D類音頻功率放大器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

　　讓我們檢查一下第一個(gè)操作區(qū)(見圖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類功放流向負(fù)載。高端器件在低端器件開通之前關(guān)斷，輸出節(jié)點(diǎn)就會被轉(zhuǎn)到負(fù)母線。這個(gè)過程與低端器件開通時(shí)間無關(guān)，它是通過從解調(diào)電感的換向電流自動造成的。因此輸出波形與嵌入到低端器件開通前的死區(qū)時(shí)間無關(guān)。因此PWM波形只被嵌入到高端柵極信號的死區(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)(見圖5c所示Low side edges)，輸出電流從加載流向D類功放。電流高于電感波紋電流。在這種情況下，輸出波形的時(shí)間并沒有受嵌入高端開通沿的死區(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(零電壓開關(guān))操作狀態(tài)(見圖5c所示Falling edges)，因此在中間區(qū)域就不會有失真。

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

　　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關(guān)器件轉(zhuǎn)換過程的重要性。

9、 音頻性能測量

　　有著AESl7網(wǎng)絡(luò)過濾器的音頻測量儀器是很必需的。當(dāng)然，像傳統(tǒng)音頻分析器HP8903B，加上合適的前級低通濾波器也可以使用。在這里需要重要考慮的是D類功放的輸出信號在其波形上仍然含有大量的開關(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，那么直流母線的電壓就會被晶體管短路，大量的直通電流將開始流動，這便會導(dǎo)致器件損壞。我們應(yīng)該注意到有效的死區(qū)時(shí)間對每個(gè)功放是不同的，與元件參數(shù)和芯片溫度有關(guān)。對于一個(gè)D類功放的可靠設(shè)計(jì)來講確保死區(qū)時(shí)間總是正的而決不是負(fù)的來防止晶體管進(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，母線電壓波動產(chǎn)生失真，而D類功放中的電流流動是雙向的，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自于輸出LPF的電感存儲的能量。通常，電源沒有辦法吸收從負(fù)載回流過來的能量。因此，母線電壓上升，造成電壓波動。母線電壓上升并不是發(fā)生在全橋拓?fù)渖希驗(yàn)閺拈_關(guān)橋臂同儲到由源的能源熔會在另一個(gè)橋臂消耗掉。

　　12、對EMI(電磁輻射)的考慮