）+MOSFET組成欠壓/過(guò)壓檢測(cè)電路，當(dāng)電源電壓低于或者高于設(shè)定閾值時(shí)驅(qū)動(dòng)P-FET或N-FET切斷電源或進(jìn)入保護(hù)模式。

• 器件功能：TLV431 內(nèi)部帶有可編程精密基準(zhǔn)（Rref=1kΩ +Rset=10kΩ 設(shè)定典型4.4V基準(zhǔn)），通過(guò)比較主電源與基準(zhǔn)，檢測(cè)電壓閾值；當(dāng)檢測(cè)到欠壓或過(guò)壓時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率MOSFET關(guān)閉電源。

• 選用理由：TLV431 精度高（初始誤差僅0.5%），可設(shè)定上下閾值；電路簡(jiǎn)單，占用PCB空間??；與功率MOSFET配合可實(shí)現(xiàn)快速切斷；適用于12V~24V 供電場(chǎng)景。

通過(guò)在硬件層面加入上述保護(hù)設(shè)計(jì)，能夠在各種異常情況下快速切斷輸出，避免因過(guò)流、過(guò)熱、欠壓等故障對(duì)功放與揚(yáng)聲器造成損害，并提升整機(jī)可靠性與壽命。

十一、PCB布局與走線(xiàn)設(shè)計(jì)

PCB布局對(duì)D類(lèi)放大器性能有著極為重要的影響，尤其是高速開(kāi)關(guān)環(huán)路與模擬音頻信號(hào)路徑容易相互干擾，若布線(xiàn)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)噪聲耦合進(jìn)入反饋環(huán)路，產(chǎn)生爆音、噪聲增加或系統(tǒng)不穩(wěn)定。以下是PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)及推薦做法：

1. 分區(qū)布置：將PCB分為數(shù)字/邏輯區(qū)、模擬前端區(qū)、功率開(kāi)關(guān)區(qū)、輸出濾波區(qū)、電源濾波區(qū)等功能區(qū)域，盡量避免信號(hào)重疊。

• 器件布局：將TAS5613A 芯片、反饋運(yùn)放、分壓電阻集中在一起，保持反饋回路盡量短；將功率MOSFET與電感、電容放在同一區(qū)域；將高頻回流電流路徑形成最小回路面積，并與模擬信號(hào)區(qū)隔離。

• 選用理由：分區(qū)布置可減少不同功能區(qū)之間的電磁干擾；簡(jiǎn)化測(cè)試定位與后續(xù)維護(hù)；便于散熱通道設(shè)計(jì)。

2. 地線(xiàn)設(shè)計(jì)：采用“星形地”或“分區(qū)地”策略，將模擬地（AGND）與功率地（PGND）分開(kāi)，最后在電源處進(jìn)行單點(diǎn)匯合，避免高電流回流產(chǎn)生的地電位升高影響模擬地參考。

• 器件功能：區(qū)分不同地線(xiàn)可防止噪聲通過(guò)地線(xiàn)耦合到敏感模擬電路；在多層板中可采用多層鋪銅、分層走線(xiàn)方式，將功率回流電流局限在特定層。

• 選用理由：AGND與PGND分離可減少噪聲耦合，保證運(yùn)放與PWM調(diào)制器參考地穩(wěn)定；多層板配合接地平面可顯著降低寄生電感。

3. 高頻環(huán)路優(yōu)化：PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)及功率回流電流路徑形成高速環(huán)路，需要將開(kāi)關(guān)晶體管、二極管（若采用半橋驅(qū)動(dòng)RS 時(shí)）、電容以及電感靠近擺放，并將走線(xiàn)長(zhǎng)度盡量縮短。

• 器件功能：通過(guò)最小化回流電流環(huán)路面積，降低噪聲輻射，降低開(kāi)關(guān)尖峰對(duì)其他電路的干擾。

• 選用理由：通過(guò)合理布局與走線(xiàn)，可將開(kāi)關(guān)電流的磁耦合與電容耦合干擾降低到最??；改善EMI性能，減輕后續(xù)板載濾波與外部EMI抑制負(fù)擔(dān)。

4. 電源走線(xiàn)：主電源12V~24V 走線(xiàn)需要足夠?qū)?，以保證大電流通過(guò)時(shí)壓降小；同樣需要考慮電源旁路電容位置，將去耦電容盡量靠近芯片電源引腳布置，減少走線(xiàn)感抗。

