D类170W音频功放LM4651／LM4652芯片及应用

美国国家半导体公司(NSC)推出170W、D类音频功率放大器LM465l／LM4652芯片组，只需用很少量的元件，就可组成高效超低音放大器。

一、内部结构及主要特点

LM4651是一种脉冲宽度调制(PwM)控制／驱动IC，采用28脚DIP封装。LM4651内部结构主要包含误差放大器、反馈放大器、振荡器、PWM比较器、数字逻辑与保护电路及驱动器等。LM4652是采用15脚(其中脚5，8，9，11，12未连接)T0-220封装的功率Ic，内装4只半桥功率MOSFET．如图1所示。



LM4651与LM4652的主要特点如下：

(1)两芯片隔离，提供了较大的设计灵活性；

(2)开关频率可由脚16(OSC)上的外接电阻Rosc控制；Fosc=1×l0的9次方／(4000+Rosc)(Hz)，调节范围为75～200kHz；

(3)开通软启动(启动延时由脚24上的外接电容决定)和欠压闭锁(当电源电压低于±10．5V时，输出关闭)；

(4)过调制保护，即软削波(soft clipping)；

(5)短路电流限制(内部设定于10A)和热关闭(门限结温为150℃)保护。

二、主要电气特性及性能指标

LM465l／LM4652最高电源电压为±22V，工作温度范围为-40～+85℃，最高结温为150℃，总静态电源电流为237mA(在脚150上电阻Rdly=0时)，待机电流(Istby)为17mA，输出功率(在Rl=4Ω和总谐波失真THD<10％条件下)为170W，在RL=4Ω，Po=10W和Fin=10～500Hz下的THD<3％。在125W下的效率η≥85％，待机(standbv)衰减大于100dB。

LM4652内部功率MOSFET的漏一源极之间击穿电压BVdss=50V，漏极额定电流Id=10A，开通态电阻Rds（on）=200mΩ(典型值)，栅极门限电压Vcs（th)=0．85V(典型值)。

三、典型应用

用LM4651与LM4652组成的125W、D类超低音放大器电路如图2所示。该放大器的输人信号最大电平为3v(有效值），输入信号带宽为lO-150Hz，在1%THD下的输出功率为125W．负载阻抗为4Ω，电源电压为±20V。



音频信号经Cl、R1和IC1(LM4651)脚10输入到ICl内部的误差放大器，IC2(LM4652）脚15（V01)和脚7(V02)上的半桥开关输出经R9、R10、C18、c19和c20、c2l组成的低通滤波器滤波后，分别通过ICl脚14和脚19输入到内部的反馈测量放大器。反馈放大器的输出经脚9和电阻R2反馈到ICl脚l0，与输入音频信号相加。并接于脚10和脚11的R3、C2组成低通滤波器，用作限制输入音频信号的频率含量。在输出负载上的信号电压为22．4V，故放大器增益为22．4V／3V=7．5(即17．5dB)。

ICl脚16上的外接电阻R6(3．9k)决定振荡器频率，其数值Fosc=125kHz。ICl内误差放大器输出音频信号与振荡器产生的三角波进行比较，在ICl内PwM比较器输出端产生一个占空因数与音频信号电平成正比的方波脉冲，如图3所示：该PwM脉冲经驱动级电路输出MOSFET栅极驱动信号。施加到IC2脚14、脚2、脚10和脚6和MOSFET栅极．IC2脚17和脚15输出，开关信号分别经L1、C16和L2、C17组成的LC低通滤波器滤波，施加到扬声器。扬声器两端并接的电容C15(5uF)，用作减小啸叫(hiss)噪声。

当LM4652的结温达到150℃时，脚4上的电压(6V)经LM4651脚12馈送到热关闭电路，停止输出驱动信号．使LM4652中功率MOSFET敲止。只有当结温降至安全电平，开关才重新工作。当ICl脚sTDBY(13)置于逻辑“1”或5v时，ICl进入待机状态。在此情况下，ICl停止脉冲宽度调制，只消耗很小的电源电流。ICl脚17上的外接电阻R5，用作确定死区时间。脚18上的外接电阻R4，用作设定短路电流限值值(在R4=100k下，短路电流限制值不低于10A)。脚23上的外接电容C9，用作设定ICl启动时的延迟时间(约1秒钟)。电源+Vcc与-Vee连接的二极管D1-D4，宜选用3A、50V的肖特基二极管。Ll、L2选用高饱和磁通密度的铁氧体磁棒绕制。印刷电路板最好采用双面PCB。