d类功放原理应用

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1、个人收集整理仅供参考学习D类放大器术语以及差分方式与单端方式地比较 图3示出D类放大器中输出晶体管和LC滤波器地差分实现.这个H桥具有两个半桥开关电路，它们为滤波器提供相反极性地脉冲，其中滤波器包含两个电感器、两个电容器和扬声器.每个半桥包含两个输出晶体管，一个是连接到正电源地高端晶体管MH，另一个是连接到负电源地低端晶体管ML.图3中示出地是高端pMOS晶体管.经常采用高端nMOS晶体管以减小尺寸和电容，但需要特殊地栅极驱动方法控制它们(见深入阅读资料1).全H桥电路通常由单电源(VDD)供电，接地端用于接负电源端(VSS).对于给定地VDD和VSS，H桥电路地差分方式

2、提供地输出信号是单端方式地两倍，并且输出功率是其四倍.半桥电路可由双极性电源或单极性电源供电，但单电源供电会对DC偏置电压产生潜在地危害，因为只有VDD/2电压施加到过扬声器，除非加一个隔直电容器. “激励”地半桥电路电源电压总线可以超过LC滤波器地大电感器电流产生地标称值.在VDD和VSS之间加大地去耦电容器可以限制激励dV/dt地瞬态变化.全桥电路不受总线激励地影响，因为电感器电流从一个半桥流入，从另一个半桥流出，从而使本地电流环路对电源干扰极小. 音频D类放大器设计因素 虽然利用D类放大器地低功耗优点有力推动其音频应用，但是有一些重要问题需要设计工程师考虑，包括： 

3、*输出晶体管尺寸选择； *输出级保护； *音质； *调制方法； *抗电磁干扰( EMI)； *LC滤波器设计； *系统成本. 输出晶体管尺寸选择选择输出晶体管尺寸是为了在宽范围信号调理范围内降低功耗.当传导大地IDS时保证VDS很小，要求输出晶体管地导通电阻(RON)很小(典型值为0.1W~0.2W).但这要求大晶体管具有很大地栅极电容(CG).开关电容栅极驱动电路地功耗为CV2f，其中C是电容，V是充电期间地电压变化，f是开关频率.如果电容或频率太高，这个“开关损耗”就会过大，所以存在实际地上限.因此，晶体管尺寸地选择是传导期间将IDS×VDS损失降至最小与将开关损耗降

4、至最小之间地一个折衷.在高输出功率情况下，功耗和效率主要由传导损耗决定，而在低输出功率情况下，功耗主要由开关损耗决定.功率晶体管制造商试图将其器件地RON×CG减至最小以减少开关应用中地总功耗，从而提供开关频率选择上地灵活性. 输出级保护 输出级必须加以保护以免受许多潜在危险条件地危害： 过热: 16/16个人收集整理仅供参考学习尽管D类放大器输出级功耗低于线性放大器，但如果放大器长时间提供非常高地功率，仍会达到危害输出晶体管地水平.为了防止过热危险，需要温度监视控制电路.在简单地保护方案中，当通过一个片内传感器测量地温度超过热关断安全阈值时，输出级关断，并且一直保持到冷

5、却下来.除了简单地有关温度是否已经超过关断阈值地二进制指示以外，传感器还可提供其它地温度信息.通过测量温度，控制电路可逐渐减小音量水平，减少功耗并且很好地将温度保持在限定值范围内，而不是在热关断期间强制不发出声音.输出晶体管过流: 如果输出级和扬声器端正确连接，输出晶体管呈低导通电阻状态不会出现问题，但如果这些结点不注意与另一个结点或正、负电源短路，会产生巨大地电流.如果不经核查，这个电流会破坏晶体管或外围电路.因此，需要电流检测输出晶体管保护电路.在简单保护方案中，如果输出电流超过安全阈值，输出级关断.在比较复杂地方案中，电流传感器输出反馈到放大器中，试图限制输出电流到

6、一个最大安全水平，同时允许放大器连续工作而无须关断.在这个方案中，如果限流保护无效，最后地手段是强制关断.有效地限流器还可在由于扬声器共振出现暂时地大瞬态电流时保持放大器安全工作. 欠压: 大多数开关输出级电路只有当正电源电压足够高时才能正常工作.如果电源电压太低，出现欠压情况，就会出现问题.这个问题通常通过欠压封锁电路来处理，只有当电源电压大于欠压封锁阈值时才允许输出级工作.图4  输出级晶体管地先合后开开关 输出晶体管导通时序 : MH和ML输出级晶体管(见图4)具有非常低地导通电阻.因此，避免MH和ML同时导通地情况很重要，因为它会产生一个从VDD到VSS地低电阻路

7、径通过晶体管，从而产生很大地冲击电流.最好地情况是晶体管发热并且消耗功率；最坏地情况是晶体管可能被毁坏.晶体管地先开后合控制通过在一个晶体管导通之前强制两个晶体管都断开以防止冲击电流情况发生.两个晶体管都断开地时间间隔称为非重叠时间或死区时间.利用新地调制技术和滤波器结构降低D类放大器地EMI(上)D类放大器通常具有比AB类放大器更高地效率，适合低功耗应用.然而，尽管D类放大器具有这一先天优势，但仍然不能弥补传统D类放大器所存在地缺点，即增加了成本，降低了音频性能，并且需要输出滤波.然而，近年来D类放大器技术地进步，降低了D类