• 器件功能：寬電源走線(xiàn)可降低電源阻抗，避免在電流突變時(shí)產(chǎn)生電壓跌落；緊湊旁路電容布局可提高電源抗噪能力。

• 選用理由：適當(dāng)增加70mil~100mil 寬度的走線(xiàn)或鋪銅可滿(mǎn)足10A 以上的電流需求；采用多孔過(guò)孔連通上下層電源地平面降低分布電阻。

5. 熱管理：高功率MOSFET應(yīng)采取過(guò)孔散熱設(shè)計(jì)（如在MOSFET底部金屬焊盤(pán)處增加多個(gè)過(guò)孔與底層大面積銅墊相連），并配合外加散熱片。功率電感WIMA MKP4 與輸出電容器件也應(yīng)避免過(guò)于密集堆疊，以便散熱空氣流通。

• 器件功能：過(guò)孔與底層銅層形成熱通道，將熱量快速傳遞至板底與散熱片，避免局部溫度過(guò)高。

• 選用理由：良好的散熱設(shè)計(jì)可提升元器件可靠性，并使系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間大功率輸出時(shí)保持穩(wěn)定；配合散熱片與機(jī)殼風(fēng)道設(shè)計(jì)可進(jìn)一步降低結(jié)溫。

通過(guò)以上PCB布局與走線(xiàn)策略可在保證信號(hào)完整性和電源穩(wěn)定性的同時(shí)，有效抑制電磁干擾，并為高效散熱奠定基礎(chǔ)。

十二、散熱方案設(shè)計(jì)

盡管D類(lèi)放大器具有高效率特性，但在大功率長(zhǎng)時(shí)間工作下仍會(huì)產(chǎn)生一定熱量，需合理設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)。散熱途徑主要包括：功率MOSFET芯片散熱、調(diào)制器芯片散熱及周邊被動(dòng)器件散熱。推薦方案如下：

1. 功率MOSFET散熱：將功率MOSFET焊接在專(zhuān)門(mén)的銅箔大面外的PAD上，并在MOSFET底部下層鋪設(shè)大面積銅箔與多孔過(guò)孔網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)PCB銅層與散熱器連接。同樣在MOSFET頂部焊接外部散熱片，使用的散熱片可采用Aavid Thermalloy 581002B00000G（尺寸100mm x 40mm x 25mm，千瓦級(jí)熱阻低）。

• 器件功能：將MOSFET產(chǎn)生的熱量通過(guò)過(guò)孔與底層大銅箔傳導(dǎo)至散熱片，然后借助風(fēng)冷（如小風(fēng)扇）將熱量帶走。

• 選用理由：Aavid 581002B00000G 為高效鋁型材散熱片，表面經(jīng)陽(yáng)極氧化處理，提高散熱效率與抗腐蝕性；尺寸適中，安裝方式簡(jiǎn)單；配合風(fēng)道設(shè)計(jì)可有效降低MOSFET結(jié)溫。

2. 調(diào)制器芯片散熱：TAS5613A及其周邊運(yùn)放等器件散熱需求相對(duì)較低，可采用單面銅加大焊盤(pán)散熱，并在芯片底部附近鋪銅，用過(guò)孔將熱量傳導(dǎo)至內(nèi)層或底層銅箔；如有空間，可在芯片頂部放置小型散熱片（如貼片式銅散熱片Wakefield 5040-50G）。

• 器件功能：在芯片封裝底部產(chǎn)生熱量時(shí)，通過(guò)PCB層熱過(guò)孔傳導(dǎo)至較大面積銅箔，減輕芯片內(nèi)部熱積累；如散熱不足則考慮頂置散熱片。

• 選用理由：Wakefield 5040-50G 為導(dǎo)熱性?xún)?yōu)異的貼片鋁散熱片，通過(guò)導(dǎo)熱膠粘貼即可；適用于小功率BGA芯片散熱場(chǎng)景；成本低。

3. 被動(dòng)器件散熱：功率電感、濾波電容、穩(wěn)壓LDO等器件在大電流時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱量，需在PCB布局時(shí)留出充足空間并避免過(guò)度堆疊；可在這些器件下方添加過(guò)孔，利用內(nèi)層銅層散熱。

