D类功放应用设计中元件的选择

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1、D类功放应用设计中元件的选择2011-01-1710:20:531分类：默认分类I标签：血遷血墮鈔啦I字号订阅日本进口数字功放大功率电感—©■S***“1I•=1I1•甫•8虽然利用D类放人器的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：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滤波器设计系统成木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。当传导大的IDS时保证VDS很小，要求输出晶体管的导通电阻（RON）很小（典型值为0.1Q-0.2Q）。

2、但这要求大晶体管具有很大的栅极电容（CG）。开关电容栅极骡动电路的功耗为CV2f,其中C是电容，V是充电期间的电压变化，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，所以存在实际的上限。因此，晶休管尺寸的选择是传导期间将IDSxVDS损失降至最小与将开关损耗降至最小之间的一个折衷。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的RONxCG减至最小以减少开关应用屮的总功耗，从而捉供开关频率选择上的灵活性。输出级保护输出级必须加以保护

3、以免受许多潜在危险条件的危害：过热：尽管D类放大器输出级功耗低丁•线性放大器，但如果放大器长时间捉供非常高的功率，仍会达到危害输出品体管的水平。为了防止过热危险，需要温度监视控制电路。在简单的保护方案屮，当通过一个片内传感器测量的温度超过热关断安全阈值时，输出级关断，并月•一直保持到冷却下来。除了简单的冇关温度是否已经超过关断阈值的二进制指示以外，传感器还可捉供其它的温度信息。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咅。输岀晶体管过流：如果输岀级和

4、扬声器端正确连接，输岀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，会产生巨大的电流。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。在简单保护方案屮，如果输出电流超过安全阈值，输出级关断。在比较复杂的方案中，电流传感器输岀反馈到放大器屮，试图限制输岀电流到一个最大安全水平，同时允许放大器连续工作而无须关断。在这个方案屮，如果限流保护无效，最后的手段是强制关断。右效的限流器还可在由丁扬声器共振出现暂时的大憐态电流时保持放大器安全工作。欠压：大多数开

5、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？？?路来处理，只有当电源电压大于欠压？？阈值时才允许输出级工作。输岀晶体管导通时序：MH和ML输出级晶体管（见图6）具右菲常低的导通电阻。因此，避免MH和ML同时导通的情况很重要，因为它会产生一个从VDD到VSS的低电阻路径通过晶体管，从而产生很大的冲击电流。最好的情况是晶体管发热并且消耗功率；最坏的情况是晶体管可能被毁坏。晶休管的先开后合控制通过在一个晶体管导通之前强制两个晶休管都断开以防I上冲击电流情况

6、发生。两个品体管都断开的时间间隔称为非重叠时间或死区时间。输出级晶体管的先合后开开关。注：SWITCHINGOUTPUTSTAGE=开关输出级NONOVERLAPTIME=非重叠时间ON=导通OFF=断开音质在D类放大器屮，耍获得好的总体音质必须解决几个问题。叩卡嗒”声：当放大器导通或断开时发岀的咔嗒声非常讨厌。但不幸的是，它们易于引入到D类放大器中，除非当放大器静噪或非静噪时特别注意调制器状态、输出级时序和LC滤波器状态。信噪比（SNR）：为了避免放大器本底噪声产生的嘶嘶声，对于便携式应用的低功率放大器，SNR通常应当超

7、过90dB,对于屮等功率设计SNR应当超过100dB,对于大功率设计应当超过110dBo这对于各种放大器是可以达到的，但在放大器设计期间必须跟踪具体的噪声源以保证达到满意的总体SNRo失真机理：失真机理包描调制技术或调制器实现中的非线性，以及为了解决冲击电流问题输出级所采用的死区时间。在D类调制器输岀脉宽屮通常对包含音频信号幅度的信息进行编码。用于防止输岀级冲击电流附加的死区时间会引入非线性时序误差，它在扬声器产生的失真与相对于理想脉冲宽度的时序误差成正比。用于避免冲击最短的死区时间对于将失真减至最小经常是最有利的；欲了解

8、优化开关输出级失真性能的详细设计方法请参看深入阅读资料2。其它失真源包押i：输出脉冲上升时间和下降时间的不匹配，输出晶体管栅极驱动电路时序特性的不匹配，以及LC低通滤波器元器件的非线性。电源抑制（PSR）：在图2所示的电路中，电源噪声儿乎直接耦合到输出扬声器，具有很小的抑制作用。发生这种情况是因为输出级