基於數字D類音頻功放的音頻設備中MOS管的解決方案

2020-12-20 臺灣微碧半導體VBsemi
基於D類音頻功放的設備中MOS管解決方案

數字D類音頻功率放大器

消費者們越來越在意其購入的音頻設備的便攜性、智能程度和時尚性，不管是最近華為與GENTLE MONSTER聯名推出的智能眼鏡耳機，還是蘋果公司新上市的頭戴式耳機，都在佐證這一消費趨勢。這些新一代的音頻設備對功耗要求越來越高，而D類音頻功率放大器和其他幾類放大器相比，是電源效率最高的，而且MOSFET的發展也促進了D類音頻功率放大器的發展。數字D類音頻功放相比於傳統D類功放，更適應於數位化時代，但是失真較大，所以需要研究更有效的算法來提高數字D類音頻放大器的性能。

2017年，Zhu Liang設計了一種基於FPGA的數字D類音頻功率放大器，研究了數字D類功放調製算法，改善了數字D類功放調製諧波失真加大的缺陷，並提高了數字D類功放電源效率。

主要電路硬體設計工作原理圖及元器件參數

【D類功放系統框圖】

元器件主要參數

ADC採樣：AD9280晶片，最大採樣率=32MSPS電源電壓15VMOS管驅動晶片：IR2181S晶片移位電平中MOS管：BSS138二極體：MUR360LC低通濾波器：C=1uF/0.68uF；L=22uH/47uH

【pwm調製電路】

FPGA輸出的數字PWM驅動型號可以靠添加兩個移位電平來增強。直流電源V15、電阻R13、MOSFET電晶體M13組成的移位電平和MOSFET電晶體M14、電阻R11、直流電源V14組成的移位電平可以放大PWM波，增強MOS管驅動能力。

這裡MOS管選用的是BSS138，Vds=60V，ID=0.25A，具有輸入電容小、關斷延遲時間短等優點。

可選用的MOS管型號：

①BSS138

②VB162K

③VBK162K

④VBK362K

適用的VBsemi微碧半導體MOS管型號參數
【MOS管驅動電路】

MOS管的驅動電路採用IR2181S驅動晶片，可以實現只用兩顆晶片即可驅動全橋電路，同時，晶片也兼具電磁隔離和光耦隔離的優點。

【H橋功率輸出電路，低通濾波電路】

系統中使用了4階LC低通濾波器，它加速高頻信號的衰減，提高D類功放器的功放效率，其中的電容採用無感電容，電感採用工形屏蔽電感，降低了電磁幹擾（EMI）。

功率輸出電路中的功率場效應管的耐壓Vdss決定了音頻功放的功率，導通電阻RDon決定了音頻功放的效率，此處可以選用VBsemi微碧半導體的NMOS管型號VBE1101N，其VDS=100V，ID=85A，擁有極低的導通電阻RDSon=7.5mΩ。

可選用的mos管型號：

①VBE1101N

②VBE1102N

③VBE1105

④VBZM20N10

⑤VBM1102N

【可選用的VBsemi微碧MOS管產品參數】

實際應用中，應在各模塊中加入去耦電容，以防止電源抖動；數字地和模擬地之間用0Ω的電阻相連，可以降低信號幹擾。

微碧半導體MOS管封裝及應用

微碧半導體企業主要產品的封裝有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN、AO3400、IRF540、IRF540N等系列封裝產線。

【微碧部分MOS管產品封裝】

廣泛應用於3C數碼、安防設備、測量儀器、廣電教育、家用電器、軍工/航天、可穿戴設備、汽車電子、網絡通信、物聯網IoT、新能源、醫療電子、照明電子、智能家居、電腦主板顯卡、MID\UMPC 、GPS、藍牙耳機、PDVD、車載DVD、汽車音箱、液晶顯示器、移動電源、手機電池（鋰電池保護板）、LED電源等產品。微碧半導體有限公司以飽滿的激情，拼搏務實的幹勁，不斷創新進取，致力於為客戶群體打造出一座高效、便捷、直通、優質的服務橋梁。

參考文獻

[1]朱亮. 基於FPGA的D類音頻功率放大器的設計[D].西安電子科技大學,2017.

[2]王宇星.3W無濾波D類音頻功率放大器設計[J].固體電子學研究與進展,2015,35(06):591-596+607.

[3]高愛國,蔣宇中,李開鋒.D類放大器的隨機脈寬調製技術研究和分析[J].通信技術,2010,43(06):4-6.

[4]馮瑋,李洪革,張有光.應用於D類放大器的新型混沌頻率調製電路[J].北京航空航天大學學報,2009,35(05):559-562.

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