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D類(lèi)功放IC設計時(shí)注意的關(guān)鍵點(diǎn)
文章來(lái)源: 更新時(shí)間:2010/4/11 21:30:00
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  在D類(lèi)功放IC設計應用中需注意以下幾點(diǎn):

  1 Deadtime(死區校正)

  全橋MOSFET管輪流成對導通,理想狀態(tài)一對導通,另一對截止,但實(shí)際上功率管的開(kāi)啟關(guān)斷有一個(gè)過(guò)程。過(guò)渡過(guò)程中,必有一瞬間,如圖3所示,在IN1/IN3尚未徹底關(guān)斷時(shí)IN2/IN4就已開(kāi)始導通;因MOSFET全部跨接于電源兩端,故極端的時(shí)間內,可能會(huì )有很大的電壓電流同時(shí)加在4個(gè)MOSFET上,導致功耗很大,整體效率下降,而且器件溫升加劇,燒壞MOSFET,降低可靠性。為避免兩對MOSFET同處導通狀態(tài),引起有潛在威脅的很大短路電流,應保證一對MOSFET導通和另一對MOSFET截止期間有一個(gè)很短的停滯死區時(shí)間(Dead-time),這個(gè)時(shí)間由Logic邏輯控制器控制,以有效保證一組MOSFET關(guān)斷后,另一組MOSFET再適時(shí)開(kāi)啟,減小MOSFET損耗,提高放大器效率。

  但Deadtime設置不當,將出現如下問(wèn)題:

  (1)輸出信號中將產(chǎn)生毛刺,造成電磁干擾,也即死區時(shí)間內,IN1/IN3都關(guān)斷。完全失控的輸出電壓將受到圖6(a)中體二極管電流的影響(體二極管電流的形成,參見(jiàn)下文EMI節),輸出波形中將出現毛刺干擾。

  (2)Deadtime過(guò)大,輸出波形中出現的毛刺包含的能量將持續消耗在體二極管中,以熱能形式消耗能量,嚴重影響芯片工作穩定性和輸出效率。

  (3)Deadtime過(guò)長(cháng),影響放大器線(xiàn)性度,造成輸出信號交越失真,時(shí)間越長(cháng),失真越嚴重。

  2 EMI(Electro-Magnetic InteRFerence)

  EMI主要由MOSFET體二極管反向恢復電荷形成,具體產(chǎn)生機理如圖6所示。

  第一階段,MP1-MOSFET導通,有電流流過(guò)MOSFET和后級LPF電感;第二階段,全橋進(jìn)入Dead-time期間,MP1本身關(guān)斷,但其體二極管依然導通,保證后級電感繼續續流;第三階段,Deadtime期結束,MN1導通瞬間,若MP1體二極管存儲的剩余電荷尚未完全釋放,則瞬間釋放上一次導通期間未釋放的存儲電荷,導致反向恢復電流激增,此電流趨向于形成一個(gè)尖脈沖,最終體現在輸出波形上,如圖6(b)所示。因此,輸出頻譜會(huì )在開(kāi)關(guān)頻率以及開(kāi)關(guān)頻率倍頻處包含大量頻譜能量,對外形成EMI。

  為抑制EMI,以降低輸出方波頻率,減緩方波頂部脈沖為目的,將一些內部EMI消除電路新技術(shù)應用于新產(chǎn)品中:

  (1)Dither。擴展頻譜技術(shù),即在規定范圍內,周期性調整三角波采樣時(shí)鐘頻率,基波和高次諧波避開(kāi)敏感頻段,使輸出頻譜能量平坦分散;

  (2)增加主動(dòng)輻射限制電路,輸出瞬變時(shí),主動(dòng)控制輸出MOSFET柵極,以避免后級感性負載續流引起高頻輻射。

  3 印制板PCB布局設計規則

  (1)因輸出信號含大量高頻方波,需將加入的低失真、低插入損耗LC濾波電容和鐵氧體電感低通濾波器件緊密靠近功放,將承載高頻電流的環(huán)路面積減至最小,以降低瞬態(tài)EMI輻射。

  (2)因輸出電流大,音頻輸出線(xiàn)徑要寬,線(xiàn)長(cháng)要減短,故需降低無(wú)源電阻RP和濾波器電阻RF,提高負載電阻RL比值,提高輸出效率。

  (3)PCB底部是熱阻最低的散熱通道,功放底部裸露散熱銅皮面積要大,應盡可能在敷銅塊與臨近具有等電勢的引腳以及其他元件間多覆銅,裸露焊盤(pán)相接的敷銅塊用多個(gè)過(guò)孔連接到PCB板背面其他敷銅塊上,該敷銅塊在滿(mǎn)足系統信號走線(xiàn)要求下,應具有盡可能大的面積,以保證芯片內核通過(guò)這些熱阻最低的敷銅區域有最佳散熱特性。

  (4)大電流器件接地端附近,多加過(guò)孔,信號若跨接于PCB兩層間,多加過(guò)孔提高連接可靠性,降低導通阻抗。

  (5)信號輸入端元件焊盤(pán)和信號線(xiàn)與輸出端保持適當間距,關(guān)鍵反饋網(wǎng)絡(luò )器件置放在輸入/輸出PCB布局模塊中間,防止輸出端EMI幅射影響輸入端小信號。

  (6)地線(xiàn)、電源線(xiàn)遠離輸入/輸出級,采用單點(diǎn)接地方法。

 
 
 
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