2×15W免滤波立体声D类音频功放芯片TDA2049

1、概述
　　TDA2049是一款15W（每声道）立体声高效D 类音频功率放大电路。先进的EMI抑制技术使得在输出端口采用廉价的铁氧体磁珠滤波器就可以满足EMC 要求。内部包括一个功率可调限制器和直流检测电路来对扬声器进行保护。功率可调限制器允许用户设定一个比电源电压低的虚拟电压来限制流过扬声器的总电流，直流检测电路在输入电容损坏或者输入短路时关断输出级。
　　TDA2049可以驱动低至4Ω 负载的立体声扬声器，具有高达90%的效率，使得在播放音乐时不需要额外的散热器。
　　TDA2049应用于LCD 电视、消费类音频设备。其特点如下：
● 15W/声道的功率输出（16V 电压，8Ω 负载，TND+N 等于10%）
● 10W/声道的功率输出（13V 电压，8Ω 负载，TND+N 等于10%）
● 30W 的功率输出（16V 电源，4Ω 单声道负载，TND+N 等于10%）
● 效率高达90%，无需散热片
● 较大的电源电压范围8V~26V
● 免滤波功能
● 扬声器保护包括可调功率限制器加直流保护
● 输出管脚方便布线布局
● 良好短路保护和具备自动恢复功能的温度保护
● 良好的失真和防噗声功能
● 四级增益可调
● 差分输入
● 封装形式：HSOP28

2、功能框图与引脚说明
2. 1、功能框图

2. 2、功能描述
　　音频信号进入以后，先进行增益调整（增益的大小由GAIN1、GAIN0 两个管脚的电平值决定）。接下来信号经过脉宽调制模块，完成音频信号对载波信号的调制，此模块由ErrorAMP、功率限制PLIMIT 模块、比较器三部分组成。PLIMIT 模块根据设定值限制电路输出功率，比较器将积分后的信号与三角波信号进行比较，这一步出来的信号已经是PWM 信号了。
　　输出管驱动电路完成PWM 波对输出开关管的驱动。相关的模块还有电平转换模块，通过自举升压产生上管的驱动栅压；输出部分还设有短路检测电路，当所接负载过小导致电流过大时，启动保护机制关闭电路。
　　其他模块还有输出管栅压电源模块，产生栅驱动电压；低压电源模块，产生基准电压；电压确认模块,，完成AVDD 确认、GVDD 确认和AVCC 确认三个功能；三角波产生模块，负责产生PWM 编码用的三角波；偏置和基准模块，负责产生各模块所需的偏置电流；温度检测模块，负责监测芯片温度；功率限制模块，完成对最大输出功率的限制；控制逻辑，完成上电或启动时复位并消除冲击声，处理增益控制、温度和短路保护等。
2. 3、引脚排列图

2. 4、引脚说明与结构原理图
引脚 符 号 功 能 属性
1 BSNL 左声道负输出上管自举 I
2 OUTNL 左声道负输出 O
3 PGND 功率地
4 OUTPL 左声道正输出 O
5 BSPL 左声道正输出上管自举 I
6 PVCCL 左声道功率电源，左右声道电源输入内部相连 P
7 PVCCL 左声道功率电源，左右声道电源输入内部相连 P
8 /SD 待机逻辑输入，TTL 逻辑电压允许到AVCC I
9 /FAULT 漏极输出用于显示短路或者直流检测故障，电压接
近AVCC，短路故障可以通过连接/FAULT 和/SD 引
脚来自动恢复，否则，短路和直流检测故障必须通
过PVCC 重置 O
10 LINP 左声道正输入 I
11 LINN 左声道负输入 I
12 GAIN0 增益选择低位，TTL 逻辑电压允许到AVCC I
13 GAIN1 增益选择高位，TTL 逻辑电压允许到AVCC I
14 AVCC 模拟电源 P
15 AGND 模拟地，连接到散热片 P
16 GVDD 上管栅驱动电压，同时作PLIMIT 端电源 O
17 PLIMIT 功率限制电平调整，通过在 GVDD 和 GND 之的电
阻分压来设置限制功率大小；连接到 GVDD 则无 功率限制功能 I
18 RINN 右声道负输入 I
19 RINP 右声道正输入 I
20 NC 无连接 P
21 PBTL 并联 BTL 模式开关 I
22 PVCCR 右声道功率电源，左右声道电源输入内部相连 P
23 PVCCR 右声道功率电源，左右声道电源输入内部相连 P
24 BSPR 右声道正输出上管自举 I
25 OUTPR 右声道正输出 O
26 PGND 功率地
27 OUTNR 右声道负输出 O
28 BSNR 右声道负输出上管自举 I

