TDA7491HV：高效双BTL D类音频放大器的深度解析

在音频放大器的领域中，D类放大器凭借其高效的特性成为了众多电子工程师的首选。今天，我们就来深入探讨一款名为TDA7491HV的双BTL D类音频放大器，它专为LCD电视和显示器设计，具有诸多令人瞩目的特性。

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产品概述

TDA7491HV是一款单电源供电的双BTL D类音频放大器，能提供20W + 20W的连续输出功率（(R{L}=8 Omega)，THD = 10%，(V{CC}=18V)）。它具有宽范围单电源操作（5 - 18V）、高效率（(eta = 90%)）等特点，还具备四种可选的固定增益设置（20dB、26dB、30dB和32dB），能有效满足不同的音频需求。此外，它采用差分输入，可最大限度减少共模噪声，并且在开启和关闭时不会产生“噗噗”声，还具备待机和静音功能、短路保护、热过载保护以及外部同步等特性。

引脚介绍

TDA7491HV有PowerSSO - 36暴露焊盘朝上（EPU）和朝下（EPD）两种封装，两种封装的引脚功能基本一致。以下是EPD封装的引脚列表：	编号	名称	类型	描述
1	SUB_GND	PWR	连接到框架
2,3	OUTPB	O	右声道正PWM输出
4,5	PGNDB	PWR	右声道功率级接地
6,7	PVCCB	PWR	右声道电源
8,9	OUTNB	O	右声道负PWM输出
10,11	OUTNA	O	左声道负PWM输出
12,13	PVCCA	PWR	左声道电源
14,15	PGNDA	PWR	左声道功率级接地
16,17	OUTPA	O	左声道正PWM输出
18	PGND	PWR	功率级接地
19	VDDPW	O	功率级3.3V（标称）调节器输出，参考地
20	STBY	I	待机模式控制
21	MUTE	I	静音模式控制
22	INPA	I	左声道正差分输入
23	INNA	I	左声道负差分输入
24	ROSC	O	主振荡器频率设置引脚
25	SYNCLK	I/O	外部振荡器时钟输入/输出
26	VDDS	O	信号块3.3V（标称）调节器输出，参考地
27	SGND	PWR	信号接地
28	DIAG	O	开漏诊断输出
29	SVR	O	电源电压抑制
30	GAIN0	I	增益设置输入1
31	GAIN1	I	增益设置输入2
32	INPB	I	右声道正差分输入
33	INNB	I	右声道负差分输入
34	VREF	O	参考地的半VDDS（标称）
35	SVCC	PWR	信号电源
36	VSS	O	参考电源的3.3V（标称）调节器输出
-	EP	-	用于散热片的暴露焊盘，连接到GND

电气特性

绝对最大额定值

符号	参数	值	单位
(V_{CC})	引脚PVCCA、PVCCB的直流电源电压	23	V
(V_{I})	输入引脚STBY、MUTE、INNA、INPA、INNB、INPB、GAIN0、GAIN1的电压限制	-0.3 - 3.6	V
(T_{op})	工作温度	-40 to 85	°C
(T_{j})	结温	-40 to 150	°C
(T_{stg})	储存温度	-40 to 150	°C

电气规格

在特定条件下（(V{CC}=18V)，(R{L}=8Omega)，(R{OSC}=39kOmega)，(C8 = 100nF)，(f = 1kHz)，(G{V}=20dB)，(Tamb = 25^{circ}C)），TDA7491HV的电气规格如下：	符号	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{CC})	电源电压		5	-	18	V
(I_{q})	总静态电流		-	26	35	mA
(I_{qSTBY})	待机静态电流			2.5	5.0	µA
(V_{OS})	输出失调电压	播放模式	-100		+100	mV
	静音模式	-60		+60
(I_{OCP})	过流保护阈值	(R_{L}=0Omega)	3	5	-	A
(T_{j})	热关断时的结温			150		°C
(R_{i})	输入电阻	差分输入	54	60		kΩ
(V_{UVP})	欠压保护阈值	-			4.5	V
(R_{DS(on)})	功率晶体管导通电阻	高端		0.2		Ω
	低端		0.2
(P_{o})	输出功率	THD = 10%		20		W
		THD = 1%		16
		(R{L}=8Omega)，THD = 10%，(V{CC}=12V)		7.2		W
		(R{L}=6Omega)，THD = 1%，(V{CC}=25V)		4.0
(P_{D})	耗散功率	(P_{o}=20W + 20W)，THD = 10%		4.0		W
(eta)	效率	(P_{o}=20W + 20W)	80	90		%
THD	总谐波失真	(P_{o}=1W)		0.1		%
(G_{V})	闭环增益	GAIN0 = L，GAIN1 = L	18	20	22	dB
		GAIN0 = L，GAIN1 = H	24	26	28
		GAIN0 = H，GAIN1 = L	28	30	32
		GAIN0 = H，GAIN1 = H	30	32	34
(Delta G_{V})	增益匹配		-1		+1	dB
CT	串扰	(f = 1kHz)，(P_{o}=1W)		70		dB
(e_{N})	总输入噪声	A曲线，(G_{V}=20dB)		20		µV
		(f = 22Hz) to (22kHz)	-	25	35
SVRR	电源电压抑制比	(f{r}=100Hz)，(V{r}=1Vpp)，(C_{SVR}=10µF)		50		dB
(T{r})，(T{f})	上升和下降时间			40		ns
(f_{SW})	开关频率	内部振荡器，主模式	290	320	350	kHz
(f_{SWR})	开关频率范围		250	-	400	kHz
(V_{inH})	数字输入高（H）	-	2.3			V
(V_{inL})	数字输入低（L）			0.8
(A_{MUTE})	静音衰减	(V{MUTE}=low)，(V{STBY}=high)		80		dB

