一種新穎的D類音頻功率放大器驅(qū)動電路

1 引言

由于集成D類音頻功率放大器效率較高，體積相對較小，同時大部分情況下不需要散熱片或者只需要很少面積的散熱片，大大減小了整體體積，使得它在音頻電子產(chǎn)品中成為首選。但由于在D類功放設(shè)計中占用相同版圖面積的情況下，pMOS管的導通電阻遠大于nMOS管的導通電阻，為了減小版圖面積，降低D類功率放大器的輸出級H橋?qū)娮?，H橋采用nMOS管。為了使H橋高端和低端的LDNMOS管過驅(qū)動電壓相等，這就需要外部增加一個額外的高電平電源去驅(qū)動H橋高端，因此有必要采用基于電荷泵的電容自舉電路產(chǎn)生一個高電平，這樣既提高了驅(qū)動效率，又減少了對外部多個電源的需求，巧妙地實現(xiàn)了對D類功放H橋的驅(qū)動。

本文簡要分析了電容自舉產(chǎn)生的機理，論述了D類功放中電源與驅(qū)動電路之間的關(guān)系，進而提出了一種基于電荷泵的新穎的可用于集成D類功放的驅(qū)動電路。應用該電路的一款立體聲D類音頻功放已經(jīng)在TSMC06BCD工藝線投片，測試結(jié)果證明驅(qū)動電路效果良好。

2 驅(qū)動電路的拓撲結(jié)構(gòu)

圖1 為D類功放驅(qū)動電路的原理圖，Vin為供電電源，D1和D2為充電二極管，Ccp1為存儲電荷電容，Ccp2為自舉電容(一端接Vboost,一端接clk信號)，Icp1給電容Ccp1充電，通過電荷泵控制產(chǎn)生電壓Vcp1,從而Vcp1作為驅(qū)動H橋低端LDNMOS管的驅(qū)動電平;Icp2用于給電容Ccp2充電，通過電容Ccp2的自舉產(chǎn)生電壓Vcp2,從而Vcp2作為驅(qū)動H橋高端LDNMOS管的驅(qū)動電平。電荷泵控制模塊主要控制環(huán)路電容Ccp1的充放電過程及自舉電壓Vcp2的產(chǎn)生。以下討論D類功放驅(qū)動電路的高電平和低電平的產(chǎn)生，電荷泵的控制環(huán)路機理及整個驅(qū)動電路的工作原理。

圖1 D類功放驅(qū)動電路拓撲圖