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基于数字D类音频功放的音频设备中MOS管的解决方案

已有 443 次阅读2020-12-22 11:26 | MOS管


一、数字D类音频功率放大器

      消费者们越来越在意其购入的音频设备的便携性、智能程度和时尚性,不管是最近华为与GENTLE MONSTER联名推出的智能眼镜耳机,还是苹果公司新上市的头戴式耳机,都在佐证这一消费趋势。这些新一代的音频设备对功耗要求越来越高,而D类音频功率放大器和其他几类放大器相比,是电源效率最高的,而且MOSFET的发展也促进了D类音频功率放大器的发展。数字D类音频功放相比于传统D类功放,更适应于数字化时代,但是失真较大,所以需要研究更有效的算法来提高数字D类音频放大器的性能。

 

      2017年,Zhu Liang设计了一种基于FPGA的数字D类音频功率放大器,研究了数字D类功放调制算法,改善了数字D类功放调制谐波失真加大的缺陷,并提高了数字D类功放电源效率。

 二、主要电路硬件设计工作原理图及元器件参数

 【D类功放系统框图】

      元器件主要参数

  1. ADC采样:AD9280芯片,最大采样率=32MSPS
  2. 电源电压15V
  3. MOS管驱动芯片:IR2181S芯片
  4. 移位电平中MOS管:BSS138
  5. 二极管:MUR360
  6. LC低通滤波器:C=1uF/0.68uFL=22uH/47uH

 

 【pwm调制电路】

      FPGA输出的数字PWM驱动型号可以靠添加两个移位电平来增强。直流电源V15、电阻R13MOSFET晶体管M13组成的移位电平和MOSFET晶体管M14、电阻R11、直流电源V14组成的移位电平可以放大PWM波,增强MOS管驱动能力。

这里MOS管选用的是BSS138Vds=60VID=0.25A,具有输入电容小、关断延迟时间短等优点。

 

可选用的MOS管型号:

BSS138

VB162K

VBK162K

VBK362K

 

 【适用的VBsemi微碧半导体MOS管型号参数】



 【MOS管驱动电路】

      MOS管的驱动电路采用IR2181S驱动芯片,可以实现只用两颗芯片即可驱动全桥电路,同时,芯片也兼具电磁隔离和光耦隔离的优点。

 【H桥功率输出电路,低通滤波电路】

      系统中使用了4LC低通滤波器,它加速高频信号的衰减,提高D类功放器的功放效率,其中的电容采用无感电容,电感采用工形屏蔽电感,降低了电磁干扰(EMI)。

      功率输出电路中的功率场效应管的耐压Vdss决定了音频功放的功率,导通电阻RDon决定了音频功放的效率,此处可以选用VBsemi微碧半导体NMOS管型号VBE1101NVDS=100VID=85A,拥有极低的导通电阻RDSon=7.5mΩ

 

可选用的mos管型号:

VBE1101N

VBE1102N

VBE1105

VBZM20N10

VBM1102N

 

 【可选用的VBsemi微碧MOS管产品参数】

 

      实际应用中,应在各模块中加入去耦电容,以防止电源抖动;数字地和模拟地之间用0Ω的电阻相连,可以降低信号干扰。

 

三、微碧半导体MOS管封装及应用

      微碧半导体企业主要产品的封装有:SOP-8 TO-220F)、TO-263TO-247TO-252TO-251SOT-23SOT-223SOT-89QFNAO3400IRF540IRF540N等系列封装产线。

 

【微碧部分MOS管产品封装】

      广泛应用于3C数码、安防设备、测量仪器、广电教育、家用电器、军工/航天、可穿戴设备、汽车电子、网络通信、物联网IoT、新能源、医疗电子、照明电子、智能家居、电脑主板显卡、MID\UMPC GPS、蓝牙耳机、PDVD、车载DVD、汽车音箱、液晶显示器、移动电源、手机电池(锂电池保护板)、LED电源等产品。微碧半导体有限公司以饱满的激情,拼搏务实的干劲,不断创新进取,致力于为客户群体打造出一座高效、便捷、直通、优质的服务桥梁。

 

四、参考文献

[1]朱亮基于FPGAD类音频功率放大器的设计[D].西安电子科技大学,2017.

[2]王宇星.3W无滤波D类音频功率放大器设计[J].固体电子学研究与进展,2015,35(06):591-596+607.

[3]高爱国,蒋宇中,李开锋.D类放大器的随机脉宽调制技术研究和分析[J].通信技术,2010,43(06):4-6.

[4]冯玮,李洪革,张有光.应用于D类放大器的新型混沌频率调制电路[J].北京航空航天大学学报,2009,35(05):559-562.


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