IRS2092集成電路制作D類(lèi)功率放大器的注意事項(xiàng),Notes of IRS2092 Class D Power Amplifier
關(guān)鍵字:IRS2092,D類(lèi)功率放大器電路圖
1)對(duì)于過(guò)流保護(hù)設(shè)置值問(wèn)題:
電流保護(hù)閥值選取:流過(guò)FET 的電流包括音頻輸出和LPF 濾波網(wǎng)絡(luò)電流,所以;實(shí)際要求設(shè)置值要高于音頻電流峰值。我比較喜歡這樣選?。汗Ψ棚柡洼敵鰰r(shí)的最大輸出電流X1.5;2)RDSON選取:可以根據(jù)實(shí)際最高工作溫度選取,通??梢匀?5C 時(shí)的RDSON 值;3)有了電流和RDSON,就可以選IC 的保護(hù)值了。這里需要注意的是大電流下的FET 開(kāi)關(guān)波型應(yīng)該是很干凈的方波,如果有毛刺的話,可以適當(dāng)增加?xùn)?a target="_blank">電阻和優(yōu)化退耦結(jié)構(gòu)。對(duì)于直流輸出問(wèn)題:可能重載時(shí);電源電壓跌落,但;由于變壓器或負(fù)載正負(fù)不對(duì)稱(chēng),正負(fù)電源電壓跌落不一致,致使功放某一半波提前飽和輸出了。出現(xiàn)這問(wèn)題時(shí);通常不是功放問(wèn)題,你可以略微提高電源電壓增加水塘電容試試。
2)一般理想的工程條件下,半橋工作的實(shí)際死區(qū)時(shí)間越短越好,最小可以設(shè)置到10 納秒
3)IRS2092S 做全頻功放時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題,最好能選擇線性度比較好的元件,調(diào)制頻率選擇在300~400KHz,適當(dāng)匹配LC 濾波器的L/C 的值,可以比較要的解決問(wèn)題。推薦L 選取18~22μH。如果要進(jìn)一步改善平坦度,L 可以取到10μH,同時(shí);調(diào)制頻率提高到400KHz 左右。
4)PWM 調(diào)制及咔噠聲抑制問(wèn)題:電路的過(guò)度過(guò)程不匹配,前級(jí)電源電壓降落引起
的電壓飄逸被后級(jí)放大造成的。調(diào)整一下時(shí)續(xù)可以解決問(wèn)題。
另:IRS2092/S 已經(jīng)在IC 內(nèi)加入開(kāi)關(guān)機(jī)消“咔噠”功能。一般無(wú)需外加電路。
5)針對(duì)不同Qg 的MOS,柵電阻怎么選擇,Qg 太大2092 發(fā)熱非??斓慕鉀Q:可以用降頻或增加?xùn)烹娮璺绞浇档虸RS2092 的溫升,一般;Qg 和開(kāi)關(guān)頻率并不是IC 發(fā)熱的主要原因,發(fā)熱可能更多的源于開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生的電壓過(guò)沖,改善PCB 布線和退耦可以抑制IC 發(fā)熱。對(duì)于300W 額定輸出功率,推薦IRFI4020-117P會(huì)更好些。
6)做500W的功放可以用IRS2092 搭配IRF6785MTRPbF 兩并,PCB 設(shè)計(jì)合理的話;THD+N可以達(dá)到0.02%以上的水平。IRFB4227 也可以用在這寬功放中,只是效果會(huì)差些。
7)對(duì)于MOS管的發(fā)熱,MOS 管發(fā)熱是多種原因造成的,首先;電壓電流規(guī)格要合適,過(guò)大或過(guò)小都會(huì)加重發(fā)熱量。其次;選用專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)IC 和MOSFET。再次;注意PCB 設(shè)計(jì)布局,選擇合適的安裝位置和規(guī)格。
8)用IRS2092 實(shí)現(xiàn)更大功率輸出時(shí)建議不要擴(kuò)流,否則;很難保證匹配精準(zhǔn)。IRS2092 做千瓦以下級(jí)的功放已經(jīng)足夠了。
9)D 類(lèi)功放在高音部分變音是因?yàn)椋篖C 濾波器和調(diào)節(jié)器都是低通結(jié)構(gòu),它們對(duì)高頻信號(hào)都有一定的衰減,就會(huì)聽(tīng)到變音??梢愿纳七@兩部分的參數(shù),達(dá)到要求的帶寬
10)IR 最新的MP4,MP5 和MP7 這三個(gè)DEMO 版,它們的頻帶都可以達(dá)到24K 之上,在4 歐姆條件下,比最早的DEMO略微一點(diǎn)加寬,如果帶8歐姆負(fù)載的話,其實(shí)帶寬遠(yuǎn)超過(guò)48K 了,主要是內(nèi)部有個(gè)LC 濾波器的帶寬把它抑制了。為保證音頻帶寬的足夠?qū)挾?,兼顧本身功耗相?duì)比較低的要求,用了一個(gè)22 微亨的電感,如果說(shuō)需要把帶寬加寬,只要把這個(gè)電感值略微減少,比如說(shuō)16 到18 微亨,它的帶寬就可以加寬,音響功放本身達(dá)到60K,是沒(méi)有任何問(wèn)題的,經(jīng)測(cè)試,功放完全可以帶3ohm或2ohm負(fù)載由于演示板內(nèi)部選擇的過(guò)優(yōu)保護(hù)點(diǎn)和MOSFET 是按照4ohm 負(fù)載設(shè)置,它并不能夠在兩歐姆的時(shí)候輸出功率加倍。另外;這個(gè)電路目前是非常穩(wěn)定。
11)死區(qū)時(shí)間對(duì)THD 的有多大影響?
