如何为d类放大器选取合适的参数？.doc

------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————如何为 D 类放大器选取合适的参数? 随着半导体器件和电路技术的最新发展, 如今 D 类音频放大器在电视/ 家庭娱乐,音响设备和高性能便携式音频应用中得到广泛的应用。高效率, 低失真, 以及优异的音频性能都是 D 类放大器在这些新兴的大功率应用中得到广泛应用的关键驱动因素。然而, 如果输出功率桥接电路中的 MOSFET 如果选择不当,D 类放大器的上述这些性能将会大打折扣, 特别是输出功率比较大的时候。因此, 要设计一款具有最佳性能的 D 类放大器, 设计师正确理解驱动喇叭的器件以及它们如何影响音频放大器的性能是至关重要的。如我们所知,D 类放大器是一种开关型放大器, 它分别由一个脉冲宽度调制器(PWM) , 一个功率桥电路和一个低通滤波器组成,如图 1 所示。为了实现放大器的最佳性能, 必须对功率桥中的开关进行优化,使得功率损耗、延迟时间、电压和电流毛刺都保持最小。因此, 在这类放大器设计中, 需要采用的开关应该具有低压降、高速的开关时间以及很低寄生电感。虽然这种开关有多种选择, 但已证明 MOSFE T 是用于这类放大器的最好开关, 原因在于其开关速度。由于它是多数载流子器件,与 IGBT 或 BJT 这类器件相比,其开关时间比较快。但是要使 D 类放大器实现最好性能, 所选的 MOSFET 必须能够提供最低的功、最小的延迟和瞬态开关毛刺。于是, 所选的 MOSFET 参数必须最优。关键的参数包括包括漏源击穿电压 BVDSS , 静态漏源通态电阻 RDS(on) , 栅极电荷 Qg , 体二极------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————管反向恢复电荷 Qrr , 内部栅极电阻 RG(int) , 最大结温 TJ(max) , 以及封装参数。这些参数的适当选择将会实现最低的功耗, 改进放大器的效率,实现低失真和更好的 EMI 性能,以及减小尺寸和/ 或成本。选择 MOSFET 参数不过, 在动手前, 重要的是要理解一些基本指标, 如放大器输出功率,负载阻抗(如 100W 功率输出到 8Ω阻抗上) ,功率桥接电路拓扑架构( 全桥还是半桥) ,以及调制度(80%-90%) 。考虑上述这些因素, 第一步是要确定放大器的工作电压。因此这将决定 MOSFET 的额定电压。不过, 当选择该额定电压时, 还必须考虑其他一些因素,如 MOSFET 的开关峰值电压以及电源的波动等。如果忽略这一点, 将会导致放大器的雪崩条件, 从而将影响放大器的性能。于是, 针对所期望的放大器输出功率和负载阻抗, 功率桥电路拓扑结构,调制度,还要考虑到一个与电路相关的附加因子( 通常为 10-50%) ,最后可以通过方程 1 和方程 2 计算出最小的 BVDSS 。且这里, POUT 为输出功率,而 RLOAD 为负载阻抗, M 为调制度。于是,利用方程 1 和方程 2 ,得出表 1 。该表中给出了各种 D类放大器所需的最小 MOSFET 额定电压。表1 :用于不同 D 类放大器结构的 MOSFET 额定电压。由于 BVDS S与 MOSFE T 通态电阻 RDS(on) 有关, 选择一个尽可能最低的 BVDSS 是很重要的, 因为高的 BVDSS 将导致高的 RDS(on) ,从而 MOSFET 的功耗将更高。------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————如今我们已经知道 MOSFET 的总功耗将决定放大器的效率。这些功耗是 MOSFET 的传导损耗,开关功耗以及栅极电荷损耗的总和。而且, MOSFET 的结温 TJ 和散热片的大小取决于总功耗。因此, 高功耗将导致结温增加,从而增加散热器的尺寸。由于 MOSFET 的传导损耗直接与 RDS(on) 有关,对于标准的栅控 MOSFET , 通常该参数都将在数据页中给出, 条件是 25°C和 VGS=10V 。放大器工作期间, RDS(on) 和漏电流决定了 MOSFET 的传导损耗,并可以容易地通过方程