用D類放大器進行設(shè)計須知

開關(guān)放大器或D類放大器在消費類音頻設(shè)備中的應(yīng)用已經(jīng)快速上升到了一個很突出的水平，從MP3播放器、手機、游戲機、LCD-TV到家庭影院。D類放大器的最大競爭優(yōu)勢是特別高的功率轉(zhuǎn)換效率，在實際應(yīng)用中可高達85%～90%，而線性AB類放大器在典型的功率輸出水平上通常只能達到25%。

在手持應(yīng)用中，D類放大器的低功耗允許設(shè)計師可在保持很長電池充電間隔的同時提供很高的音頻質(zhì)量。對所有個人通信和音響設(shè)備來說，電池壽命是一個關(guān)鍵的性能指標。對于市電供電設(shè)備(如A/V視聽產(chǎn)品和游戲機)，D類放大器的高功效可帶來更低的散熱量。從而使設(shè)計師可以采用更小的散熱器來實現(xiàn)更簡潔的外形、更低的材料和組裝成本。事實上，精心設(shè)計的電源可以使每通道輸出功率高達幾瓦的應(yīng)用無須散熱片。

D類放大器解決方案
D類放大器的基本拓撲結(jié)構(gòu)包括一個脈寬調(diào)制器、一個功率橋輸出電路和一個低通濾波器。目前，市場上的D類放大器可以幫助用戶節(jié)省很多設(shè)計工作，如屏蔽放大器開關(guān)操作所產(chǎn)生的電磁干擾和選擇最合適的開關(guān)頻率。提高開關(guān)頻率可以降低輸出濾波要求，但會因MOSFET柵極電容而導致更大的功率損失。因此，開關(guān)頻率選擇要求在外部元件數(shù)量和功率轉(zhuǎn)換效率之間做一個平衡。功率橋的設(shè)計取決于所期望的D類放大器的輸出功率。

例如，目前市場上已有D類耳機驅(qū)動器和D類揚聲器驅(qū)動器，這些不同配置的一個關(guān)鍵不同是輸出級的設(shè)計。設(shè)計用于揚聲器的D類放大器能夠產(chǎn)生小于1瓦到幾瓦的輸出功率，且無須散熱片。這些IC為許多消費類應(yīng)用提供了單芯片解決方案，從便攜式多媒體播放器到游戲機和一些LCD-TV。在大多數(shù)這些應(yīng)用，特別是手持產(chǎn)品中，單芯片解決方案是至關(guān)重要的。

不過，對于非常高的輸出功率，一個D類放大器可以結(jié)合一個采用音頻功率MOSFET構(gòu)建的外部輸出級來實現(xiàn)。該D類放大器必須提供一個合適的預放大器，所選的分立MOSFET必須是針對數(shù)字音頻操作而優(yōu)化的。

濾波
D類MOSFET H橋的輸出是一個代表音頻信號的方波。開關(guān)頻率元件必須被衰減，以防止干擾和確保最終產(chǎn)品通過電磁兼容(EMC)認證。這要求一個截止頻率略高于音頻頻帶的低通濾波。因此，開關(guān)頻率越高，這些元件的衰減就越大。這允許采用尺寸更小的外部濾波元件。

另一方面，MOSFET上的損耗會隨著開關(guān)頻率的提高而增加，從而降低效率，并導致更大的功耗和帶來相關(guān)的熱管理問題。特別是，在MOSFET柵極電容上產(chǎn)生的開關(guān)損耗，會隨著工作頻率的提高而線性增加。因此，通常認定D類放大器輸出級的設(shè)計要具有低損耗的MOSFET，并正確設(shè)置了開關(guān)頻率，以滿足電磁干擾(EMI)的特定要求。