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基于數字D類(lèi)音頻功放的音頻設備中MOS管的解決方案

已有 723 次閱讀2020-12-22 11:26 | MOS管


一、數字D類(lèi)音頻功率放大器

      消費者們越來(lái)越在意其購入的音頻設備的便攜性、智能程度和時(shí)尚性,不管是最近華為與GENTLE MONSTER聯(lián)名推出的智能眼鏡耳機,還是蘋(píng)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(lái)越高,而D類(lèi)音頻功率放大器和其他幾類(lèi)放大器相比,是電源效率最高的,而且MOSFET的發(fā)展也促進(jìn)了D類(lèi)音頻功率放大器的發(fā)展。數字D類(lèi)音頻功放相比于傳統D類(lèi)功放,更適應于數字化時(shí)代,但是失真較大,所以需要研究更有效的算法來(lái)提高數字D類(lèi)音頻放大器的性能。

 

      2017年,Zhu Liang設計了一種基于FPGA的數字D類(lèi)音頻功率放大器,研究了數字D類(lèi)功放調制算法,改善了數字D類(lèi)功放調制諧波失真加大的缺陷,并提高了數字D類(lèi)功放電源效率。

 二、主要電路硬件設計工作原理圖及元器件參數

 【D類(lèi)功放系統框圖】

      元器件主要參數

  1. ADC采樣:AD9280芯片,最大采樣率=32MSPS
  2. 電源電壓15V
  3. MOS管驅動(dòng)芯片:IR2181S芯片
  4. 移位電平中MOS管:BSS138
  5. 二極管:MUR360
  6. LC低通濾波器:C=1uF/0.68uF;L=22uH/47uH

 

 【pwm調制電路】

      FPGA輸出的數字PWM驅動(dòng)型號可以靠添加兩個(gè)移位電平來(lái)增強。直流電源V15、電阻R13、MOSFET晶體管M13組成的移位電平和MOSFET晶體管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(dòng)能力。

這里MOS管選用的是BSS138,Vds=60V,ID=0.25A,具有輸入電容小、關(guān)斷延遲時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

 

可選用的MOS管型號:

BSS138

VB162K

VBK162K

VBK362K

 

 【適用的VBsemi微碧半導體MOS管型號參數】



 【MOS管驅動(dòng)電路】

      MOS管的驅動(dòng)電路采用IR2181S驅動(dòng)芯片,可以實(shí)現只用兩顆芯片即可驅動(dòng)全橋電路,同時(shí),芯片也兼具電磁隔離和光耦隔離的優(yōu)點(diǎn)。

 【H橋功率輸出電路,低通濾波電路】

      系統中使用了4LC低通濾波器,它加速高頻信號的衰減,提高D類(lèi)功放器的功放效率,其中的電容采用無(wú)感電容,電感采用工形屏蔽電感,降低了電磁干擾(EMI)。

      功率輸出電路中的功率場(chǎng)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NMOS管型號VBE1101N,VDS=100V,ID=85A,擁有極低的導通電阻RDSon=7.5mΩ。

 

可選用的mos管型號:

VBE1101N

VBE1102N

VBE1105

VBZM20N10

VBM1102N

 

 【可選用的VBsemi微碧MOS管產(chǎn)品參數】

 

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

 

三、微碧半導體MOS管封裝及應用

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

 

【微碧部分MOS管產(chǎn)品封裝】

      廣泛應用于3C數碼、安防設備、測量?jì)x器、廣電教育、家用電器、軍工/航天、可穿戴設備、汽車(chē)電子、網(wǎng)絡(luò )通信、物聯(lián)網(wǎng)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(chē)載DVD、汽車(chē)音箱、液晶顯示器、移動(dòng)電源、手機電池(鋰電池保護板)、LED電源等產(chǎn)品。微碧半導體有限公司以飽滿(mǎn)的激情,拼搏務(wù)實(shí)的干勁,不斷創(chuàng )新進(jìn)取,致力于為客戶(hù)群體打造出一座高效、便捷、直通、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)橋梁。

 

四、參考文獻

[1]朱亮基于FPGAD類(lèi)音頻功率放大器的設計[D].西安電子科技大學(xué),2017.

[2]王宇星.3W無(wú)濾波D類(lèi)音頻功率放大器設計[J].固體電子學(xué)研究與進(jìn)展,2015,35(06):591-596+607.

[3]高愛(ài)國,蔣宇中,李開(kāi)鋒.D類(lèi)放大器的隨機脈寬調制技術(shù)研究和分析[J].通信技術(shù),2010,43(06):4-6.

[4]馮瑋,李洪革,張有光.應用于D類(lèi)放大器的新型混沌頻率調制電路[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報,2009,35(05):559-562.

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