‌TPA3223单声道HD模拟输入D类放大器技术解析与应用指南

Texas Instruments TPA3223单声道HD模拟输入、D类放大器可在全功率、空闲和待机状态下实现高效运行。TPA3223闭环反馈可在整个声频频带内提供低失真，其带宽高达100kHz，可实现出色的音质。TPA3223在AD调制模式下工作，驱动高达2 x 200W功率实现4Ω负载或驱动1 x 400W功率实现2ΩΩ负载。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPA3223单声道HD模拟输入D类放大器数据手册.pdf

TI TPA3223 D类放大器具有单端或差分模拟输入接口，最高支持2V RMS ，具有四种可选增益：20dB、23.5dB、32dB和36dB。TPA3223还实现了大于90%的效率、低空闲功率和超低待机功耗 (< 0.1W)。这是特性通过采用60mΩ MOSFET、经优化的栅极驱动方案和低功耗运行模式实现的。

TPA3223集成了重要的保护功能，包括欠压、过压、逐周期电流限制、短路、削波检测、过热警告和关断以及直流扬声器保护。

特性

• 宽电源电压范围：10V至42V
• 立体声 (2 x BTL) 和单声道 (1 x PBTL) 配置
• 10% THD+N下的输出功率
  • 在4Ω负载下的BTL配置中，立体声功率为200W
  • 在3Ω负载下的PBTL配置中，单声道功率为300W
  • 在2Ω负载下的PBTL配置中，单声道功率为425W
• THD+N为1%时的输出功率
  • 在4Ω负载下的BTL配置中，立体声功率为170W
  • 在2Ω负载下的PBTL配置中，单声道功率为325W
• 闭环反馈设计
  • 在4Ω负载、1W功率下具有0.02% THD+N
  • 60dB PSRR（BTL，无输入信号）
  • 输出噪声（A 加权）< 100µV
  • SNR（A 加权）> 110dB
• 低功耗工作模式
  • 待机模式：静音和关断
  • 单通道BTL操作
• 多种输入选项，可简化前置放大器设计
  • 差分或单端模拟输入
  • 可选增益：20dB、23.5dB、32dB、36dB
• 集成保护功能包括欠压、过压、过流、逐周期电流限制、短路、限幅检测、过热警告和关断以及直流扬声器保护
• 轻松同步多个器件
• 90%高效D类音效工作 (4Ω)

简化示意图

框图

系统框图

TPA3223单声道HD模拟输入D类放大器技术解析与应用指南‌

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一、核心特性与创新设计

1. ‌高效能功率输出‌
   • 支持10-42V宽电压输入，提供高达425W的PBTL模式输出（2Ω负载，10% THD+N）和200W立体声BTL输出（4Ω负载）
   • 采用AD调制技术，THD+N低至0.02%（1W输出时），信噪比>110dB（A加权）
2. ‌灵活配置模式‌
   • 支持三种工作模式：立体声BTL、单声道BTL和单声道PBTL（需在LC滤波器后并联输出）
   • 可编程增益选择（20/23.5/32/36dB），适配不同输入信号电平需求
3. ‌智能保护系统‌
   • 集成过流保护（CB3C机制，响应时间<5μs）、过温保护（OTW 125℃/OTE 155℃）
   • 直流扬声器保护功能，防止输出短路导致的直流偏置损坏

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二、典型应用场景

1. 高端音频设备

• ‌Soundbar系统‌：利用PBTL模式驱动2Ω低阻抗扬声器，实现300W@1% THD+N的高保真输出
• ‌Wi-Fi音箱‌：闭环反馈设计提供60dB PSRR，有效抑制电源噪声干扰

2. 专业音响系统

• ‌舞台监听音箱‌：通过时钟同步功能实现多设备并联，构建分布式扩声系统
• ‌低音炮驱动‌：2Ω负载下425W输出能力，配合可调开关频率（460-600kHz）避免AM波段干扰

3. 工业音频设备

• ‌公共广播系统‌：-40℃~85℃工作温度范围，适应恶劣环境
• ‌紧急报警系统‌：集成故障报警引脚（FAULT/OTW_CLIP），支持实时状态监控

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三、关键设计要点

1. ‌电源设计规范‌
   • PVDD需配置1000μF+1μF电容阵列（耐压≥75V），推荐2oz铜厚PCB降低寄生电感
   • 独立5V供电（AVDD/GVDD/VDD）需RC滤波隔离（典型值：3.3Ω+220nF）
2. ‌热管理方案‌
   • 顶部散热焊盘（6.1×14mm）需连接至接地散热器，θJA=42.6℃/W（4层板）
   • 持续满功率输出时建议强制风冷，保持结温<125℃
3. ‌PCB布局禁忌‌
   • 避免在功率路径使用过孔，PVDD走线宽度≥3mm
   • 敏感信号（OSCM/OSCP）需远离开关节点至少5mm

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四、性能实测数据

测试项目	条件（PBTL模式）	典型值
输出功率	2Ω, 10% THD+N	425W
效率	4Ω负载, 100W输出	90%
空闲功耗	无信号输入	1.5W
启动时间	CMUTE=33nF	20ms