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利用G类音频放大器延长电池使用时间
作者:    时间:2011-09-20    来源:EDN 
 
      

  为了说明通过 G 类音频放大器实现的电池使用时间增加情况,我们的计算均基于如下值:

  •   PBATT:电池功率
  •   VBATT:电池电源电压
  •   IBATT:电池电源电流
  •   VDDDC/DC 转换器输出电压
  •   PDDDC/DC 转换器输出功率
  •   VOUT:负载电压
  •   RL:负载阻抗
  •   POUT:负载功耗
  •   IOUT:负载电流

  一个标准的 AB 类放大器中,电源电流等于输出电流 (IBATT = IOUT)。使用 G 类(降压转换器)时,电源电流(电池)为输出电流的一部分,其以公式 IBATT = IDD x VDD/VBATT 表示。

  假设一个放大器,驱动 32 Ohm 负载的 200 mVRMS,则负载输出电流为:IOUT = VOUT/RL = 200mVRMS/32Ω = 6.25 mA。假定静态电流为 1 mA (IDDQ),则放大器吸取的总电流为:IBATT = 7.25 mA

  那么,AB 类放大器吸取的总功率的计算方法如下(假设为一块 4.2V 的锂离子即Li-Ion 电池):

PBATT (Class-AB)= VBATT x IBATT = 4.2V x 7.25 mA = 30.45 mW Eq. 1

  就 G 类放大器而言,其电压轨均由一个开关式 DC/DC 转换器产生,供给功率取决于 DC/DC 转换器输出电压和效率。假设 DC/DC 转换器输出电压为 1.3V,则计算方程式为:

PDD = VDD*IDD = 1.3v * 7.25mA = 9.425 mW   Eq. 2

  总供给功率为 DC/DC 转换器输出功率除以 DC/DC 转换器效率。假设降压效率为90%,则向 G 类放大器提供的总功率为:

PBATT (Class-G) = PDD/90% = 11.09 mW    Eq. 3

  这时,相同条件下,相比 AB 类放大器,G 耳机放大器吸取的功率少了约 3 倍。功耗的降低程度与 VBATT/VDD 成正比例关系。在我们的举例中,其为 (4.2/1.3)*转换器-效率 = (4.2/1.3)*0.9 = ~3

  电池省电情况如图 1 所示。这里,我们使用由一块锂离子电池供电的完全相同的音频输入,对比两个 AB 类和 G 类耳机放大器。正如我们所观察到的那样,相比 AB类放大器(70 小时),G 类耳机放大器的电池使用时间(150小时)长了 2 倍多。对使用便携式音频设备的终端用户来说,这就意味着更长的音乐播放时间和通话时间。

1 电池放电曲线表明 G 类放大器比 AB 类放大器拥有更长的工作时间

  总之,G 音频放大器拓扑是AB 类拓扑的一种改版,其拥有自适应电源,可随音频源而变化。这种拓扑结构降低了功耗,提高了效率,从而为使用 G 类放大器拓扑的耳机带来更长的电池使用时间。

标签:  放大器  电池


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