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具有成本竞争力的D类放大器音频方案的差异化设计

发布时间:2017-01-07 15:20:45  来源:大电流电感厂家   查看:
D类放大器是实现小体积和大功率音频输出的现代消费类电视和音频产品的关键元件,但构建一个高效率的D类放大器方案并不简单。特别是功率开关级的设计,对不熟悉功率电子设计的音频设计工塑封电感器程师来说是一个很大挑战。

现成的D类放大器芯片可以解决这些功率设计难题,但同时也限制了人们优化放大器的其它性能,设计工程师将无法通过增强性能来实现产品的差异化。

最理想的情况是向音频设计工程师提供实现功率电子功能的一站式解决方案,从而让他们集中精力发挥在反馈路径和输出滤波器等领域的专长。

D类放大器设计的灵活性

为帮助理解D类放大器解决方案如何提供这些现成的功能性和设计灵活性,图1给出通用D类放大器的功能模块图。输入音频信号与高频锯齿波进行比较,产生代表输入信号的脉宽调制方波。锯齿波频率被设置成比最高音频信号的频率高很多,一般在400kHz左右,以减少失真并简化输出滤波器设计。

图1:通用D类放大器的功能模块图。
图1:通用D类放大器的功能模块图。

然后,采用经过脉宽调制的音频信号驱动放大器输出级,这个输出级电路电感器原理可能是全桥MOSFET阵列,也可能是半桥MOSFET阵列。输出拓扑的选择取决于包括成本、输出功率、电源设计和信号特性在内的系统要求。例如,半桥输出级要求正、负电压轨,而全桥输出级电路可在单电源下工作,在给定的开关速率下也能产生更大的输出功率。

无论是哪种情况,都要针对D类音频放大器对输出MOSFET特性进行优化,以最大化效率,并确保很低的总谐波失真加噪声(THD+N)和EMI。这要求低的导通电阻,以实现最终产品中的高功率密度,同时还要求优化的栅极充电和体二极管反向恢复特性经过,以实现快速、高效的开关。

放大的音频信号包含在MOSFET桥输出的方波信号内,因此需要用低通滤波器滤除音频外的频率,恢复出纯音频信号来驱动扬声器。

开关级电路设计电感生产的挑战

对没有必要熟悉开关电源电子设计原理的设计工程师来说,为MOSFET桥产生栅极驱动信号的D类放大器功率开关级设计是他们面临的最大挑战。为获得优异的音频性能,精确的栅极控制是必要的,这要求脉宽失真小,高端和低端驱动信号之间匹配良好,以保持良好的线性。

死区时间的插入是一个特别艰巨的挑战。为冲击直通电流损坏输出MOSFET,必须插入死区时间,但插入死区时间会给放大器特性带来非线性,因此设计工程师经常无法在音频保真和安全余量之间达到令人满意的平衡。实现栅极驱动器和MOSFET的其它保护功能(如过温保护和过压保护)还将带来更复杂的挑战,这要求设计工程师具有丰富的开关功率电子设计技巧。

在面临如此多挑战的情况下使设计趋于完美非常困难,因为任何缺陷都会造成难以分析和校正的灾难性故障。

为帮助设计工程师克服这些困难,快速交付成功的D类放大器产品,国际整流器(IR)公司推出了具有内置保护功能的完整的MOSFET栅极驱动器IRS2092。该器件还集成了误差放大器和PWM比较器,允许设计工程师快速实现基于D类放大器的音频解决方案。

还有其它一些重要的放大器特性与功率开关级电路设计紧密相关,包括在启动和关闭期间减少咔嗒声的消除电路。IRS2092也在内部集成了这些功能,从而进一步减少了设计开销和器件数量。该方案解决了与D类放大器相关的功率电子设计挑战,并为设计工程师运用专业音频技术进一步提高产品性能提供了保障。

IRS2092还被设计成具有很好的灵活性,以便设计工程师可以决定输出滤波器特性,并可以在许多位置中选取反馈点,以在满足成本和器件数量的条件下获得最佳的音频性能和放大器稳定性。

D类放大器的差异化设计

1. 定制反馈环路

反馈环路设计是实现D类放大器差异化的一个重要特性。某些情况下,开环配置可以提供满意的性能,但放大器中固有的时序误差将增加失真和一体成型电感噪声。可以利用负反馈很好地解决这个问题。最简单的方法是将一部分开关信号反馈到误差放大器的输入端,并用无源RC低通滤波器进行预处理。市场上许多D类放大器芯片就是采用这种反馈方式。但是,设计工程师可能希望进一步优化放大器的失真性能,从更靠近输出端的地方取得反馈信号来减少负载依赖性。例如,反馈点可能在音频滤波器输出的最远点,即正好在扬声器的前面。一些设计工程师还可能通过将扬声器电子器件包含在反馈环路内来进一步改善性能,因平面变压器厂家 | 平面电感厂家

[变压器]高频变压器扫盲请教各位高手,一个单输入,单输出的PI方案,如图。 线圈5-6 是干嘛的?还有2.3-4这个线圈又是干嘛的?不是应该单输入线圈,单输出线圈就OK了么?满意回复+20yytda 查看完整内容2.3-4那是初级绕组,是三明治绕法,可以有效的减少漏感,假如初级绕组一共有30匝,就从变压器1脚起绕,到2.3脚结束,绕15匝,再绕次级绕组,绕完次级绕组,再从2 ...2.3-4那是初级

请教这个电源的布局布线的不足小弟刚接触电源,请大家帮我看看这个DCDC的布局和布线需要修改的地方,请一定不啬指出不足。 下面的是简图,现在有个问题,我通过调节可调电阻设定恒流值,电流超过1.5A的时候电感开始会叫,我测试此时电感开关波形已经不是连续的150K,有点断续的意思。   我尝试换过22-100的各种电感,输出电容也换过,都无法解决。   只能求助大家了。

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