工程師參考手冊（一）：D類功放設計須知

　　一般來講，在柵極信號中的開關(guān)時間誤差是導致非線性的主要原因。特別是死區(qū)時間嚴重影響了D類功放的線性。幾十納秒少量的死區(qū)時間很容易就產(chǎn)生1%以上的THD（總諧波失真），見圖5（c）所示。

　　8、 死區(qū)時間（見圖5（a）所示是如何影響非線性的）

　　其圖5（a）（b）（c）為死區(qū)時間（或稱延時時間）對失真的影響示意圖。D類輸出級中的工作模式可以根據(jù)輸出波形如何跟隨輸入時間可歸類成三個不同的區(qū)域。在這三個不同的工作區(qū)，輸出波形跟隨高低端輸入信號的不同邊緣而變化的。

　　讓我們檢查一下第一個操作區(qū)（見圖5c所示High side edges），在這里電流比電感器波紋電流還大時，輸出電流就從D類功放流向負載。高端器件在低端器件開通之前關(guān)斷，輸出節(jié)點就會被轉(zhuǎn)到負母線。這個過程與低端器件開通時間無關(guān)，它是通過從解調(diào)電感的換向電流自動造成的。因此輸出波形與嵌入到低端器件開通前的死區(qū)時間無關(guān)。因此PWM波形只被嵌入到高端柵極信號的死區(qū)短路了，而造成所希望的輸入占空比的輕微電壓增益降低。

　　有個相似的情況發(fā)生在負工作區(qū)（見圖5c所示Low side edges），輸出電流從加載流向D類功放。電流高于電感波紋電流。在這種情況下，輸出波形的時間并沒有受嵌入高端開通沿的死區(qū)時間的影響，而總是允許低端輸入時間。因此，PWM波形只被嵌入到低端器件柵極信號的死區(qū)時間短路。

　　在以前描述的兩個操作模式中存在一個區(qū)域，在這個區(qū)域中輸出時間與死區(qū)時間是獨立的。當輸出電流小于電感波紋電流時，輸出時間跟隨每個輸入的關(guān)斷沿。因為在這個區(qū)域，是ZVS（零電壓開關(guān)）操作狀態(tài)（見圖5c所示Falling edges），因此在中間區(qū)域就不會有失真。

　　當輸出電流隨著音頻輸入信號的不同而變化時，D類功放將改變它的操作區(qū)，這樣每個都會有細小的不同增益。在音頻信號的周期中的這三個不同區(qū)域增議會歪曲輸出波形。

　　圖5（b）顯示的是死區(qū)時間如何影響THD性能的。一個40nS死區(qū)時間可以產(chǎn)生2%的THD。這個可以通過減小死區(qū)時間到15nS提高到0.2%。這個標志著更好線性與高低端開關(guān)器件轉(zhuǎn)換過程的重要性。

　　9、 音頻性能測量

　　有著AESl7網(wǎng)絡過濾器的音頻測量儀器是很必需的。當然，像傳統(tǒng)音頻分析器HP8903B，加上合適的前級低通濾波器也可以使用。在這里需要重要考慮的是D類功放的輸出信號在其波形上仍然含有大量的開關(guān)載波頻率，這樣就造成錯誤的讀取。這些分析器也許很難防止D類功放的載波泄露。

　　10、防止直通

　　盡管如此，一個狹窄的死區(qū)時間在大量生產(chǎn)中是很危險的。因為一旦高低端晶體管被同時打開，那么直流母線的電壓就會被晶體管短路，大量的直通電流將開始流動，這便會導致器件損壞。我們應該注意到有效的死區(qū)時間對每個功放是不同的，與元件參數(shù)和芯片溫度有關(guān)。對于一個D類功放的可靠設計來講確保死區(qū)時間總是正的而決不是負的來防止晶體管進入直通，這是非常重要的。

　　11、關(guān)于電源吸收能量

　　另外一個在D類功放中引起明顯降額的原因是母線充電，當半橋拓撲在給負載輸出低頻時可以看到。要時刻記住，D類功放的增益與母線電壓直接成比例關(guān)系。因此，母線電壓波動產(chǎn)生失真，而D類功放中的電流流動是雙向的，則就存在了從功放返回到電源時期。大量流回到電源的能量來自于輸出LPF的電感存儲的能量。通常，電源沒有辦法吸收從負載回流過來的能量。因此，母線電壓上升，造成電壓波動。母線電壓上升并不是發(fā)生在全橋拓撲上，因為從開關(guān)橋臂同儲到由源的能源熔會在另一個橋臂消耗掉。

　　12、對EMI（電磁輻射）的考慮

　　在D功放設計中的EMI（電磁輻射）是很麻煩的，像在其他開關(guān)應用中一樣。EMI的主要來源之一是來自從高到低流動的MOSFET二極管的反向恢復電荷，和電流直通很相象。在嵌入到阻止直通電流的死區(qū)過程中，在輸出LPF中的電感電流打開體二極管。在下一個階段中，當另外一端的MOSFET在死區(qū)未打開時，體晶體管保持導通狀態(tài)，除非儲存的大量少數(shù)載波被完全復合。這個