• 器件功能：通過(guò)過(guò)孔與內(nèi)層銅層將熱量散發(fā)；電感外殼與散熱環(huán)境接觸面應(yīng)盡量靠近空氣流通區(qū)域。

• 選用理由：被動(dòng)器件溫升對(duì)可靠性影響相對(duì)較小，但長(zhǎng)期高溫會(huì)降低壽命；良好的散熱設(shè)計(jì)可讓系統(tǒng)在潮濕、高溫場(chǎng)景下穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)合上述散熱設(shè)計(jì)，采用合理的風(fēng)道布局（如板邊安裝小風(fēng)扇、機(jī)箱內(nèi)部氣流引導(dǎo)）可進(jìn)一步提升散熱效率。建議在測(cè)試階段用熱成像對(duì)關(guān)鍵元件溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以驗(yàn)證散熱方案的可靠性。

十三、EMI傳導(dǎo)與輻射抑制設(shè)計(jì)

由于D類(lèi)放大器的PWM開(kāi)關(guān)頻率較高（典型200kHz~500kHz），如果缺乏有效的EMI抑制手段，可能導(dǎo)致高頻開(kāi)關(guān)噪聲通過(guò)電源、揚(yáng)聲器線(xiàn)纜或空氣傳導(dǎo)泄漏，使整機(jī)無(wú)法通過(guò)電磁兼容測(cè)試。針對(duì)EMI傳導(dǎo)與輻射可從以下方面進(jìn)行優(yōu)化：

1. 輸出端共模電感與差模電感組合：在輸出濾波LC之后，在揚(yáng)聲器輸出線(xiàn)上并聯(lián)一個(gè)共模電感（如TDK ACM2012-601-2P-T002），共模電感量100μH、DC電阻30mΩ；同時(shí)在電源線(xiàn)上并聯(lián)差模電感（如Coilcraft DFE2512C-681 68μH）。

• 器件功能：共模電感阻止公共模式高頻信號(hào)通過(guò)揚(yáng)聲器線(xiàn)纜輻射，而差模電感抑制電源線(xiàn)上的差模干擾。

• 選用理由：TDK 共模電感具有高飽和電流能力，適合大功率連續(xù)信號(hào)場(chǎng)合；Coilcraft 差模電感Q值高，在EMI濾波上效果顯著。

2. EMI電容（Y電容與X電容）：在輸出濾波末端并聯(lián)高壓X電容（如Panasonic ECHU2GD610U5H 0.01μF/250VAC）與Y電容（如TDK CCG31X7R1H104K 0.1μF/50V）以進(jìn)一步抑制差模與共模噪聲。

• 器件功能：X電容主要抑制差模噪聲，Y電容用于共模噪聲分流到地。

• 選用理由：高品質(zhì)X、Y電容通過(guò)安規(guī)認(rèn)證，可靠性高；在高頻段具有穩(wěn)定且低損耗的濾波性能。

3. 電源輸入EMI濾波器：在電源輸入端采用共模電感+X電容組合形成PI型輸入濾波器。推薦使用整合式EMI濾波器模塊：Murata DEB1AE-1012B9, 該模塊集成1mH 電感及10nF X電容，通帶損耗低、體積小巧。

• 器件功能：阻止開(kāi)關(guān)噪聲通過(guò)電源線(xiàn)向外傳導(dǎo)；過(guò)濾進(jìn)入系統(tǒng)的外部電源干擾。

• 選用理由：Murata 是業(yè)內(nèi)知名（EMI）濾波解決方案廠(chǎng)商，該型號(hào)經(jīng)過(guò)安規(guī)測(cè)試，布局簡(jiǎn)單；可在汽車(chē)或家用場(chǎng)景兼容多種電源環(huán)境。

4. 屏蔽與接地策略：在功率開(kāi)關(guān)區(qū)與輸出濾波區(qū)中間可增設(shè)金屬屏蔽罩，或在機(jī)箱內(nèi)部布置金屬隔離板，將開(kāi)關(guān)電路與敏感模擬電路、電源接口分隔；同時(shí)接地帶要保證低阻抗連接至機(jī)箱地，以便將輻射信號(hào)高效泄流。

• 器件功能：金屬屏蔽板或罩將輻射噪聲局限在局部，避免向外界輻射；低阻抗地平面保證電流快速回流。

• 選用理由：屏蔽設(shè)計(jì)可提升系統(tǒng)抗擾度；合理的接地策略可降低地環(huán)路噪聲；機(jī)箱與PCB地應(yīng)采用單點(diǎn)或多點(diǎn)接地區(qū)分方式，避免地環(huán)增大輻射。