3、电特性
3. 1、极限参数　　除非另有规定，Tamb= 25℃
参 数 名 称 符 号 额 定 值 单 位
电源电压 PVCC
AVCC -0.3~30 V
极限输 入电压 /SD VIN -0.3~VCC+0.3 V
/SD,GAIN0,GAIN1,PBTL,/FAULT -0.3~VCC+0.3
PLIMIT –0.3~GVDD+0.3
RINN, RINP, LINN, LINP –0.3~5.3
工作环境温度 Tamb -40~85 ℃
贮存温度 Tstg -65~150 ℃
负载 R >3.2 Ω

3. 2、推荐工作条件 　
参 数 名 称 符号 测 试 条 件 规 范 值 单位
最小 最大
电源电压 VCC PVCC，AVCC 8 26 V
高电平输入电压 VIH /SD，GAIN0，GAIN1，PBTL 2
V
低电平输入电压 VII /SD，GAIN0，GAIN1，PBTL
0.8 V
低电平输出电压 VOL /FAULT，RP ULL-UP=100k，Vcc=18V
0.8 V
高电平输入电流 IIH /SD，GAIN0，GAIN1，PBTL
V1=2V，Vcc=18V
50 μA
低电平输入电流 IIL /SD，GAIN0，GAIN1，PBTL
V1=0.8V，Vcc=18V
5 μA
工作温度 TA
-40 85 ℃

3. 3、电特性
3.3.1、直流参数　　除非另有规定，TA=25°C，VCC=24V，RL=8Ω
参数名称 符号 测试条件 规 范 值 单位
最小 典型 最大
输出失调电压 |Vos| VI=0V，Gain=36dB
1.5 15 mV
栅驱动电压 GVDD IGVDD=100μA 5.0 5.8 6.5 V
静态电流 Icc /SD=2V，无负载，PVCC=24V
40 70 mA
待机电流 Icc（ SD） /SD=0.8V，无负载,PVCC=24V
250 400 μA
漏源导通 电阻 RDS(on ) VCC=12V
Io=500mA TJ =25°C 上管
240
mΩ
下管
240
mΩ
总电阻
480
mΩ
增益 G GAIN1=0.8V GAIN0=0.8V 19 20 21 dB
GAIN0=2V 25 26 27 dB
GAIN1=2V GAIN0=0.8V 31 32 33 dB
GAIN0=2V 35 36 37 dB
开启时间 ton /SD=2V
14
ms
关断时间 toff /SD=0.8V
2
μs
直流检测时间 tDCDET V（ RINN ） =6V，VRINP=0V
420
ms

除非另外说明，TA=25°C，VCC=12V，RL=8Ω 　　
参数名称 符号 测试条件 规 范 值 单位
最小 典型 最大
输出失调电压 |Vos| VI=0V，Gain=36dB
1.5 15 mV
静态电流 Icc /SD=2V，无负载，PVCC=12V
25 50 mA
待机电流 Icc（ SD） /SD=0.8V，无负载,PVCC=12V
200
μA
漏源导通电阻 RDS(on ) VCC=12V
Io = 500mA TJ =25°C 上管
240
mΩ
下管
240
mΩ
总电阻
480
mΩ
增益 G GAIN1=0.8V GAIN0=0.8V 19 20 21 dB
GAIN0=2V 25 26 27 dB
GAIN1=2V GAIN0=0.8V 31 32 33 dB
GAIN0=2V 35 36 37 dB
开启时间 ton /SD=2V
14
ms
关断时间 toff /SD=0.8V
2
μs
栅驱动电压 GVDD IGVDD=2mA 5.0 5.8 6.5 V

3.3.2、交流参数　　除非另外说明，TA=25°C，VCC=24V，RL=8Ω 　
参数名称 符号 测试条件 规 范 值 单位
最小 典型 最大
电源纹波
抑制比 kSVR 1kHz，200mVpp 纹波
Gain=20dB，输入交流耦合到地
-70
dB
输出功率 Po THD+N=10%,f=1kHz,VCC=16V
15
W
总失真加噪声 THD+N VCC=16V，f=1kHz
Po=7.5W（半功率）
0.1
%
输出噪声 Vn 20~22kHz，加滤波器
Gain=20dB
65
μV

