G 类音频放大器延长电池使用时间设计

PBATT：电池功率

VBATT：电池电源电压

IBATT：电池电源电流

PDD：DC/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 类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。

 

 

图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 类音频放大器拓扑是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。