5. PCB 走線(xiàn)與分層：如前文所述，將高頻開(kāi)關(guān)環(huán)路局限于單個(gè)層或兩層之間，避免跨層引入寄生電容；同時(shí)在敏感模擬區(qū)與PWM開(kāi)關(guān)區(qū)之間鋪設(shè)地平面；信號(hào)線(xiàn)與高功率回路應(yīng)保持最小交叉。

• 選用理由：合理分層與走線(xiàn)可在板級(jí)抑制輻射；降低元件之間的電容耦合；配合低阻抗地平面可進(jìn)一步抑制共模噪聲。

通過(guò)上述EMI優(yōu)化措施，可使D類(lèi)放大器在CISPR-B或FCC Class B 標(biāo)準(zhǔn)下順利測(cè)試，并降低用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的干擾風(fēng)險(xiǎn)。

十四、系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)試

設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)整機(jī)進(jìn)行綜合測(cè)試與調(diào)試，驗(yàn)證各項(xiàng)指標(biāo)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)。測(cè)試項(xiàng)目包括：

1. 頻率響應(yīng)測(cè)試：采用音頻信號(hào)發(fā)生器（如Audio Precision APx525）向輸入端輸入1Vrms 正弦信號(hào)，測(cè)量20Hz~20kHz 頻率范圍輸出幅值與相位響應(yīng)，記錄±1dB 帶寬。

• 方法：將輸出濾波后的信號(hào)加載至示波器或頻譜分析儀，連接阻抗為8Ω的負(fù)載；分別測(cè)量幅頻響應(yīng)并繪制曲線(xiàn)。檢查在極低頻（<50Hz）和極高頻（>20kHz）處的衰減是否平緩。

2. 總諧波失真加噪聲（THD+N）測(cè)試：在額定功率（8Ω，50W）條件下，輸入不同幅值的1kHz 正弦信號(hào)，測(cè)量放大器輸出端的THD+N。確保在1W、10W、50W輸出功率點(diǎn)的THD+N值分別小于0.01%、0.05%、0.1%。

• 方法：采用高精度失真分析儀（如Audio Precision）測(cè)量；同時(shí)進(jìn)行不同頻率點(diǎn)（如100Hz、1kHz、10kHz）測(cè)試，以驗(yàn)證全頻帶失真表現(xiàn)。

3. 信噪比（SNR）測(cè)試：在輸入端斷開(kāi)信號(hào)源，僅保持增益不變的情況下，測(cè)量輸出端噪聲幅度（20Hz~20kHz 帶寬），與1W 輸出對(duì)應(yīng)幅度相比，計(jì)算信噪比，目標(biāo)應(yīng)超過(guò)100dB。

• 方法：使用FFT 分析儀測(cè)量噪底；同時(shí)對(duì)比輸入信號(hào)時(shí)的輸出幅度，計(jì)算SNR。

4. 效率測(cè)試：測(cè)量在不同輸出功率點(diǎn)（1W、10W、25W、50W）時(shí)的輸入電流與輸出功率，計(jì)算效率曲線(xiàn)。驗(yàn)證在額定50W 輸出時(shí)效率≥90%，在常用功率（10W~25W）下效率接近或超過(guò)92%。

• 方法：搭建精密可調(diào)直流電源，測(cè)量輸入電流；使用示波器或功率計(jì)測(cè)量輸出電壓及負(fù)載電流，計(jì)算輸出功率；并繪制效率曲線(xiàn)。

5. EMI測(cè)試：在電波暗室中進(jìn)行輻射干擾測(cè)試，測(cè)量30MHz1GHz 頻段的輻射場(chǎng)強(qiáng)，確保滿(mǎn)足CISPR-B 等級(jí)限值；同時(shí)測(cè)量電源線(xiàn)傳導(dǎo)干擾（150kHz30MHz），確保插入損耗滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)。

• 方法：使用EMI 接收機(jī)及天線(xiàn)在3m 距離測(cè)量；對(duì)比限值曲線(xiàn)；在測(cè)量過(guò)程中加裝必要的饋電探頭以確保精度。

