德州仪器TPA3251/TPA32xx系列参考级D类功放芯片的制作实例

jacksl528

德州仪器TPA325x参考级D类功放芯片的制作实例




关于德州仪器TPA32xx功放芯片的DIY制作，我2020年就有尝试，没想到会因为当年中美贸易关系紧张（第一次经济制裁）导致我后续的项目搁浅。
记得那段时间，所有的美国芯片以几十倍的价格疯涨。

回头看那个时期，其实就是国内代理商以“芯片缺货”为幌子，疯狂囤货不放给二级市场。 目的就是整体抬高芯片价格再批量出给刚需的产品制造商从中牟利。
说白了，那一波芯片疯狂涨价，跟美国卡我们脖子关系并不大，只是被国内资本借题发挥，成为赚钱契机而已。

以当时的TPA3255D2为例，从最初的26块钱一片，到20年5月份淘宝多数商家报价 400元/每pcs。

以至于我在当时放弃了对Ti这个系列D类功放芯片的制作兴趣。

转眼4年过去了，选择在这个阶段重启TPA32xx功放芯片的制作是因为这次同样是中美贸易战如火如荼的阶段。 芯片确没有再涨价，
不知道是国产替代的崛起让老美不敢断供了，还是当年那些屯芯片的国内资本 在那年亏了本？哈哈哈


历史总是惊人的相似，却又不会简单的重复。

jacksl528

--------------------------
言归正传：

检索德州仪器官方网站https://www.ti.com.cn/  →【产品】→【音频】→【扬声器放大器】→【D类】 我们可以看到近163个相关产品（共241个）
把输入类型选择为Analog Input（模拟信号输入） ，再把THD+N和 OUTPUT POWER 以及SNR做一番筛选。
最后我把本次制作的主角锁定为了TPA3251D2这枚芯片。
打开数据表可以查询该芯片的详细参数：

（PurePath™ 超高清）是德州仪器D类功放的专利技术，具有高速栅极驱动器错误校验功能。这个功能最大的亮点是能改善音频频带内高频部分
的失真度。

双通道175W（4Ω）的驱动功率。
111dB的信噪比（A加权）
超低THD+N：1W/4Ω时为0.005%；
我的DEMO板实测在带入PFFB电路的情况下，30-60W的失真度依旧能维持在0.00x%范围。
工作电源12-36V范围，
60dB 的电源抑制比(PSRR) ，这意味着使用普通的开关电源该芯片也能良好工作。
芯片自身具有软起动和完善的保护电路，包括欠压、过压、削波和短路保护，这可以极大的简化外围电路的设计难度。
芯片的输入阻抗典型值为26KΩ
这是一个固定增益的闭环功率放大芯片。闭环增益为20dB
我的DIY制作会启用PFFB电路，这会把闭环增益降低至12.5dB左右。 不过没关系，如果需要满功率输出，给它随便加一个前级放大器就可以了。

要想做出超过官方数据表标称参数的参考级功放，也只有TPA32xx系列芯片，在使用PFFB电路的情况下能做到。
关于PFFB电路，我们边做边聊。

jacksl528

jacksl528

祝贺论坛重新开张，今天就到这，2025/04/25
待更新............

admqcbill

期待。。。

音随馨动

直接上TPA3255吧，性价比更高

xiongyan1981

坐等

大扯拐

坐等杰克酸辣的后续文字！

Yihui_oy

我能弱弱的问一句，我能催更吗

347776338

论坛终于又开张了，话说tpa3255现在才17块钱。

jacksl528

音随馨动 发表于 2025-4-26 11:09
直接上TPA3255吧，性价比更高

PIN to PIN兼容的。

我做这个可能只是因为我个人偏好TPA3251  本贴的制作方案可以适用于整个TPA32xx系列的D-Class放大芯片

jacksl528

这是本制作的主体结构拓扑图。
大致分为6个部分，分别是：
1、输入部分的前端电路，包括但不仅限于，平衡结构的缓冲器。
2、主电源部分，包括一个由理想二极管构建的防反接保护电路和利用TPA3251 “reset”引脚实现开关机静音的电源监控电路。
3、辅助供电，从主电源32V通过DC-DC降压稳压的12V电源以及另一组给前端电路供电的DCDC 正负12V电源
4、TPA3251D2芯片主体
5、PFFB反馈回路，
6、LC低通滤波器输出电路。

