Texas Instruments TPA201D1 2W D类音频功率放大器采用电池跟踪SpeakerGuard? AGC技术，并具有集成式自适应升压转换器，可在低输出功率下提高效率。TPA2015D1可为8?扬声器提供高达2W功率 (6% THD)，其典型效率为85%，可在播放音频时帮助延长电池寿命。内置的升压转换器为TPA2015D1 D类放大器提供5.5V的电源电压，相比直接连接电池供电的独立放大器，这款放大器可提供更加响亮的音频输出。SpeakerGuard AGC可调节D类放大器增益，从而限制电池电流并防止严重削波。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPA2015D1 2W D类音频放大器数据手册.pdf

TI TPA2015D1音频放大器具有一个集成式低通滤波器，可改善射频抑制性能并减少DAC的带外噪声，从而提高信噪比 (SNR)。

TPA2015D1采用节省空间的1.954mm x 1.954mm、0.5mm间距DSBGA封装 (YZH)。

特性

• 具有增强型电池跟踪功能的内置SpeakerGuard?自动增益控制 (AGC)
  • 限制电池电流消耗
  • 防止音频削波
• 由3.6V电源向8?负载提供2W功率 (6% THD)
• 集成自适应升压转换器
  • 可提高低输出功率条件下的效率
• 由3.6V电源供电时，具有1.7mA的低静态电流
• 工作电压范围为2.5V至5.2V
• 具有自动恢复功能的过热和短路保护
• 三种增益设置：6dB、15.5dB和20dB
• 升压转换器和D类放大器的独立控制功能
• 与TPA2013D1引脚对引脚兼容
• 采用1.954mm × 1.954mm 16焊球DSBGA封装

简化应用原理图

框图

TPA2015D1 2W D类音频放大器技术解析与应用指南

一、产品概述

TPA2015D1是德州仪器(TI)推出的一款高效D类音频功率放大器，集成了自适应升压转换器和电池跟踪SpeakerGuard?自动增益控制(AGC)技术。该器件采用超小型1.954mm×1.954mm DSBGA封装，专为便携式音频应用设计。

?关键特性?：

• ?输出功率?：2W驱动8Ω负载（3.6V供电，THD=6%）
• ?工作电压范围?：2.5V至5.2V
• ?集成升压转换器?：自动生成5.5V供电，提升输出响度
• ?SpeakerGuard? AGC?：防止音频削波并限制电池电流
• ?三种增益设置?：6dB/15.5dB/20dB可编程
• ?超低静态电流?：1.7mA（3.6V供电时）
• ?高效率?：典型效率达85%

二、核心技术解析

2.1 自适应升压转换器技术

TPA2015D1的创新升压架构具有以下特点：

• ?动态工作模式?：根据音频信号幅度自动激活/停用
• ?输出电压?：5.5V（激活时）或VBAT-I×R（停用时）
• ?过压保护?：超过5.8V时自动关闭
• ?关键参数?：
  • 开关频率：1.2MHz
  • 启动电流限制：450mA
  • 典型效率：88%（2.2μH电感）

2.2 SpeakerGuard? AGC系统

?工作原理?：

1. ?电池跟踪?：监测VBAT电压，低于拐点电压时自动降低限制电平
2. ?动态增益调节?：
   • 攻击时间：0.026ms/dB（增益降低）
   • 释放时间：1600ms/dB（增益恢复）
3. ?四种配置模式?：
   • 选项0：R(AGC)=开路（恒定限制电平）
   • 选项1：R(AGC)=39kΩ（拐点3.55V）
   • 选项2：R(AGC)=27kΩ（拐点3.78V）
   • 选项3：R(AGC)=18kΩ（拐点3.96V）

2.3 全差分D类放大器

?技术优势?：

• ?无中值旁路电容?：差分架构消除共模噪声
• ?增强RF抗扰性?：有效抑制217Hz GSM帧噪声
• ?可选输入耦合?：支持DC耦合（0.6-1.3V共模范围）
• ?调制技术?：单边PWM调制降低开关损耗

三、典型应用设计

3.1 外围元件选型指南

?升压电感?：

• 推荐值：2.2μH-3.3μH
• 饱和电流：>2A
• DCR：<0.5Ω
• 推荐型号：Coilcraft XFL4020-222MEC（2.2μH/3.5A）

?输出滤波电容?：

• PVOUT电容：6.8-22μF（X7R/X5R）
• VBAT去耦电容：2.2-10μF+0.1μF组合

?输入电路设计?：

• 差分模式：100Ω+47nF低通滤波（抑制DAC带外噪声）
• 单端模式：需添加DC阻断电容（1μF典型值）

3.2 PCB布局要点

1. ?电源布局?：
   • 升压电感距SW引脚<3mm
   • PVOUT电容优先放置于PVDD引脚旁
2. ?热设计?：
   • 利用GND焊盘散热，添加多个散热过孔
   • 高电流走线宽度≥0.5mm
3. ?信号完整性?：
   • IN+/IN-走线等长并行
   • 敏感信号远离开关节点

四、性能优化技巧

4.1 效率提升方案

1. ?电感选型?：
   • 低DCR电感（如Coilcraft XFL系列）
   • 避免使用>4.7μH电感以防响应延迟
2. ?工作模式选择?：
   • 轻载时自动停用升压转换器
   • FPWM版本提供更稳定性能

4.2 EMI抑制措施

1. ?布局优化?：
   • 最小化SW节点回路面积
   • 添加RC缓冲电路（10Ω+100pF）
2. ?滤波设计?：
   • 输出端33μH电感+100nF电容组合
   • 输入低通滤波（100Ω+47nF）

五、典型应用电路

5.1 智能手机音频系统

?设计参数?：

• 供电电压：3.6V（锂离子电池）
• 负载阻抗：8Ω+33μH（扬声器模型）
• 目标输出：1.5W（最大功率）

?关键元件?：

• L1：2.2μH（Toko 1239AS-H-2R2N）
• C1/C2：10μF+0.1μF去耦组合
• R1/R2：100kΩ/13.7kΩ（设置5V输出）

5.2 便携式扬声器方案

?设计特点?：

• 宽电压输入：3-5V（兼容多种电池）
• AGC配置：R(AGC)=27kΩ（拐点3.78V）
• 热保护：自动重启@150°C

六、故障排除指南

1. ?无输出?：
   • 检查ENB/END使能信号（>1.3V激活）
   • 验证VBAT电压（2.5V最低启动）
2. ?输出失真?：
   • 确认输入信号在0.6-1.3V共模范围
   • 检查AGC电阻值（±5%精度要求）
3. ?升压异常?：
   • 测量PVOUT电压（正常范围5.4-5.5V）
   • 检查电感饱和电流（需>2A）

七、行业应用

1. ?移动设备?：
   • 智能手机/平板电脑
   • 蓝牙耳机
2. ?便携式电子?：
   • GPS导航设备
   • 手持游戏机
3. ?医疗电子?：
   • 便携式监护设备
   • 助听器