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适用消费电子的三电平H桥输出D类放大器

作者:  时间:2010-04-26 09:45  来源:EDN

  为了降低失真,可以采用类似AB类放大器的方式,通过闭环负反馈来提高电路性能。从原理上讲,闭环负反馈是通过在比较器前增加噪声整形滤波器,将放大器输入输出间的误差噪声整形,衰减音频范围内的失真,提高放大器的线性度。这种误差既来自于输出晶体管及驱动电路,也来自于电源纹波的直接耦合,因此既提高了放大器的线性度,也提高了放大器的电源抑制比。类比于线性放大器,噪声整形滤波器实际上为环路在音频范围内提供了很大的开环增益。优化设计的闭环D类放大器,可以达到PSRR>60dB和THD<0.1%的良好性能。 

  PT5306/26是华润矽威科技近期推出的两款高性能D类放大器。PT5306为单通道2.5W D类放大器,PT5326是双通道2.1W D类放大器。这两款产品均采用闭环负反馈三电平H桥输出PWM调制结构,输出端可不使用LC滤波器,直接连接至扬声器。通过精心设计内部噪声整形滤波器,达到了良好的性能。从典型测试数据来看,性能参数决不亚于国外同类型产品。如3.6V电源电压,8欧姆负载,0.5W输出功率下,1kHz频率THD+N在0.1%,500Hz频率THN+N在0.06%。内部集成4个0.25Ω导通电阻的输出晶体管构成H桥输出级,在5V电源电压,8欧姆负载,1W输出功率下,效率可达88%以上。这两款产品可广泛应用于各类便携式多媒体设备上,如手机、MP3、MP4、数码相框和小功率USB便携音箱上。 

  PT5306/26 包含完整的 “噼啪声”抑制方案,以做到安静的关断或唤醒放大器。在保护电路方面,PT5306/26也精心集成了过热和过流保护。尽管D类放大器输出级功耗远低于线性放大器,但如果放大器长时间提供非常高的功率,仍会导致器件过热。为了防止过热危险,当温度超过热关断安全阈值时,输出级关断并保持到器件冷却下来。另外,如果两输出端间短路,会产生巨大的电流,如果不采取保护措施,大电流会损坏输出级晶体管。因此,需要在输出晶体管上添加最大电流限制,如果输出电流超过安全阈值,输出级自动关断。 

  放大器应用时,经常会遇到输入幅度过大的情况。这种情况会导致放大器输出达到限幅状态。处于限幅状态的闭环调制器,即使输入信号低至过载输入幅度以下,调制器输出仍滞后于输入信号,长时间处于输出过载状态。这种滞后,在输入大幅度信号时,放大器输出端会引入额外的非线性。PT5306/26通过精心设计的调制器防过载电路,在调制器过载条件消失后,能快速的跟上输入信号的变化。 

  为了避免由于放大器自身噪声产生的嘶嘶声,便携式应用的小功率放大器,通常要求90dB的信噪比。PT5306/26通过精心的优化电路中每一处噪声源,达到了满意的信噪比。 

  PWM调制结构简单容易实现,但是会产生EMI问题。从原理上讲,PWM输出电压脉冲在载波频率的倍频上包含很大的能量,这些频率分量会产生大量EMI。如载波频率500kHz,从PWM输出脉冲的频谱上看,30MHz以内载波谐波频段上能量很大。使用三电平调制可以减少这些频率分量的幅度。如要进一步的减小这些频率分量的幅度,可以通过抖频技术实现。PT5306/26包含抖频调制技术,通过在一定频率范围内不断变化载波频率,将30MHz内谐波频率的能量均分到除音频范围外的整个频带中。通常,EMI需要考虑对空间的辐射和通过扬声器及电源线的传导。D类放大器调制方案决定了传导和辐射EMI的基线谱。如果需要进一步降低放大器的EMI,可以使用一些板级的设计方法。 

  D类放大器应用时,应当注意电源端旁路储能电容CS的选取。放大器工作时,对电源干扰严重。如果VDD端的旁路储能电容选用不合理,放大器会通过干扰电源,进而导致系统其他部分工作不正常。最佳的方案是CS采用表面贴装的钽电解电容。如果成本和PCB布板尺寸限制不允许采用钽电解电容,可以采用0805或0603封装的贴片陶瓷电容,且电容值在4.7uF以上,可以有效的降低放大器工作时对电源的干扰。

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