2W立体声D类音频功率放大器MAX4297

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MAX4297是美信(MAXIM)公司生产的新型立体声D类音频功率放大器集成电路。MAX4297利用2.7~5.5V的单电源工作,在4Ω的负载上和5V的电源电压下,能输出2W的连续功率,效率高达87%。该芯片主要应用于掌上电脑、笔记本电脑、PDA音频、声卡、游戏卡、交流(AC)放大器、有源音箱、无绳电话等便携式产品及其它一些要求高效率、低热耗散的场合。

一、引脚排列与内部结构

MAX4297采用节省空间的SSOP封装,引脚排列如图1所示。MAX4297有些引脚功能是相同的,即③脚和(均为模拟电源电压V\(_{CC}\))、⑥、⑦、(均为功率地PGND)及④、⑨、(均为半桥电源电压PV\(_{CC}\))。MAX4297芯片集成了双通道反相输入运算放大器、脉冲宽度调制(PWM)斜坡振荡器、PWM控制器、双通道MOS栅极驱动器和MOSFET半桥功率级及功率管理与保护电路等,内部结构框图如图2所示。

图1
图1 🔍原图 (425×589)
图2
图2 🔍原图 (567×431)

二、主要功能及特点


1.基本操作

图3
图3 🔍原图 (567×505)

D类音频功率放大器是一种开关型放大器。MAX4297的控制信号由内部的PWM比较器产生,脉冲宽度与输入电压成比例。PWM控制器将模拟输入信号,变换成脉冲宽度可以变化的信号,去控制半桥功率级。为使负载上的信号极性能够反转,功率开关成对地工作。IC⑤脚和,分别是左通道半桥正输出(OUT\(_{+}\)L)和负输出(OUT\(_{-}\)L)。⑧脚和分别是右通道半桥正输出(OUT\(_{+}\)R)和负输出(OUT\(_{-}\)R)。半桥输出摆幅依赖于电源电压。IC的锯齿波振荡器摆幅随电源电压成比例地变化,但增益保持不变。振荡器摆幅范围,在0~1.6V\(_{CC}\)范围。


2.主要特点

图4
图4 🔍原图 (416×191)

(1) PWM频率选择逻辑可编程

MAX4297振荡器频率可通过FS1脚和FS2脚控制,附表列出了其频率选择逻辑。作为经验准则,f\(_{osc}\)应为音频带宽的10倍。在多数情况下,选择f\(_{osc}\)=250kHz是适宜的。

(2) 1A的电流限制

在MAX4297半桥中的电流限制电路用以监测半桥中功率MOSFET的电流,只要通过MOSFET的电流超过1A,半桥即被截止,经过100μs之后,重新使半桥工作。

(3) 热过载保护

IC的热过载保护限制芯片的总功率耗散。当IC结温超过145℃时,自动关闭半桥输出。在IC结温降低10℃时,又自动恢复半桥输出。

(4) 欠电压闭锁(UVLO)

一旦MAX4297的电源电压降至UVLO的2.2V门限以下,UVLO电路将阻止器件工作。

(5) 低电流关闭模式

若迫使MAX4297的SHDN————脚处于低电平,IC则进入低功率关闭状态,仅消耗2.3μA的电流。在正常工作时,应将SHDN————脚连接到V\(_{CC}\)端。

(6) 无呼呼声启动

MAX4297脚SS外部的接地电容(C\(_{ss}\))通过内部1.2μA的电流源充电并控制软启动速率。IC的软启动功能消除了启动过程可听见的呼呼声。

(7) 单端与桥接负载(BTL)连接结构

MAX4297既可以用来组成单端结构的放大器,也允许作为桥接负载(BTL)放大器操作。在组成BTL放大器时,可以省去输出端上的隔离电容器。

(8) 4.6mA的低静态电流和0.4%的低总谐波失真加噪声(THD+N)。

三、应用介绍

MAX4297的应用电路如图3所示。V\(_{CC}\)脚与GND间脚连接的旁路电容C1和C2,要求有较低的等放串联电阻(ERS)。从PV\(_{CC}\)到PGND脚和到GND脚的低ERS电容C3和C4,用作抑制半桥开关引起的电源纹波。V\(_{CC}\)和PV\(_{CC}\)的电源电压范围为2.7~5.5V,允许的最大范围是从-0.3V到+6V。输入电阻R\(_{IN}\)和反馈电阻R\(_{F}\)可设定输入放大器增益(-R\(_{F}\)/R\(_{IN}\))。放大器同相输入在内部连接0.3V\(_{CC}\)(VCM),设定放大器共模电压。放大器输入偏置电流低于±50PA,不影响R\(_{F}\)的选择。随R\(_{F}\)数值增加,电路中噪声随之增加。比较理想的反相输入阻抗在5kΩ到20kΩ之间,有效阻抗为(R\(_{F}\)·R\(_{IN}\))/(R\(_{F}\)+R\(_{IN}\)),R\(_{F}\)数值必须大于50kΩ。高保真音频应用要求增益平坦度在20Hz到20kHz之间。输入耦合电容C\(_{IN}\)和R\(_{IN}\)设定放大器低频截止点,形成高通滤波器。在放大器输入节点是虚地时,f\(_{LO}\)=1/(2π·R\(_{IN}\)·C\(_{IN}\))决定高通滤波器-3dB点。C\(_{IN}\)数值的选择,应保证拐角频率在20Hz以下(一般可选取C\(_{IN}\)=0.1μF)。L1A、L1B和C1A、C1B与L2A、L2B与C2A、C2B分别组成平衡两极点输出滤波器,用以衰减PWM频率。滤波电感L和电容C可根据下面公式选择:

在公式(1)和(2)中,ω\(_{o}\)=2πf\(_{O}\)(f\(_{O}\)为滤波器截止频率)。在f\(_{O}\)=30kHz和R\(_{L}\)=4Ω时,C1A=C1B=C2A=C2B≈2μF,L1A=L1B=L2A=L2B≈15μH。

由于FS1接地,FS2连接V\(_{CC}\),MAX4297的振荡频率为250kHz。IC脚SS外部接电容C\(_{ss}\),是软启动电容。脚SS内部对C\(_{ss}\)的充电电流源是1.2μA,在C\(_{ss}\)上的电压(V\(_{ss}\))达到0.6V\(_{CC}\)后,完成软启动周期。

MAX4297可用来驱动耳机装置,具体电路见图4。脚OUT\(_{-}\)L和OUT\(_{-}\)R不连接,脚OUT\(_{+}\)L和OUT\(_{+}\)R上的输出信号经滤波再通过输出耦合电容(C\(_{c}\)),连接在芯套接地的三线插头上,将信号传递到耳机插座。

MAX4297的详细资料,可到www.maxim-ic.com上查询。