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使用D类放大器进行设计注意事项须知

作者:时间:2009-11-06来源:网络收藏

  

  D类MOSFET H桥的输出是一个代表音频信号的方波。开关频率元件必须被衰减,以防止干扰和确保最终产品通过电磁兼容(EMC)认证。这要求一个截止频率略高于音频频带的低通。因此,开关频率越高,这些元件的衰减就越大。这允许采用尺寸更小的外部元件。

  另一方面,MOSFET上的损耗会随著开关频率的提高而增加,从而降低效率,并导致更大的功耗和带来相关的热管理问题。特别是,在MOSFET栅极电容上产生的开关损耗,会随著工作频率的提高而线性增加。因此,通常认定输出级的设计要具有低损耗的MOSFET,并正确设置了开关频率,以满足电磁干扰(EMI)的特定要求。

  用无滤波器的连接到扬声器 (如手机扬声器),对于尺寸和成本都很敏感的应用来说是一个明显的优势。当输出靠近扬声器时,扬声器线圈的寄生电阻和电感可组成一个适当的LR低通滤波器。可用于无滤波器配置的D类放大器的一个例子是欧胜的WM8960。如果D类放大器输出与扬声器的距离比较远,那么需要用一个铁氧体磁珠来产生少量附加的电感,以改善EMC性能。

  设计

  与线性A/B类放大器相比,采用D类放大器的设计师还必须更密切注意性能对音频输出质量的影响。因为D类输出是一个开关级,将轨直接有效地连接到音频输出后,电源上的音频频带波动将直接调制输出信号。因此,设计师必须确保音频频带上的高负载调节,或采取措施消除市电或音频带纹波的影响。

  许多制造商提供浮动稳压器,必要时它可以添加到现有的电源中,以改善负载调节。对每个放大器输出采用一个独立的稳压器,具有减少音频通道之间串扰的附加优势。不过,一个额外的稳压器或一对稳压器增加了总的实现成本。此外,稳压器功耗降低了效率增益,而效率增益是采用D类放大器的一个关键理由。

  此外,提高放大器的电源抑制比(PSRR),降低了负载调节对音频输出信号的影响。添加PWM输出到模拟音频输入的反馈通过补偿电源电压的变化提高了PSRR。这可以实现高达80dB左右的PSRR,这已经非常接近便携式应用使用的差分AB类放大器的PSRR。不过,如果D类放大器输入信号是纯粹的数字音频,那么这一技术不适用。全数字D类放大器的PSRR是0分贝,而且设计师必须确保电源电压的小偏差调节。

  电源的瞬态性能也应当考虑。为了精确地再现PWM波形,电源必须能够对突如其来的电流变化迅速反应。线性放大器在这方面的要求不高,因为输出级的带宽局限于音频范围。对于一个针对D类放大器设计的电源来说,导致糟糕瞬态响应的音频带外电压波动,将调制PWM信号,从而引入在音频输出端可听得见的谐波失真。

  一个有帮助的技术是安置不同输出级的MOSFET在不同的开关中,这可减少峰值电源电流。例如,欧胜5~7.1声道数字功放控制器WM8608,具有一个内嵌的‘PWM输出相’功能,它可在每个输出声道的PWM信号之间引入160ns的延迟,这样就具有PWM周期内分散开关瞬态电流的效果。在一个6声道的多声道系统中,这一技术可大幅降低最大瞬态负载电流,并降低串扰。


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