-80
dBV
串音 CT Vo=1Vrms，Gain=20dB，f=1kHz
-100
dB
信噪比 SNR Gain=20dB 时最大输出
THD+N<1%，f=1kHz 102 dB 振荡频率 fOSC 250 310 350 kHz 热保护温度 150 ℃ 迟滞温度 20 ℃ 除非另外说明，TA=25°C，VCC=12V，RL=8Ω 　 参数名称 符号 测试条件 规 范 值 单位 最小 典型 最大 电源纹波 抑制比 kSVR 20kHz~1kHz 200mVpp 纹波 Gain=20dB,输入交流耦合到地 -70 dB 输出功率 Po THD+N=10%, f=1kHz, VCC=13V 10 W 总失真 加噪声 THD+N RL=8Ω,，f=1kHz Po=5W（半功率） 0.06 % 输出噪声 Vn 20~22kHz，加滤波器 Gain=20dB 65 μV -80 dBV 串音 Po=1W, Gain=20dB, f=1kHz -100 dB 信噪比 SNR Gain=20dB 时最大输出 THD+N<1%，f=1kHz 102 dB 振荡频率 fOSC 250 310 350 kHz 热保护温度 150 ℃ 迟滞温度 20 ℃ 4、典型应用线路与应用说明 4. 1、应用线路 单端输入，BTL输出的D类放大器 单端输入，PBTL输出的D类放大器 4. 2、应用说明 　　● 待机模式 　　/SD 输入端口在运放正常工作时应该是高电位，/SD 拉向低电位时输出关断，电路进入 待机模式。不能让/SD 悬空不连接，因为这样将使得运放出现不可预知状态。 　　为了实现最佳的关断性能，在关断电源之前将运放置于待机模式。 　　● 功率限制 　　可以在GVDD到地之间加入分压电阻来设置17脚（PLIMIT）的电压，用来限制输出功 率，17脚分到的电压越高，允许输出的功率越大，在17脚到地添加一个1μF的电容。 　　●直流检测 　　为防止输入电容损坏或输入短路引起喇叭损伤，电路内含 DC 检测功能。如果由于输入 端异常造成输出差分信号保持同一个极性，且维持超过 420ms 时间，就会启动 DC 检测保护： 关闭输出，/FAULT 管脚拉低。DC 检测保护启动还有一个必要条件：差分还要达到一定幅度， 具体为同相端和反相端占空比的差分值大于 14%（57%、43%），对应到输入端信号直流的差 分信号幅度见下表： 　　 增益（dB） 输入差分幅度（mV） 20 112 26 56 32 28 36 17 为了避免直流检测电路导致麻烦的故障，在电源上电，输入信号达到稳定之前，使/SD 管脚保持在低状态。 　　● 增益设置 　　GAIN0、GAIN1 用于选择增益，共有 4 种增益设置，见下表。是通过改变放大器内部的 输入和反馈电阻来实现的。这使得输入阻抗（Zi）取决于增益的设定。实际的增益设定由电 阻比率来决定，所以增益随各元件本身的变化很小。 　　 GAIN1 GAIN0 典型增益（dB） 典型输入阻抗（kΩ） 反馈电阻（kΩ） 0 0 20 60 600 0 1 26 30 1 0 32 15 1 1 36 9 　　● 并联 BTL 模式 　　TDA2049 具备并联 BTL（单声道）模式。如果 PBTL 脚（21 脚）置为高，则每个声道（左右声道）的正负输出是同步的。并联 BTL（单声道）模式，需要将输入信号加到右输入 端，并将扬声器连在左、右输出端之间。对于一般的 BTL 模式，将 PBTL 脚接地。 　　●短路保护和自动恢复 　　TDA2049 对输出端短路引起的过流状态进行了保护。当短路保护时/FAULT 脚输出低电 平，且短路保护状态是被锁定的，该锁定可以通过将/SD 管脚置为低态来解除。 　　如果想自动恢复短路锁定状态，直接连接/FAULT 管脚到/SD 管脚，这将使/FAULT 管脚 自动驱动/SD 管脚为低，从而解除短路保护的锁定状态。 　　●温度保护 　　TDA2049 的温度保护是防止当温度超过 150℃时器件的损坏。在此温度点器件间有±15℃的上下容许范围。一旦温度超过设定的温度点，器件进入关闭状态，无输出，当温度下 降 20℃后温度保护就会消除，器件开始正常工作。温度保护故障不会反应到/FAULT 端口。 　　●电源去耦电容 　　TDA2049 需要足够的电源去耦以保证输出的总谐波失真尽可能低。最佳的去耦是通过使用一个不同类型的电容网络，对于高频噪声,一个高质量 220pF 到 1000pF 之间的低等效 串联电阻（ESR）陶瓷电容就很有效。对于中频噪声，另一种 0.1μF 到 1μF 的电容器应尽 可能放置在靠近器件 PVCC，有效的过滤中频率的噪音信号。建议将一个大于等于 220μF 的铝电解电容器放置在音频功放附近，这个 220μF 电容器作为局部存储电容在运放输出大 信号瞬态时提供电流。在 AVCC 端有一个 10μF 的电容器就足够了。