工程師參考手冊(cè)（一）：D類(lèi)功放設(shè)計(jì)須知

　　一般來(lái)講，在柵極信號(hào)中的開(kāi)關(guān)時(shí)間誤差是導(dǎo)致非線性的主要原因。特別是死區(qū)時(shí)間嚴(yán)重影響了D類(lèi)功放的線性。幾十納秒少量的死區(qū)時(shí)間很容易就產(chǎn)生1%以上的THD（總諧波失真），見(jiàn)圖5（c）所示。

　　8、 死區(qū)時(shí)間（見(jiàn)圖5（a）所示是如何影響非線性的）

　　其圖5（a）（b）（c）為死區(qū)時(shí)間（或稱(chēng)延時(shí)時(shí)間）對(duì)失真的影響示意圖。D類(lèi)輸出級(jí)中的工作模式可以根據(jù)輸出波形如何跟隨輸入時(shí)間可歸類(lèi)成三個(gè)不同的區(qū)域。在這三個(gè)不同的工作區(qū)，輸出波形跟隨高低端輸入信號(hào)的不同邊緣而變化的。

　　讓我們檢查一下第一個(gè)操作區(qū)（見(jiàn)圖5c所示High side edges），在這里電流比電感器波紋電流還大時(shí)，輸出電流就從D類(lèi)功放流向負(fù)載。高端器件在低端器件開(kāi)通之前關(guān)斷，輸出節(jié)點(diǎn)就會(huì)被轉(zhuǎn)到負(fù)母線。這個(gè)過(guò)程與低端器件開(kāi)通時(shí)間無(wú)關(guān)，它是通過(guò)從解調(diào)電感的換向電流自動(dòng)造成的。因此輸出波形與嵌入到低端器件開(kāi)通前的死區(qū)時(shí)間無(wú)關(guān)。因此PWM波形只被嵌入到高端柵極信號(hào)的死區(qū)短路了，而造成所希望的輸入占空比的輕微電壓增益降低。

　　有個(gè)相似的情況發(fā)生在負(fù)工作區(qū)（見(jiàn)圖5c所示Low side edges），輸出電流從加載流向D類(lèi)功放。電流高于電感波紋電流。在這種情況下，輸出波形的時(shí)間并沒(méi)有受嵌入高端開(kāi)通沿的死區(qū)時(shí)間的影響，而總是允許低端輸入時(shí)間。因此，PWM波形只被嵌入到低端器件柵極信號(hào)的死區(qū)時(shí)間短路。

　　在以前描述的兩個(gè)操作模式中存在一個(gè)區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中輸出時(shí)間與死區(qū)時(shí)間是獨(dú)立的。當(dāng)輸出電流小于電感波紋電流時(shí)，輸出時(shí)間跟隨每個(gè)輸入的關(guān)斷沿。因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)域，是ZVS（零電壓開(kāi)關(guān)）操作狀態(tài)（見(jiàn)圖5c所示Falling edges），因此在中間區(qū)域就不會(huì)有失真。

　　當(dāng)輸出電流隨著音頻輸入信號(hào)的不同而變化時(shí)，D類(lèi)功放將改變它的操作區(qū)，這樣每個(gè)都會(huì)有細(xì)小的不同增益。在音頻信號(hào)的周期中的這三個(gè)不同區(qū)域增議會(huì)歪曲輸出波形。

　　圖5（b）顯示的是死區(qū)時(shí)間如何影響THD性能的。一個(gè)40nS死區(qū)時(shí)間可以產(chǎn)生2%的THD。這個(gè)可以通過(guò)減小死區(qū)時(shí)間到15nS提高到0.2%。這個(gè)標(biāo)志著更好線性與高低端開(kāi)關(guān)器件轉(zhuǎn)換過(guò)程的重要性。

　　9、 音頻性能測(cè)量

　　有著AESl7網(wǎng)絡(luò)過(guò)濾器的音頻測(cè)量?jī)x器是很必需的。當(dāng)然，像傳統(tǒng)音頻分析器HP8903B，加上合適的前級(jí)低通濾波器也可以使用。在這里需要重要考慮的是D類(lèi)功放的輸出信號(hào)在其波形上仍然含有大量的開(kāi)關(guān)載波頻率，這樣就造成錯(cuò)誤的讀取。這些分析器也許很難防止D類(lèi)功放的載波泄露。

　　10、防止直通

　　盡管如此，一個(gè)狹窄的死區(qū)時(shí)間在大量生產(chǎn)中是很危險(xiǎn)的。因?yàn)橐坏└叩投司w管被同時(shí)打開(kāi)，那么直流母線的電壓就會(huì)被晶體管短路，大量的直通電流將開(kāi)始流動(dòng)，這便會(huì)導(dǎo)致器件損壞。我們應(yīng)該注意到有效的死區(qū)時(shí)間對(duì)每個(gè)功放是不同的，與元件參數(shù)和芯片溫度有關(guān)。對(duì)于一個(gè)D類(lèi)功放的可靠設(shè)計(jì)來(lái)講確保死區(qū)時(shí)間總是正的而決不是負(fù)的來(lái)防止晶體管進(jìn)入直通，這是非常重要的。

　　11、關(guān)于電源吸收能量

　　另外一個(gè)在D類(lèi)功放中引起明顯降額的原因是母線充電，當(dāng)半橋拓?fù)湓诮o負(fù)載輸出低頻時(shí)可以看到。要時(shí)刻記住，D類(lèi)功放的增益與母線電壓直接成比例關(guān)系。因此，母線電壓波動(dòng)產(chǎn)生失真，而D類(lèi)功放中的電流流動(dòng)是雙向的，則就存在了從功放返回到電源時(shí)期。大量流回到電源的能量來(lái)自于輸出LPF的電感存儲(chǔ)的能量。通常，電源沒(méi)有辦法吸收從負(fù)載回流過(guò)來(lái)的能量。因此，母線電壓上升，造成電壓波動(dòng)。母線電壓上升并不是發(fā)生在全橋拓?fù)渖?，因?yàn)閺拈_(kāi)關(guān)橋臂同儲(chǔ)到由源的能源熔會(huì)在另一個(gè)橋臂消耗掉。

　　12、對(duì)EMI（電磁輻射）的考慮

　　在D功放設(shè)計(jì)中的EMI（電磁輻射）是很麻煩的，像在其他開(kāi)關(guān)應(yīng)用中一樣。EMI的主要來(lái)源之一是來(lái)自從高到低流動(dòng)的MOSFET二極管的反向恢復(fù)電荷，和電流直通很相象。在嵌入到阻止直通電流的死區(qū)過(guò)程中，在輸出LPF中的電感電流打開(kāi)體二極管。在下一個(gè)階段中，當(dāng)另外一端的MOSFET在死區(qū)未打開(kāi)時(shí)，體晶體管保持導(dǎo)通狀態(tài)，除非儲(chǔ)存的大量少數(shù)載波被完全復(fù)合。這個(gè)