如何為D類(lèi)放大器選取合適的參數

　　隨著(zhù)半導體器件和電路技術(shù)的最新發(fā)展，如今D類(lèi)音頻放大器在電視/家庭娛樂(lè )，音響設備和高性能便攜式音頻應用中得到廣泛的應用。高效率，低失真，以及優(yōu)異的音頻性能都是D類(lèi)放大器在這些新興的大功率應用中得到廣泛應用的關(guān)鍵驅動(dòng)因素。然而，如果輸出功率橋接電路中的MOSFET如果選擇不當，D類(lèi)放大器的上述這些性能將會(huì )大打折扣，特別是輸出功率比較大的時(shí)候。因此，要設計一款具有最佳性能的D類(lèi)放大器，設計師正確理解驅動(dòng)喇叭的器件關(guān)鍵參數以及它們如何影響音頻放大器的性能是至關(guān)重要的。

　　如我們所知，D類(lèi)放大器是一種開(kāi)關(guān)型放大器，它分別由一個(gè)脈沖寬度調制器(PWM)，一個(gè)功率橋電路和一個(gè)低通濾波器組成，如圖1所示。為了實(shí)現放大器的最佳性能，必須對功率橋中的開(kāi)關(guān)進(jìn)行優(yōu)化，使得功率損耗、延遲時(shí)間、電壓和電流毛刺都保持最小。因此，在這類(lèi)放大器設計中，需要采用的開(kāi)關(guān)應該具有低壓降、高速的開(kāi)關(guān)時(shí)間以及很低寄生電感。雖然這種開(kāi)關(guān)有多種選擇，但已證明MOSFET是用于這類(lèi)放大器的最好開(kāi)關(guān)，原因在于其開(kāi)關(guān)速度。由于它是多數載流子器件，與IGBT或BJT這類(lèi)器件相比，其開(kāi)關(guān)時(shí)間比較快。但是要使D類(lèi)放大器實(shí)現最好性能，所選的MOSFET必須能夠提供最低的功、最小的延遲和瞬態(tài)開(kāi)關(guān)毛刺。

　　于是，所選的MOSFET參數必須最優(yōu)。關(guān)鍵的參數包括包括漏源擊穿電壓BVDSS，靜態(tài)漏源通態(tài)電阻RDS(on)，柵極電荷Qg，體二極管反向恢復電荷Qrr，內部柵極電阻RG(int)，最大結溫TJ(max)，以及封裝參數。這些參數的適當選擇將會(huì )實(shí)現最低的功耗，改進(jìn)放大器的效率，實(shí)現低失真和更好的EMI性能，以及減小尺寸和/或成本。

　　選擇MOSFET參數

　　不過(guò)，在動(dòng)手前，重要的是要理解一些基本指標，如放大器輸出功率，負載阻抗(如100W功率輸出到8Ω阻抗上)，功率橋接電路拓撲架構(全橋還是半橋)，以及調制度(80%-90%)。

　　考慮上述這些因素，第一步是要確定放大器的工作電壓。因此這將決定MOSFET的額定電壓。不過(guò)，當選擇該額定電壓時(shí)，還必須考慮其他一些因素，如MOSFET的開(kāi)關(guān)峰值電壓以及電源的波動(dòng)等。如果忽略這一點(diǎn)，將會(huì )導致放大器的雪崩條件，從而將影響放大器的性能。于是，針對所期望的放大器輸出功率和負載阻抗，功率橋電路拓撲結構，調制度，還要考慮到一個(gè)與電路相關(guān)的附加因子(通常為10-50%)，最后可以通過(guò)方程1和方程2計算出最小的BVDSS。

　　且

　　這里，POUT為輸出功率，而RLOAD為負載阻抗，M為調制度。

　　于是，利用方程1和方程2，得出表1。該表中給出了各種D類(lèi)放大器所需的最小MOSFET額定電壓。

　　表1：用于不同D類(lèi)放大器結構的MOSFET額定電壓。

　　由于BVDSS與MOSFET通態(tài)電阻RDS(on)有關(guān),選擇一個(gè)盡可能最低的BVDSS是很重要的，因為高的BVDSS將導致高的RDS(on)，從而MOSFET的功耗將更高。

　　如今我們已經(jīng)知道MOSFET的總功耗將決定放大器的效率。這些功耗是MOSFET的傳導損耗，開(kāi)關(guān)功耗以及柵極電荷損耗的總和。而且，MOSFET的結溫TJ和散熱片的大小取決于總功耗。因此，高功耗將導致結溫增加，從而增加散熱器的尺寸。