1.前言

新能源汽車快速發展，極大加強中國汽車行業進入市場的優勢，在傳統車廠，互聯網造車和新勢力造車的不斷發力，新能源汽車越來越注重智能座艙的音響體驗，大功率功放，杜比音響，7.1.4，7.3.4全景聲也逐漸進入了汽車領域，如何設計超多聲道，超大功率放大器已經顛覆了傳統的汽車音響設計。尤其數字放大器（Class D放大器）技術快速發展，大功率，多聲道，高性能功放系統，讓汽車移動影院，歌廳，HIFI音響成為了可能；

2.放大器設計和選擇

2.1 Class D電感簡介

汽車音響系統設計如何選擇放大器的類型呢？

隨著數字放大器技術突破，Class D類放大器已經成為新能源汽車主流技術；

什么是數字放大器（Class D放大器）呢？數字放大器不同于傳統的甲類（A類）放大器和甲乙類（AB類）放大器，是一種工作開關信號的放大器，具備高開關頻率（＞300KHZ），高效率（>80%)，高性能（THD＜0.05%），大功率（10-1000W單聲道），高動態的放大器技術；

雖然數字放大器具備傳統的Class A和Class AB放大器無法比擬的優點，但是數字放大器（Class D放大器）設計也會面臨極大的挑戰，比如數字放大器的功率電感（D類電感）設計，其小體積，低成本，超低失真，超大功率設計要求，成為了行業難題，如何設計高性能，超高線性，超低失真的Class D電感成為各大電感廠商努力追求的目標；

2.2 Class D 音頻電感的設計

2.2.1數字放大器音頻電感的線性設計

到達一定的磁場強度下磁芯會發生磁飽和，這個電感值會衰減，影響音頻電感電流線性度。良好的電流線性度，是各大音頻電感需要攻克的技術難題，科達嘉研發團隊和供應商一起解決了音頻電感線性度問題，在大功率穩定工作取得業界領先的性能（4倍于友商，參考5.5章節）。

2.2.2 優秀的頻率響應特性

磁芯材質ui值會隨頻率的增加發生變化，這是數字放大器音頻電感另外一個挑戰。

Ui隨頻率變化帶來動態電感值變化，會動態影響濾波頻率特性，影響系統線性度和音頻頻率響應曲線（出現動態波峰波谷變化）；也會造成整個Class D放大器系統非線性失真，影響音響整體性能。

科達嘉通過技術攻堅，取得±6.5%頻率變化特性，在300-900khz數字放大器工作頻率，0.5%線性穩定度，大幅度降低降低失真，取得業界領先的技術性能。

2.2.3 寬溫度線性度

高溫環境下電感表面溫度會導致電流線性度和頻率線性度發生變化，進而影響CLASS D濾波性能，引起音頻系統級性能降級。

在中低音和重低音數字放大器設計中帶來巨大挑戰，科達嘉通過設計，材料，工藝取得非常好科技成果，在長時間全范圍單一頻率功率耐受性測試取得極佳的特性，失真溫度耐受性長周期測試，取得業界領先的性能（友商是我們的4倍以上，詳見5.5章節）。

2.2.4 低磁損

低損耗的磁芯材質來設計音頻電感有助于降低磁芯損耗，減少磁芯發熱量，提升整機的輸出效率。

數字放大器音頻電感設計會遇到性能，體積，設計，成本會遇到相互排斥的技術難題，科達嘉功過科技攻堅，在成本，磁損獲得極佳的平衡，不僅具有優秀的性能，還具備極高的性價比。

2.2.5 持續穩定大電流工作

優秀的瞬態特性和長期大電流穩定性性能，是數字音頻電感的最為關鍵的性能，其大功率工作的溫度特性，對Class D數字放大器長期可靠性有著至關重要的影響。

科達嘉研發團隊通過專利的設計，降低線圈的直流損耗，渦流損耗以及交流損耗，不僅保證了優秀的動態特性，也保證長期大功率耐受性的可靠性。

3.數字放大器選型

FDA801A是ST第三代數字放大器（Class D放大器），被汽車行業廣泛應用的數字放大器（Class D放大器）功放方案。新勢力造車，傳統汽車，互聯網造車都具有比較好行業認可度，其閉環class D電感反饋技術，高電壓工作（最高25V），超高效率93%，能夠方便的適用于多種場合，其25V供電能夠提供135W的功率輸出，還可以可以用于低音炮的數字放大器（Class D）功放設計；

