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分享一個D類 30W功放芯片TPA3110應(yīng)用原理圖
文章來源:電子芯硬件設(shè)計 更新時間:2026/1/14 10:57:00
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該電路基于TPA3110數(shù)字音頻功率放大器芯片設(shè)計,屬于D類功放架構(gòu),核心實現(xiàn)音頻信號的功率放大并驅(qū)動揚(yáng)聲器,同時集成靜音控制、增益調(diào)節(jié)、故障檢測等輔助功能。以下從電源供電、信號輸入、放大處理、輸出驅(qū)動、控制邏輯五個維度拆解工作原理:

 

一、電源供電系統(tǒng)

TPA3110為多電源域設(shè)計,電路中通過分級濾波和供電鏈路保障芯片穩(wěn)定工作:
  1. 主功率供電(PVCC):由外部PVCC經(jīng)磁珠FB2/FB3濾波后,接入芯片28/7/腳,為功率輸出級提供能量,電壓范圍通常為8~26V(典型12/24V)。
  2. 模擬供電(AVCC):7腳AVCC為芯片內(nèi)部模擬電路供電,由PVCC經(jīng)R24(10Ω)限流+C23(10μF)濾波后提供,保障偏置電路和信號處理模塊的電源純凈度。
  3. 驅(qū)動供電(GVDD):9腳GVDD為柵極驅(qū)動電路供電,由AVCC派生而來,通過內(nèi)部穩(wěn)壓電路生成驅(qū)動功率管的柵極電壓。
  4. 濾波網(wǎng)絡(luò):芯片周邊的C34(470μF)、C42(104)、C44(104)等電解+陶瓷電容組合,構(gòu)成π型濾波電路,抑制電源紋波和高頻噪聲;C35(470μF)、C54(104)則對15腳供電進(jìn)行二次濾波,進(jìn)一步降低電源干擾。

二、音頻信號輸入鏈路

電路采用差分輸入方式接收音頻信號,提升抗干擾能力,輸入路徑分為左、右聲道:
  1. 左聲道輸入:外部AUDIO左聲道信號經(jīng)R21(10K)限流,通過C14(105)、C15(105)隔直電容(阻斷直流分量,僅傳輸交流音頻信號),分別接入芯片3腳LINP(左聲道正輸入)和4腳LINN(左聲道負(fù)輸入),形成差分信號對。
  2. 右聲道輸入:外部AUDIO右聲道信號經(jīng)R22(10K)限流,通過C16(105)、C17(105)隔直電容,接入芯片11腳RINN(右聲道負(fù)輸入)和12腳RINP(右聲道正輸入),同理形成差分信號對。
  3. 阻抗匹配:R21/R22既限制輸入電流,又與芯片內(nèi)部輸入阻抗匹配,避免信號反射和失真。

三、增益與限幅控制

TPA3110的放大增益和輸出功率可通過外部引腳配置,實現(xiàn)音頻信號的幅度調(diào)節(jié)和過載保護(hù):
  1. 增益設(shè)置:5腳GAIN0接GND(低電平),6腳GAIN1經(jīng)R18(100K)接PVCC(高電平),根據(jù)TPA3110的增益編碼規(guī)則(GAIN1/GAIN0組合對應(yīng)不同增益),此配置下芯片固定增益為26dB(電壓放大倍數(shù)約20倍),可通過修改GAIN0/GAIN1的電平組合調(diào)整增益(可選18/20/22/26dB)。
  2. 功率限幅:10腳PLIMIT為功率限制引腳,外部未接額外電阻(直接通過電容接地),默認(rèn)配置為芯片最大輸出功率限制,可通過外接電阻調(diào)整限流閾值,防止輸出功率過大導(dǎo)致?lián)P聲器或芯片損壞。

四、功率輸出與揚(yáng)聲器驅(qū)動

TPA3110采用橋接負(fù)載(BTL)輸出架構(gòu),大幅提升輸出功率,驅(qū)動揚(yáng)聲器的鏈路如下:
  1. BTL模式使能:14腳PBTL為BTL模式選擇引腳,直接接地(低電平),使能BTL輸出模式(若接高電平則為單端輸出),左、右聲道分別以BTL方式驅(qū)動揚(yáng)聲器。
  2. 左聲道輸出:25腳OUTN(左聲道負(fù)輸出)和23腳OUTN(左聲道正輸出)為左聲道BTL輸出端,經(jīng)C24(224)、C31(224)高頻濾波電容(濾除D類功放的PWM載波噪聲),再通過磁珠FB4/FB5抑制電磁干擾(EMI),最終接入揚(yáng)聲器接口CON3的對應(yīng)引腳。
  3. 右聲道輸出:21腳OUTP(右聲道正輸出)和18腳OUTP(右聲道負(fù)輸出)為右聲道BTL輸出端,經(jīng)C32(224)、C33(224)濾波+FB6/FB7磁珠抗干擾后,接入CON3的另一組引腳。
  4. 輸出濾波與EMI抑制:C45/C48/C49/C50(222)為高頻吸收電容,進(jìn)一步衰減PWM輸出中的諧波成分;磁珠FB4~FB7則抑制輸出線的射頻輻射,符合電磁兼容規(guī)范。

五、控制與保護(hù)邏輯

電路設(shè)計了靜音控制和故障檢測功能,保障芯片和系統(tǒng)的安全運行:
1. 靜音控制(SD引腳):
  • 芯片2腳SD(Shutdown)為關(guān)斷/靜音控制引腳,高電平解除靜音,低電平進(jìn)入靜音/關(guān)斷模式。
  • 主靜音路徑:3.3V解除靜音信號經(jīng)R25(100K)上拉至SD腳,若該信號為高電平,芯片正常工作;若輸入0V靜音信號,SD腳被拉低,芯片進(jìn)入靜音狀態(tài)。
  • 藍(lán)牙靜音聯(lián)動:BT MUTE信號控制三極管Q8(8050)和Q4(8050)組成的開關(guān)電路,當(dāng)BT MUTE為高電平時,Q8導(dǎo)通→Q4導(dǎo)通,將SD腳拉低,實現(xiàn)藍(lán)牙音頻的靜音聯(lián)動控制;R61(1K)為基極限流電阻,防止三極管過流損壞。

2. 故障檢測(FAULTZ引腳):芯片2腳FAULTZ為故障輸出引腳(開漏輸出,低電平有效),當(dāng)芯片檢測到過溫、過流、短路等故障時,F(xiàn)AULTZ腳輸出低電平,可外接指示燈或MCU進(jìn)行故障告警。

3. 接地設(shè)計:芯片PGND(功率地)和AGND(模擬地)分開布局,通過單點接地連接,避免功率回路的噪聲耦合到模擬信號回路,降低失真。

 
 
 
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