死區(qū)對(duì)THD 的影響是非常的大的,實(shí)際上相當(dāng)于對(duì)正弦波的波低削了一下,如果做諧波測(cè)試的話,增加的主要是三次諧波,它尤其對(duì)音色的影響更是很大,我們?cè)?jīng)測(cè)試過(guò),如果說(shuō)有個(gè)50納秒的死區(qū)時(shí)間的話,如果沒(méi)有做反饋,THD 的值可以達(dá)到2.8%,如果聽(tīng)音的話,會(huì)感到非常的干澀,所以說(shuō)死區(qū)時(shí)間對(duì)THD 是非常重要的,所以在這里強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)是高底邊的互鎖匹配和MOSFET 的QGD 這個(gè)值,還有MOSFET 的引線電感。
12)IR2092 做低音炮時(shí)的載波頻率計(jì)算和測(cè)試:
IR2092 由二介反饋電容大小來(lái)決定的,在決定了輸入阻抗和輸出阻抗,這兩個(gè)電容決定了它的頻帶,一般來(lái)講,我們建議在低音功放場(chǎng)合,調(diào)制頻率一般是限制48k 到100K 之間,實(shí)際上對(duì)于低音炮來(lái)講,它的輸出頻率通常不會(huì)超過(guò)600 赫茲,100K 的調(diào)制頻率對(duì)600 赫茲來(lái)說(shuō)已經(jīng)是足夠了。比較低的調(diào)制頻率,可以允許MOSFET 的開(kāi)關(guān)速度相對(duì)比較慢,以獲得更低的噪音,也可以降低總體開(kāi)關(guān)損耗,把效率提高到百分之98 的水平,因?yàn)榘颜{(diào)制頻率降低以后,輸出電感通常要加大的,按照我們目前的經(jīng)驗(yàn),如果是帶1 歐姆的低音喇叭的話,那么濾波電感一般可以選擇在60 微亨左右,這個(gè)時(shí)候低音比較渾厚。
13)。避免噪音干擾主要有幾方面,
一方面是選用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)器和專(zhuān)用的MOSFET,這樣它的噪音會(huì)非常的低,我們現(xiàn)在的IRAUDIOMP4 和MP5 的DEMO 版,可以直接接收音機(jī)而不會(huì)干擾。這可能是業(yè)界唯一的解決方案。第二點(diǎn),我們的PCB 設(shè)計(jì)是非常有特色的,元器件線連接是非常專(zhuān)業(yè)的,是解決前期噪音的方法之一,總體來(lái)講,D 類(lèi)功放的設(shè)計(jì)要求很高,主要原因是內(nèi)部頻率比較高,這樣MOSFET 電流會(huì)被調(diào)制分割,里面有非常高的射頻分量,這些分量會(huì)在PCB 上面產(chǎn)生聚膚效應(yīng)。高頻噪音如果擴(kuò)散;就會(huì)調(diào)制運(yùn)算放大器產(chǎn)生一些背景噪音,這需要多方面的技巧去解決,另一方面2092 集成了高(射)頻噪音免疫的放大器。所以D 類(lèi)放大器里面要解決多種問(wèn)題,很多理論已經(jīng)超出了傳統(tǒng)AB 類(lèi)放大器的知識(shí)范疇。D 類(lèi)放大器設(shè)計(jì)很講究效率,而AB 類(lèi)更多的是講的是信號(hào)保真,由此;增加了很多的要求,對(duì)現(xiàn)在的工程師來(lái)講,設(shè)計(jì)D 類(lèi)功放;遇到更多的是挑戰(zhàn),但是這個(gè)背后將是獲得更高的效率和更好的音質(zhì)的成就。
