D类功放设计须知(四)蛋蛋28

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  全桥MOSFET管轮替成对导通,理念形态一对导通,另一对截止,但现实上功率管的开启闭断有一个进程。过渡进程中,必有一霎时,如图3所示,正在IN1/IN3尚未彻底闭断时IN2/IN4就已出手导通;因MOSFET全盘跨接于电源两头,故特别的时辰内,或者会有很大的电压电流同时加正在4个MOSFET上,导致功耗很大,完全效力降落,况且器件温升加剧,烧坏MOSFET,低落牢靠性。为避免两对MOSFET同处导通形态,惹起有潜正在勒迫的很大短途电流,应担保一对MOSFET导通和另一对MOSFET截止时刻有一个很短的停息死区时辰(Dead-time),这个时辰由Logic逻辑担任器担任,以有用担保一组MOSFET闭断后,另一组MOSFET再合时开启,减小MOSFET损耗,提升放大器效力。

  (2)Deadtime过大,输出波形中浮现的毛刺包蕴的能量将络续损耗正在体二极管中,以热能款式损耗能量,紧张影响芯片作事巩固性和输出效力。

  (1)因输出信号含大宗高频方波,需将参预的低失真、低插入损耗LC滤波电容和铁氧体电感低通滤波器件慎密靠

  假设D类功放MOSFET导通电阻为RON,通盘其他无源电阻为RP,滤波器电阻为RF,负载电阻为RL,则不探求开闭损耗的效力为:

  (2)减少主动辐射控制电途,输出瞬变时,主动担任输出MOSFET栅极,以避免后级感性负载续流惹起高频辐射。

  对全桥,进一步减小导通损耗,要使MOSFET漏源的导通电阻RON尽量小。拣选低开闭频率和栅源电容小的MOSFET,巩固前置驱动器的驱动才华。

  由上述公式得知,D类功放中负载RL,相对其他电阻,比值越大效力越高;MOSFET行动续流开闭,所损耗的功率简直等于MOSFET导通阻抗上I2RON损耗和静态电流总和,比拟较输出到负载的功率简直可疏忽。于是,其效力远高于线所示。分外符合现今绿色节能的哀求,适合被平板等数字视听产物范围行使。

  调制级便是A/D转换,对输入模仿音频信号采样,变成崎岖电平款式数字PWM信号。图2中,比拟器同相输入端接音频信号源,反向端接功放内部时钟出现的三角波信号。正在音频输入端信号电平高于三角波信号时,比拟器输出高电平VH,反之,输出低电平VL,并将输入正弦波信号转换为宽度随正弦波幅度转折的PWM波。这是D类功放重点之一,必需哀求三角波线性度好,振荡频率巩固,比拟器精度高,速率疾,出现的PWM方波上升、降落沿嵬巍,深远调制办法参睹文献[2]。

  负反应是LPF电途,将检测到的输出级音频因素反应到输入级,与输入信号比拟,对输出信号实行抵偿、校正、噪声整形,以此刷新功放线性度,低落电源中纹波(电源压抑比,PSRR)。负反应可减小通带内因脉冲宽度调制、输出级和电源电压转折而出现的噪声,使输出PWM中低频因素总能与输入信号依旧相仿,以取得很好的THD,使声响愈加足够准确。

  输出级是开闭型放大器,输出摆幅为VCC,电途构造如图3所示。将MOSFET等效为理念开闭,闭断时,导通电流为零,无功率损耗;导通时,两头电压照旧趋近为零,虽有电流存正在,但功耗仍趋近零;整体作事周期,MOSFET根本无功率损耗,于是外面上D类功放的转换效力可亲昵100%,但探求辅助电途功耗及MOSFET传导损耗,完全转换效力大凡可达90%旁边。由于转换效力很高,于是芯片自己损耗的热能小,温升也才很小,齐备能够不探求散热不良,因而被称为绿色能效D类功放。