特性曲线

文档中给出了不同负载（4Ω、6Ω、8Ω）在不同电源电压下的特性曲线，包括输出功率与电源电压、THD与输出功率、频率响应、串扰与频率、FFT性能、电源抑制比与频率、功率耗散和效率与输出功率等。这些曲线能帮助工程师更好地了解TDA7491HV在不同条件下的性能表现。

应用信息

模式选择

TDA7491HV有三种工作模式，通过STBY（引脚20）和MUTE（引脚21）两个输入引脚设置：

• 待机模式：所有电路关闭，电流消耗极低。
• 静音模式：输入接地，正负极PWM输出占空比为50%。
• 播放模式：放大器处于工作状态。

增益设置

增益由GAIN0（引脚30）和GAIN1（引脚31）两个输入引脚设置，内部通过改变放大器的反馈电阻来实现。具体设置如下：	GAIN0	GAIN1	标称增益 (G_{V}) (dB)
L	H	20
L	H	26
H	L	30
H	H	32

输入电阻和电容

输入阻抗由内部电阻 (R{i}=68kOmega)（典型值）设置，需要一个输入电容 (C{i}) 来耦合交流输入信号。对于 (C_{i}=220nF)，高通滤波器的截止频率低于20Hz。

内部和外部时钟

TDA7491HV的时钟可以内部生成，也可以由外部源驱动。如果在同一系统中使用多个D类放大器，建议所有设备以相同的时钟频率运行。可以将一个TDA7491HV作为主时钟，其他设备作为从模式，通过SYNCLK引脚进行时钟互连。

• 主模式（内部时钟）：输出开关频率 (f{SW}) 由连接到ROSC引脚的电阻 (R{OSC}) 控制，(f{SW}=10^{6} / ((16 * R{OSC}+182) 4)kHz)，SYNCLK引脚作为时钟输出，频率为 (f_{SYNCLK}=2 f_{SW})。
• 从模式（外部时钟）：ROSC引脚浮空，SYNCLK引脚作为输入，输出开关频率 (f{SW}=f{SYNCLK} / 2)。

调制

BTL的输出调制方案为单极脉冲宽度调制（PWM），差分输出电压在0V和 (+V{CC}) 以及0V和 (-V{CC}) 之间变化，与传统的双极PWM输出不同，这种方案可有效提高差分输出波形的开关频率，减少负载中的电流纹波。

重建低通滤波器

标准应用中，在扬声器前使用低通滤波器，截止频率应高于22kHz且远低于输出开关频率，需要根据扬声器阻抗选择L - C组件值。

保护功能

TDA7491HV具备欠压保护（UVP）、过流保护（OCP）和热保护（OTP）功能：

• 欠压保护：当电源电压低于 (V_{UVP}) 时，输出进入高阻抗状态，电源恢复后设备重启。
• 过流保护：当输出电流超过 (I_{OCP}) 时，输出进入高阻抗状态，设备会周期性尝试重启。
• 热保护：当结温达到145°C（标称）时，设备进入静音模式，正负极PWM输出占空比为50%；当结温达到 (T_{j}) 时，设备关闭，输出进入高阻抗状态，冷却后重启。

诊断输出

DIAG引脚是一个开漏晶体管，保护激活时处于高阻抗状态，可通过上拉电阻连接到电源（<18V），电阻值受引脚最大灌电流（200µA）限制。

散热要求

由于D类放大器效率高，2层PCB可为中低功率输出提供散热能力。使用具有3x3 (cm^{2}) 铜接地层和16个过孔连接到暴露焊盘接触区域的PCB，可实现24°C/W的结到环境热阻。

总结

TDA7491HV是一款性能出色的双BTL D类音频放大器，具有高效率、宽电源范围、多种增益设置和完善的保护功能等优点。在设计音频系统时，电子工程师可以根据其特性曲线和应用信息，合理选择工作模式、增益设置和外部组件，以实现最佳的音频性能。同时，要注意其散热要求，确保设备在安全的温度范围内工作。大家在实际应用中是否遇到过类似音频放大器的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。