D类放大器:基本工作原理和近期发展

时间:2013-11-14来源:网络
输出信号摆幅是半桥式放大器的2倍,因为负载是差分驱动的。在相同电源电压下,理论上它可提供的最大输出功率是半桥式放大器的4倍。

然而,全桥式D类放大器所需的MOSFET开关个数也是半桥式拓扑的2倍。一些人会认为这是它的缺点,因为更多的开关意味着会产生更多的传导和开关损耗。然而,这仅对于大功率输出的放大器(> 10W)是正确的,因为它们需要更高的输出电流和电源电压。有鉴于此,半桥式放大器凭借微弱的效率优势,而常常在大功率应用中被采用。大多数大功率的全桥式放大器在驱动8Ω负载时,功效在80%到88%之间。然而,当每个通道向8Ω负载注入高于14W的功率时,类似MAX9742的半桥式放大器可获得90%以上的效率。

省去输出滤波器—免滤波器调制器

传统D类放大器的一个主要缺点就是它需要外部LC滤波器。这不仅增加了方案总成本和电路板空间,也可能因滤波元件的非线性而引入额外失真。幸好,很多现代D类放大器采用了先进的"免滤波器"调制方案,从而省掉或至少是最大限度降低了外部滤波器要求。

图7给出了MAX9700免滤波器调制器拓扑的简化功能框图。与传统的PWM型BTL放大器不同,每个半桥都有自己专用的比较器,从而可独立控制每个输出。调制器由差分音频信号和高频锯齿波驱动。当两个比较器输出均为低电平时,D类放大器的每个输出均为高。与此同时,或非门的输出变为高电平,但会因为RON和CON组成的RC电路而产生一定延时。一旦或非门延时输出超过特定门限,开关SW1和SW2即会闭合。这将使OUT+和OUT-变为低,并保持到下个采样周期的开始。这种设计使得两个输出同时开通一段最短时间(tON(MIN)),这个时间由RON和CON的值决定。如图8所示,输入为零时,两个输出同相并具有tON(MIN)的脉冲宽度。随着音频输入信号的增加或减小,其中一个比较器会在另一个之前先翻转。这种工作特性外加最短时间导通电路的作用,将促使一个输出改变其脉冲宽度,另一个输出的脉冲宽度保持为tON(MIN) (图8)。这意味着每个输出的平均值都包含输出音频信号的半波整流结果。对两路输出的平均值进行差值运算,便可得到完整的输出音频波形。

D类放大器:基本工作原理和近期发展
图7. 该简化功能框图展示了MAX9700免滤波器D类调制器的拓扑。

D类放大器:基本工作原理和近期发展
图8. MAX9700免滤波器调制器拓扑的输入和输出波形。

由于MAX9700的输出端在空闲时为同相信号,所以负载两端没有差分电压,从而最大限度降低了静态功耗,并且无需外部滤波器。Maxim的免滤波器D类放大器从输出中提取音频信号时并不依靠外部LC滤波器,而是依靠扬声器负载固有的电感以及人耳的听觉特性来恢复音频信号。扬声器电阻(RE)和电感(LE)形成一个1阶低通滤波器,其截止频率为:

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关键词: D类 放大器

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