jacksl528

从第一项，输入电路说起：


对于这类差分输入的D类功放，要想真正达到数据手册上的信噪比指标，输入电路尤其重要。
虽然德州仪器在TPA32xx应用手册中给到单端输入的应用示例，如图：


而市面上有不少 该类芯片制作的功放机，功放板均采用这种单端输入方式。


这是一种高效，简化的版本。
根据实际测试，采用将芯片反相输入端通过隔离电容直接接地的这种方式，会把放大器整体信噪比指标拉低至少6dB。（请注意，这是在较为理想接地的情况下）
这是因为，在功放芯片内部，这四组放大通道是完全独立 且一致的。 这意味着，我们将两组通道做BTL应用，就需要严格保证输入阻抗的一致性。
当差分放大器的两个输入端口阻抗出现偏离，在输出端就会产生信号失调带来的噪声。 如果PCB布线不够严谨，会让该类问题更加明显。


如果你追求极致的性能，我个人的建议是，对于所有这种类型的D类放大器，在输入端都应该加一级高输入阻抗的缓冲器，如果要做单端应用，可以把这个缓冲器做成反相器再接功放芯片的
反向输入端口，而非简单的直接接地。
如下原理图：




.

jacksl528

2025/04/26
待更新............

zhoujh988

厉害了,加油

zfl1211

楼主作品都是精品

mqcing

搬上板凳，学习一下

jacksl528

4、TPA3251D2芯片主体

-----------

在说其它部分之前，我想有必要先对TPA3251D2这枚芯片的引脚排布和功能项做一个说明：

尽管对于大部分DIY爱好者来说，可以照着官方提供的“典型应用电路图”直接画板。
但那样的DIY仅限于基础应用，并不能真正了解芯片挖掘它的潜力。
.


该芯片采用 TSSOP封装，总共44条引脚，顶面散热片设计。

德州仪器TPA32xx系列D类功放芯片是所有我用过的D类功放芯片中发热量最大的。
它主要的热耗散来自芯片内部的“脉宽调制器” 而非功率输出极（芯片上电时，输出功率大小对温升的影响不像AB类放大器那么明显）。
因此你在设计的时候需要为它预留一个小型散热器的安装位。



下面是引脚排布及功能说明。

1脚：GVDD_AB, 是AB通道的栅极驱动器供电（供电电压是12V）

2脚：VDD，是内部控制器的主供电，电源电压为12V

3、4脚,M1，M2是我们前面提到的芯片工作模式设置。

5、6脚A\B,通道的差分信号输入。

7脚过流保护设置

8脚脉宽调制器震荡频率设置，外部接10K、20K、30K电阻可以改变振荡器频率。

9、10脚是多芯片连用时振荡器同步接口

11脚，内部数字电源LDO输出端口。

12、13脚模拟地

14，内部模拟电源LDO输出端口。

15，芯片上电斜坡电容。（类似上电延迟启动器）

16、17，C\D通道的信号输入。

18、芯片复位引脚

19、20是芯片工作状态的电平指示端口。通过高低电平指示芯片工作是否正常。

20、内部参考电源端口。

23、24输出C、D通道的自举电容。

25、26，功率地

27、28，D通道输出端口

29、30、31是C、D通道电源接口

32，C通道输出端口

33、34功率地

35、B通道输出端口

36、37、38，AB通道的电源接口

39、40，A通道输出端口

41、42，功率地

43、44，B、A通道的自举电容。

---

jacksl528

本制是将单枚芯片做双通道配置使用， 因此需将M1/M2接地 将芯片配BTL工作模式。
如果你需要单芯片做更大的功率应用， 可将其配置为 PBTL模式。单通道不削波失真功率可以达到350W.

如下表：

Hi~Fi

D类，趋势不可挡！已经是主流。可能以后传统功放会变古董。