探索NCP2820系列2.65W无滤波器D类音频功率放大器

在音频功率放大器的领域中，NCP2820系列以其卓越的性能和独特的设计，成为众多电子工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款无滤波器D类音频功率放大器。

文件下载：NCV2820MUTBG.pdf

一、产品概述

NCP2820是一款经济高效的单声道D类音频功率放大器。在5.0V电源的桥接负载（BTL）配置下，它能够向4.0Ω负载提供2.65W的连续平均功率。同样条件下，对于8.0Ω的BTL负载，其输出功率级可提供1.4W的功率，且总谐波失真加噪声（THD + N）小于1%。这款放大器适用于手机、个人数字助理（PDA）等设备，由于使用电感式换能器时无需输出滤波器，既节省了空间又降低了成本。其效率超过90%，关机电流极低，这不仅延长了电池寿命，还大幅降低了结温。

二、产品特性

（一）优化的PWM输出级

具有无滤波器能力，效率高达90%。采用8引脚UDFN 2x2.2封装（MU后缀，CASE 506AV），典型静态电流低至2.5mA。

（二）强大的输出功率

能够向8.0Ω负载提供1.4W的功率（CSP），且THD + N < 1%。

（三）超快启动时间

NCP2820A版本的启动时间仅为1ms。

（四）高性能表现

在(V{p}=5.0V)，(R{L}=8.0Ω)，(P_{out}=100mW)的条件下，THD + N低至0.03%。

（五）优秀的电源抑制比（PSRR）

PSRR为 - 65dB，无需电压调节。

（六）其他特性

采用表面贴装封装，如9引脚倒装芯片CSP和UDFN8；全差分设计，消除了两个输入耦合电容；具有快速的开启/关闭时间和先进的上升/下降增益技术；可进行外部增益配置；内部产生250kHz的开关频率；具备“噗噗声和咔嗒声”噪声保护电路。

三、引脚连接与描述

（一）引脚连接

文档中给出了典型应用的引脚连接图，为工程师的设计提供了直观的参考。

（二）引脚描述

引脚	UDFN8	符号	描述
A1		INP	正差分输入
A2			模拟地
B2	6	Vp	功率模拟正电源，范围为2.5V - 5.5V

四、电气特性

（一）最大额定值

• 最大输出电流（(I_{out})）：受电流断路器结构保护。
• 功率耗散（(P_{d})）：内部限制。
• 工作环境温度（(T_{A})）：- 40°C至 + 85°C。
• 最大结温（(T_{J})）：150°C。
• 存储温度范围（(T_{stg})）：- 65°C至 + 150°C。
• 热阻（(R_{θJA})）：9引脚倒装芯片UDFN8为90°C/W（特定条件下）。
• ESD保护（人体模型）：> 2000V（部分引脚有不同要求）。

（二）电气参数

在不同的电源电压、负载和温度条件下，对工作电源电压、静态电流、开关频率、开启/关闭时间、总谐波失真加噪声、共模抑制比、电源抑制比等参数进行了详细规定。例如，在(V{p}=5.0V)，(R{L}=8.0Ω)，(f = 1.0kHz)，(P_{out}=0.25W)的条件下，THD + N为0.05%。

五、典型特性

文档中给出了一系列典型特性曲线，包括效率与输出功率、管芯温度与输出功率、THD + N与频率、PSRR与频率等关系曲线。这些曲线有助于工程师在不同的工作条件下，更好地了解放大器的性能表现。

六、工作原理与设计要点

（一）基本结构

NCP2820由一个模拟前置放大器、一个脉冲宽度调制器和一个H桥CMOS功率级组成。第一级可通过增益设置电阻(R{i})和内部固定反馈电阻(R{f})进行外部配置，负载通过两个输出级进行差分驱动。

（二）PWM调制方案

采用PWM调制方案，每个输出在0到电源电压之间切换。当输入信号为0V时，输出OUTM和OUTP同相，差分负载中无电流流动；当施加正信号时，OUTP的占空比大于50%，OUTM小于50%，降低了负载中的功率损耗。

（三）电压增益

第一级为模拟放大器，第二级为比较器，将第一级的输出与周期性斜坡信号进行比较，输出比较器给出脉冲宽度调制信号（PWM），最后一级通过MOS晶体管H桥将PWM信号直接转换为低阻抗的强大输出信号。对于8Ω负载，设备的总增益通常设置为(frac{300kΩ}{R_{j}})。

（四）输入电容选择

输入耦合电容用于阻挡放大器输入端子的直流电压，与(R{in})构成高通滤波器，截止频率由(F{c}=frac{1}{2×pi×R{i}×C{i}})给出。当输入电阻设置为150kΩ时，输入电容可在10nF至1μF之间选择，截止频率在1Hz至100Hz之间。

（五）可选输出滤波器

由于扬声器本身具有过滤高频信号的能力，输出滤波器是可选的。可选滤波器可由两个电感（15μH）和两个电容（2.2μF）组成，也可采用简化版本，即在负载上并联一个1μF的电容。在无滤波器模式下，为降低辐射发射，可使用铁氧体滤波器，如TDK的MPZ1608S221A1。

（六）输出级最佳等效电容

在不选择可选滤波器的情况下，手机和无线便携式设备通常会在无滤波器D类输出和扬声器之间放置多个射频滤波电容和ESD保护设备。为获得最佳音质，每个输出端子到地的总等效电容应小于或等于150pF。

七、PCB布局信息

NCP2820适用于低成本解决方案，其所需的应用板也注重低成本。由于其全差分能力，音频信号仅需通过输入电阻提供。若需要低通滤波功能，则需要输入耦合电容。这些组件的值决定了电压增益和带宽频率。电池正电源电压需要一个良好的去耦电容，以降低预期的失真。

在使用至少4层的接地和电源平面的电路板上，底部使用一个4.7μF的滤波陶瓷电容可获得优化的性能。使用1.0μF的低ESR陶瓷电容，THD + N会从0.06%略微上升至0.2%。在两层应用中，如果两个(V_{p})引脚连接在顶层，使用一个4.7μF的去耦电容可优化THD + N水平。

八、总结

NCP2820系列音频功率放大器以其高效、高性能、低功耗和节省空间的特点，为手机、便携式电子设备、PDA和智能手机等应用提供了理想的解决方案。工程师在设计过程中，应充分考虑其电气特性、工作原理和PCB布局等要点，以实现最佳的音频性能。大家在使用NCP2820系列放大器时，有没有遇到过一些特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。