14)D 類(lèi)功放是一個(gè)系統(tǒng),除了效應(yīng)管以外,還是需要驅(qū)動(dòng)器,電容電感等等,由于它是工作在大功率條件下,它的材質(zhì),屏蔽性和放置方式都是非常講究的,首先,電感我們推薦盡可能做屏蔽性結(jié)構(gòu),比如說(shuō)是用PM 或者是PQ 結(jié)構(gòu),當(dāng)然是最好的,即便用這些結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)的輻射方向是不一樣的,有些是前后的,有些是向下的,這些方向必須正交于PCB 的信號(hào)線的布局方向,這樣不會(huì)有磁場(chǎng)的干擾進(jìn)入到系統(tǒng)里面,或者是干擾最小,這樣系統(tǒng)就可以獲得最好的效益。
15)關(guān)于死區(qū)時(shí)間選擇:死區(qū)時(shí)間設(shè)置和客戶(hù)選用的MOSFET 參數(shù)是密切相關(guān)的,原因有兩方面,一方面是各款MOSFET的密勒效應(yīng)不一樣,即便MOSFET 的驅(qū)動(dòng)電阻相等,但由于Qgd 不相同,不同程度抑制了MOSFET關(guān)斷,所以對(duì)死區(qū)時(shí)間要相應(yīng)的放長(zhǎng),另外各款MOSFET 寄生二極管的恢復(fù)速度不同,等效導(dǎo)通時(shí)間不等,設(shè)置死區(qū)時(shí)間一定要長(zhǎng)于MOSFET 寄生二極管的恢復(fù)時(shí)間,否則就會(huì)形成比較嚴(yán)重的短路,功放對(duì)這類(lèi)噪音非常敏感。所以要注意,MOSFET 的寄生二極管必須是肖特基的,否則你會(huì)發(fā)現(xiàn),它的發(fā)熱量至少會(huì)提高一倍,音色也會(huì)硬很多。
16)關(guān)于肖特基二極管,市面上面是沒(méi)有一個(gè)理想的肖特基,理想的肖特基是要求壓降在0.25V 以下,目前來(lái)講只有15V 的肖特基接近這個(gè)值。無(wú)論是多么理想的肖特基,在MOSFET 上面并聯(lián)是不可取的,主要原因是MOSFET 是一個(gè)個(gè)體結(jié)構(gòu),它的引線電感通常是在13nH,同樣電流肖特基管通常也是T-220 封裝,它們的引線電感值接近。為了在摩斯管關(guān)斷的時(shí)候,把電流擠到旁邊的肖特基管里面去(MOSFET 寄生二極管壓降通常是在0.6 伏左右),所有引線感應(yīng)電壓不能超過(guò)0.6 伏,否則;寄生二極管就會(huì)開(kāi)啟。MOSFET 和肖特基并聯(lián)時(shí),從MOSFET 管芯看,引線電感是串聯(lián)的。對(duì)于一個(gè)超過(guò)20nH 的電感,感應(yīng)電壓又不能超過(guò)0.6的條件下,它允許電流非常非常小的,所以說(shuō)當(dāng)功率稍微大點(diǎn)的時(shí)候,肖特基并聯(lián)作用將基本消失殆盡,所以原則講是不建議并聯(lián)肖特基在MOSFET 上。
17)音響專(zhuān)用MOSFET 和普通開(kāi)關(guān)型MOSFET 的主要區(qū)別是什么?