FDA801A的鏈接（官方）：FDA801 - 4x50 W class-D

4.放大器設計

電感：10uH

鋁箔電容：1uF

Fcut-off=50.3Khz

5.Class D放大器的性能測試

5.1測試原理

CLassD音頻電感測試和功放性能測試是一個比較復雜和專業的的工作，加上負載，通過不同功率輸出THD+N曲線掃描測試，可以評估出功放失真性能，同時也可以評估數字放大器音頻電感的失真性能。
測試和分析不同功率單一頻率的fft曲線，可以測試數字功放（Classd功放）最終失真分布性能（評估多次諧波18.200,0.160,0.89%的能量分布），更換不同的音頻電感型號，可以測試出電感失真性能和諧波分布狀況，評估音頻電感最終性能。
不同功率音頻電感的THD+N曲線，可以很容易測試ClassD電感失真性能，線性度和功率輸出一致性。

測試儀器：1.AP555 音頻分析儀；2.AUX002 Class D 濾波器；3.24V 開關電源；4.100W 4 歐姆負載電阻

5.2 THD+N VS頻率和不同功率掃描測試

測試方法：使用AP555進行不同功率掃頻THD+N負載測試。

測試目的：評估系統和音頻功率電感性能。

5.3 大功率電感對比和選擇

5.3.1-25W THD+N 頻率掃描測試

友商VS科達嘉CSD1013-C-100L

CSD1013C-100L數字音頻電感具備優秀的大功率工作特性，即使25瓦穩定大功率，中低頻失真0.018%左右，遠低于友商的0.03%。

5.3.2-30W THD+N 頻率掃描測試

友商VS科達嘉CSD1013-C-100L

CSD1013C-100L數字電感在30瓦穩定大功率測試，中低頻失真0.018%左右，保持優秀的線性度，友商失真從0.03%上升到0.044%左右（上升47%）。

5.3.3-35W THD+N 頻率掃描測試

友商VS科達嘉CSD1013-C-100L

CSD1013C-100L具備優秀的大功率工作特性，35瓦穩定大功率，中低頻失真0.02%左右，遠低于友商的0.055%。

5.3.4-40W THD+N 頻率掃描測試

友商VS科達嘉CSD1013-C-100L

CSD1013C-100L具備優秀的大功率工作特性，即使40瓦穩定大功率，中低頻失真0.023%左右，遠低于友商的0.56%。

5.3.5-50W THD+N 頻率掃描測試

友商VS科達嘉CSD1013-C-100L

CSD1013C-100L具備優秀的大功率工作特性，50瓦穩定大功率，中低頻失真0.038%左右，遠低于友商的0.07%。

5.4 fft分析

5.4.1-100HZ 30W fft對比分析

友商型號VSCSD1013-C-100L

30W大功率測試，友商的Class D音頻電感失真三次諧波貢獻超過40%，CSD1013C-100L僅有5%不到貢獻，并且底噪也小于友商6-8db（30-50%）取得優秀聽感表現。這是衡量音頻功率電感性能重要的指標之一。

5.4.2-100HZ 35W fft對比分析

友商型號VSCSD1013-C-100L

35W大功率測試，友商的ClassD音頻電感失真三次諧波貢獻超過45%，CSD1013C-100L僅有5%不到貢獻，并且底噪也小于友商6-8db（30-50%）取得優秀聽感表現。這是衡量音頻功率電感性能重要的指標之一。

5.4.3-100HZ 40W fft對比分析

友商型號VSCSD1013-C-100L

40W大功率測試，友商的Class D音頻電感失真全面提升，CSD1013C-100L，比較穩定，失真依然比較均衡，底噪小于友商6-8db（30-50%）取得優秀聽感表現。這是衡量音頻功率電感性能重要的指標之一。

5.4.4-100HZ 50W fft對比分析

友商型號VSCSD1013-C-100L

50W大功率測試，友商的Class D音頻電感失真全面提升，三次諧波占據50%以上，整體一倍于CSD1013C-100L，科達嘉音頻電感比較穩定，失真依然比較均衡，底噪小于友商6-8db（30-50%）取得優秀聽感表現。這是衡量音頻功率電感性能重要的指標之一。

5.5 大功率穩定度(線性度）：

6.數字放大器總結

6.1 友商Class D電感依然是業界佼佼者，能夠全功率范圍有較好的表現，作為業界一流電感供應商，也獲得市場成功和廣泛認可。

6.2 科達嘉團隊技術攻堅設計數字音頻功率電感有更好的線性，在諧波分布特性，更加符合聽覺心理學（5.4章節）。

6.3 科達嘉CSD1013C-100L在低失真，超高線性型電流，寬溫穩定性，具有非常大優勢，能夠廣泛應用于汽車25-100W的Class D放大器設計，對于適配300-800KHZ的開關頻率數字放大器能夠取得極佳的性能；

6.4 科達嘉CSD1013C-100L，重新定義了FDA801A失真曲線和性能，在1W 4歐姆的THD+N曲線測試（0.02%，CSD1013C-100L僅僅是規格書的65%（0.013%)，且在35W以下功率范圍保持0.02%以下（40W以下0.022%）。

7.數字放大器設計application note

本文轉載自有道云筆記：https://note.youdao.com/ynoteshare/index.html?id=88cc73f4420043996bc89451560c38ca