6. 保護(hù)功能驗(yàn)證：通過(guò)人為短路、過(guò)載、過(guò)溫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)流、過(guò)熱、欠壓保護(hù)動(dòng)作是否正確。

• 方法：在測(cè)試臺(tái)上模擬揚(yáng)聲器輸出短路，監(jiān)測(cè)故障時(shí)間與輸出自動(dòng)恢復(fù)機(jī)制；用溫控烤箱或加熱片提高M(jìn)OSFET 結(jié)溫，觀察過(guò)熱關(guān)斷是否在設(shè)定溫度停止輸出；通過(guò)調(diào)節(jié)外部可調(diào)電源使供電電壓超出范圍，驗(yàn)證欠壓/過(guò)壓鎖定是否正常。

7. 聲學(xué)測(cè)試與試聽(tīng)：在標(biāo)準(zhǔn)聲學(xué)環(huán)境中連接揚(yáng)聲器（如JBL Professional 305P MkII），播放標(biāo)準(zhǔn)音頻測(cè)試曲，進(jìn)行主觀試聽(tīng)，檢驗(yàn)音質(zhì)、低頻延展、中高頻清晰度及聲場(chǎng)均衡度。

• 方法：結(jié)合FFT 分析與人耳主觀評(píng)估相結(jié)合，對(duì)于任何米字波失真、抖動(dòng)、爆音等異常進(jìn)行排查。

完成上述測(cè)試后，對(duì)電路板布線(xiàn)、濾波參數(shù)、反饋環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、保護(hù)閾值等進(jìn)行必要的調(diào)校，以達(dá)到最佳性能。

十五、總結(jié)

本篇技術(shù)方案詳細(xì)介紹了PWM型D類(lèi)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)思路，涵蓋了從系統(tǒng)需求分析、模塊劃分、核心芯片選型、外圍器件選型（運(yùn)放、PWM調(diào)制器、柵極驅(qū)動(dòng)、MOSFET、濾波元件、保護(hù)元件等）、PCB布局與走線(xiàn)、電源管理、保護(hù)電路、散熱方案、EMI抑制，到最終系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)校的完整設(shè)計(jì)流程。在元器件選型方面，推薦了TLV2372IDR 運(yùn)放用于輸入級(jí)、TAS5613A 用于PWM調(diào)制與功率級(jí)集成、UCC27324P 用于柵極驅(qū)動(dòng)、BSC614N04LS / NTMFS5C628NL / SiR846DP 等功率MOSFET、Coilcraft SER2915H 電感與WIMA MKP4 薄膜電容構(gòu)建輸出低通濾波、ADA4528-2 零漂移運(yùn)放用于反饋檢測(cè)、TPS7A4700 LDO 用于電源穩(wěn)壓、TVS 與 MOV 用于過(guò)壓浪涌保護(hù)、TLV431 實(shí)現(xiàn)欠壓/過(guò)壓保護(hù)等。每種元器件的作用、選用理由與功能被詳細(xì)闡述，為工程師在類(lèi)似項(xiàng)目設(shè)計(jì)中提供了完整而具體的參考。

通過(guò)該方案，設(shè)計(jì)出的D類(lèi)放大器具有高效率（≥90%）、低失真（THD+N≤0.05%）、高信噪比（SNR>100dB）、寬帶寬（20Hz~20kHz±1dB）、可靠的保護(hù)功能（過(guò)流、過(guò)熱、欠壓/過(guò)壓）、以及優(yōu)良的EMI性能（滿(mǎn)足CISPR-B 及FCC 標(biāo)準(zhǔn)）。該設(shè)計(jì)適用于便攜音箱、車(chē)載音響、家庭影院擴(kuò)聲等多種應(yīng)用場(chǎng)景，具備良好的成本效益和可擴(kuò)展性。

在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可根據(jù)具體應(yīng)用對(duì)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，例如調(diào)整PWM載波頻率、濾波器諧振頻率、保護(hù)閾值及PCB層數(shù)等，以進(jìn)一步優(yōu)化不同場(chǎng)景下的性能。同時(shí)，未來(lái)還可考慮采用新一代GaN MOSFET 替代硅MOSFET，以進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)損耗并提升效率，但需權(quán)衡成本。希望本技術(shù)方案能夠?yàn)閺氖翫類(lèi)音頻放大器設(shè)計(jì)的工程師提供全面、系統(tǒng)的指導(dǎo)和參考。