音響專(zhuān)用MOSFET 和普通開(kāi)關(guān)型MOSFET 的區(qū)別是在三個(gè)方面,第一點(diǎn)是音響專(zhuān)用的MOSFET 是肖特基型的,由于它的調(diào)制頻率達(dá)到了400K,電壓基本上要達(dá)200 伏,在這個(gè)電壓下面硬開(kāi)關(guān)工作,而且;每周期都有續(xù)流要求,對(duì)MOSFET 要求遠(yuǎn)超過(guò)普通開(kāi)關(guān)電源,所以它的MOSFET 必須是肖特基型結(jié)構(gòu)。第二點(diǎn)是MOSFET 的Qgd 的值也是不同的,專(zhuān)用摩斯管的值是優(yōu)化的,Qgd 值的減小能夠保證輸出的脈寬精度,而我們普通的開(kāi)關(guān)型的MOSFET,它主要強(qiáng)調(diào)的是成本和開(kāi)關(guān)損耗的綜合值。它對(duì)脈寬的損失并不考慮,普通開(kāi)關(guān)型的MOSFET 輸出的主要是PWM 信號(hào),它不對(duì)高頻響應(yīng)做任何處理,而專(zhuān)用音響MOSFET,要求響應(yīng)到24K 以上的頻帶,所以它的響應(yīng)是非常的快。第三,柵寄生內(nèi)阻。音響的MOSFET 對(duì)脈沖奇變的抑制能力要高于開(kāi)關(guān)電源的MOSFET,專(zhuān)用的MOSFET 柵寄生內(nèi)阻通常在1 歐姆左右,這個(gè)值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的小于驅(qū)動(dòng)電阻,而開(kāi)關(guān)型的值通常在十幾歐姆到幾十歐姆,專(zhuān)用音響MOSFET,控制這個(gè)值后,能有效保證脈沖寬度的精準(zhǔn),音響的MOSFET 和普通的MOSFET 的區(qū)別是非常大,有興趣的話,對(duì)比兩個(gè)摩斯管的測(cè)試結(jié)果,會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)論是從功耗還是從音質(zhì)上面來(lái)講,區(qū)別是非常明顯的。
18)在半橋電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,為甚么有時(shí)母線電壓會(huì)上升?
喇叭是一個(gè)特殊的東西,表面看;它是歐姆型的,但;由于本身固有頻率特性的限制,在廣譜的頻率/功率范圍,阻抗呈山脈起伏似的變化。在輸出的頻率高于它本身的頻率,它表現(xiàn)出容性阻抗;低于頻率諧振點(diǎn)時(shí)表現(xiàn)為感性。對(duì)于擁有多個(gè)諧振點(diǎn);且是非完全彈性型變體的喇叭而言,阻抗變化非常復(fù)雜。這些感性或容性特性表明,喇叭會(huì)在不同時(shí)間儲(chǔ)存或釋放或大或小的能量,它會(huì)在電環(huán)路里面形成能量循環(huán),就是說(shuō)喇叭里面的機(jī)械動(dòng)能或電磁能量會(huì)被D 類(lèi)調(diào)制開(kāi)關(guān)回收到電源里面或充到喇叭里,這時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)電源電容電壓會(huì)升起或下降,同樣當(dāng)喇叭在輸出功率的時(shí)候,它也會(huì)把電容里面的能量放到喇叭里推動(dòng)音盆,作為音頻的動(dòng)力,這時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)電源是波動(dòng)的了,這也是效率會(huì)非常高的原因,它會(huì)把未專(zhuān)換有效機(jī)械動(dòng)能的能量和一些無(wú)功阻抗分量寄存循環(huán)能量會(huì)全部回收起來(lái),而AB 類(lèi)是無(wú)法回收的,正因?yàn)槿绱?,D 類(lèi)功放的阻尼系數(shù)和效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)AB 類(lèi),通常條件下,如果D 類(lèi)功放做的好的話,它的阻尼系數(shù)可以達(dá)到110dB。
19)D 類(lèi)功放的輸出濾波電感怎樣選擇?輸出濾波電感發(fā)熱量大是什么原因?怎樣解決?
這類(lèi)功放的材質(zhì)目前有兩種用的比較多,一種稱(chēng)之為醒鐵粉材料,實(shí)際上是一種超細(xì)微鐵粉材料,用環(huán)氧樹(shù)脂混合澆鑄形成的環(huán)。另外一個(gè)就是常見(jiàn)的國(guó)產(chǎn)的R2KBD 材料,這個(gè)材料的性能原則上講是超過(guò)PC40,主要原因是RKBD 材料它的磁感強(qiáng)度可以達(dá)到4800 左右,而PC40 只能達(dá)到3500 左右。R2KBD 材質(zhì)居里溫度達(dá)到250゜C,遠(yuǎn)高于PC40,從抗音頻飽和程度和可靠性講來(lái)講,國(guó)產(chǎn)材料優(yōu)于進(jìn)口材料。
20)大電流場(chǎng)效應(yīng)管與IR 的驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系是如何?
MOSFET 開(kāi)通的時(shí)候,最重要的是有一個(gè)電強(qiáng)壓的方式來(lái)啟動(dòng),當(dāng)我們輸入電壓到柵級(jí)的時(shí)候,就好像是我們加電壓在電容上面一樣,所以我們開(kāi)通MOSFET 的時(shí)候,小電流的MOSFET 的柵電容是會(huì)比較大的,會(huì)影響功放開(kāi)關(guān)的表現(xiàn)從而影響音質(zhì),所以大電流場(chǎng)效應(yīng)管要考慮到驅(qū)動(dòng)電流是多大,并配以適當(dāng)Qg 的MOSFET.
IRS2092典型應(yīng)用電路圖


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