什么是D類放大器?
D類放大器能將音頻信號轉換為脈寬調制信號(PWM),其功率級能有效放大PWM信號并進行濾波,以驅動揚聲器。D類放大器的功率級將其輸出器件當作開關來偏壓并運行。
D類半橋放大器與D類全橋放大器有什么不同?
半橋功率級采用一對推拉式配置的開關(見圖)。輸出濾波器和負載以中點電壓為參考。在一對半橋間接上負載和濾波器,可構成一全橋。兩個半橋以逆相位工作,在相同的電源條件下,利用的電壓翻倍,使可輸出功率變為4倍。
為什么功率級的設計對D類放大器的性能很重要?
D類控制器的進步使音頻性能超過AB類。與控制器比較,雖然功率級似乎很簡單,但它必須與控制器的音頻性能相當,并且在電壓和電流顯著提高時也如此。
D類放大器中的輸出濾波器元件的選取原則是什么?
峰值電流下,電感必須能保持其電感值不變且不產生飽和。電感的磁阻損耗必須低,同時,電感常常需要屏蔽。濾波電容的損耗必須低,且溫度穩定性好,為此,設計師通常選擇聚酯或聚丙烯電容以達到這些性能。
什么是同時導通(shoot through)?如何防止?
當半橋狀態改變時,可能會發生同時導通現象。有限的開關轉換時間使要關閉的開關的導通狀態與要打開的開關的導通狀態輕微重疊。在重疊期間,電流從一個軌流出,通過兩個器件,進入另一個軌中,從而降低了可靠性并增加了總諧波失真(THD)。可以用死區時間來避免同時導通,死區時間是指每次開關轉換中,兩個開關到沒有導通的短暫間隔。
可以編程死區時間來優化D類功率級性能嗎?
是的。某些門極驅動器芯片提供死區時間編程,可最大限度減小電路噪聲的影響,為沒有或不能使用反饋的系統提供干凈的噪聲本底。這樣,就可使開環及閉環放大器具有極佳的THD性能。
D類功率級需要什么保護方法?
功率級的最重要的保護是過流保護。保護電路可用一個電流檢測電阻,或更經濟一點但欠精確的FET導通電阻。其他主要的保護特征包括測量驅動器和FET溫度,進行過溫保護,以及在故障條件下能快速切斷橋的快速斷電保護。
用什么方法使D類功率級的EMI最小?
橋開關的續流二極管的反向恢復是產生電磁干擾(EMI)的一個主要來源。為最大限度降低這些開關尖峰,應使橋功率電路的印刷電路板(PCB)跡線阻抗最小。通過增加門極的串聯電阻以減慢橋開關的上升和下降時間也能降低EMI,但卻使開關損耗增大。
為什么D類功率級的布局很重要?
在所有高頻開關功率應用中,PCB的布局就是電路。優秀的設計與勉強或根本無法工作的設計的差別就在于布局的阻抗。銅面比跡線的阻抗低。要使高電流路徑的環路面積最小。將高dV/dt信號與敏感節點分離開。仔細選擇控制電路和功率電路地的連接點。
對D類功率級,功率MOSFET的哪些特點很關鍵?
D類放大器通常以400 kHz開關,使音頻譜內沒有開關噪聲,因此,選擇最低導通電阻的FET還不夠。總門極電荷顯著增加了高頻下的總損耗,如果設計師沒有仔細選擇開關,該損耗將會大于導通損耗。
D類放大器中泵是什么含義?
半橋拓撲會造成總線泵(bus pumping),造成與輸出極性相反的電源軌端電平升高,或充電。當低占空比開關接通時,電感的能量就傳輸至該軌。放大器增益與軌電壓成比例,因此泵會帶來失真。全橋拓撲消除了泵,但卻增加了元件數量。
測試D類放大器的性能時應考慮哪些因素?
D類放大器的輸出包含帶外的開關噪聲,使傳統音頻分析儀讀數產生錯誤。然而,只要音頻分析儀輸入濾波器合適,將能得到正確的讀數。
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