G 類音頻放大器延長電池使用時間設(shè)計

PBATT：電池功率

VBATT：電池電源電壓

IBATT：電池電源電流

VDD：DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出電壓

PDD：DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出功率

VOUT：負(fù)載電壓

RL：負(fù)載阻抗

POUT：負(fù)載功耗

IOUT：負(fù)載電流

一個標(biāo)準(zhǔn)的 AB 類放大器中，電源電流等于輸出電流 (IBATT = IOUT)。使用 G 類（降壓轉(zhuǎn)換器）時，電源電流（電池）為輸出電流的一部分，其以公式 IBATT = IDD x VDD/VBATT表示。

假設(shè)一個放大器，驅(qū)動 32 Ohm 負(fù)載的 200 mVRMS，則負(fù)載輸出電流為：IOUT = VOUT/RL = 200mVRMS/32Ω = 6.25 mA。假定靜態(tài)電流為 1 mA (IDDQ)，則放大器吸取的總電流為：IBATT = 7.25 mA。

那么，AB 類放大器吸取的總功率的計算方法如下（假設(shè)為一塊 4.2V 的鋰離子即Li-Ion 電池）：

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

就 G 類放大器而言，其電壓軌均由一個開關(guān)式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，供給功率取決于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出電壓和效率。假設(shè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出電壓為 1.3V，則計算方程式為：

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

總供給功率為 DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出功率除以 DC/DC 轉(zhuǎn)換器效率。假設(shè)降壓效率為90%，則向 G 類放大器提供的總功率為：

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

這時，相同條件下，相比 AB 類放大器，G 類耳機(jī)放大器吸取的功率少了約 3 倍。功耗的降低程度與 VBATT/VDD成正比例關(guān)系。在我們的舉例中，其為 (4.2/1.3)*轉(zhuǎn)換器-效率 = (4.2/1.3)*0.9 = ~3

電池省電情況如圖1 所示。這里，我們使用由一塊鋰離子電池供電的完全相同的音頻輸入，對比兩個 AB 類和 G 類耳機(jī)放大器。正如我們所觀察到的那樣，相比 AB類放大器（70 小時），G 類耳機(jī)放大器的電池使用時間（150小時）長了 2 倍多。對使用便攜式音頻設(shè)備的終端用戶來說，這就意味著更長的音樂播放時間和通話時間。

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圖1 電池放電曲線表明G 類放大器比AB 類放大器擁有更長的工作時間

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總之，G 類音頻放大器拓?fù)涫茿B 類拓?fù)涞囊环N改版，其擁有自適應(yīng)電源，可隨音頻源而變化。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)降低了功耗，提高了效率，從而為使用 G 類放大器拓?fù)涞亩鷻C(jī)帶來更長的電池使用時間。