  众媒体期间,古代A类、B类、AB类线性模仿音频放大器因效力低,能耗大,已不行满意电子视听类LCD/PDP/OLED/LCOS/PDA等绿色节能、高效、体积小等新起色趋向,而非线性音频放大器件Class-功放因具备节能、高效力、高输出功率、低温升效应、占用空间小等长处,将被纳入越来越众新产物计划中。放大器架构上分半桥非对称型和全桥对称型,而全桥类相对半桥型具有高达4倍的输出功率,更为高效;从信号符合上分模仿型和I2S完全字型,因完全字型尚处起色阶段,本钱高,而模仿型因本钱上风将正在异日几年处于运用主流。本文要点解析了全桥模仿型D类因素,达成了一种基于NXP公司新型绿色能效模仿D类功放TFA9810T电途计划,并要点对绿色节能高效、高输出功率、低温升效应、PCB构造、EMI压抑几个方面实行总结理会。

  D类放大器由积分移相、PWM调制模块、G栅级驱动、开闭MOSFET电途、Logic辅助、输出滤波、负反应、守卫电途等局限构成。流程上开始将模仿输入信号调制成PWM方波信号,原委调制的PWM信号通过驱动电途驱动功率输出级,然后通过低通滤波滤除高频载波信号,原始信号被规复,驱动扬声器发声,如图1所示。

  D类效力正在THD《7%情状下,可达85%以上效力,远高于普及行使的最大外面效力78.5%的线性功放。根蒂来由正在于输出级MOSFET齐备作事正在开闭形态。外面上,D类功放效力为:

  EMI苛重由MOSFET体二极管反向规复电荷变成,整体产活力理如图6所示。

  LPF滤波器可歼灭PWM信号中电磁搅扰和开闭信号,提升效力,低落谐波失真,直接影响放大器带宽和THD,必需树立适应截止频率和滤波器滚降系数,以担保音频质料。看待视听产物,20 Hz~20 kHz为可听声;低于20 Hz为次声;高于20 kHz为超声。运用中大凡树立截止频率为30 kHz,这个频率越低,信号带宽越窄,但过低会毁伤信号质料,过高会有噪声混入。常用LPF滤波器大凡有巴特沃思滤波器、切比雪夫滤波器、考尔滤波器三种。巴特沃思滤波器正在通带BW内最大平整幅度特色好,易达成,因而视听产物众采用等效内阻小,输出功率大的LC二阶巴特沃思滤波器如图4所示。

  (1)输出信号中将出现毛刺,变成电磁搅扰,也即死区时辰内,IN1/IN3都闭断。齐备失控的输出电压将受到图6(a)中体二极管电流的影响(体二极管电流的变成,参睹下文EMI节),输出波形中将浮现毛刺搅扰。

  第一阶段,MP1-MOSFET导通,有电流流过MOSFET和后级LPF电感;第二阶段,全桥进入Dead-time时刻,MP1自己闭断,但其体二极管照旧导通,担保后级电感接续续流;第三阶段,Deadtime期遣散,MN1导通霎时,若MP1体二极管存储的残存电荷尚未齐备开释,则霎时开释上一次导通时刻未开释的存储电荷,导致反向规复电流激增,此电流趋势于变成一个尖脉冲,最终再现正在输出波形上,如图6(b)所示。因而,输出频谱会正在开闭频率以及开闭频率倍频处包蕴大宗频谱能量,对外变成EMI。

  (1)Dither。扩展频谱技能,即正在规矩鸿沟内,周期性调度三角波采样时钟频率,基波和高次谐波避开敏锐频段,使输出频谱能量平整分裂;

  为压抑EMI,以低落输出方波频率,减缓方波顶部脉冲为主意,蛋蛋28将少少内部EMI歼灭电途新技能运用于新产物中:

  式中:fOSC是振荡器频率;tON和tOFF分裂是MOSFET开、闭频率。此时效力为: