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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
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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
- ADC采樣：AD9280芯片，最大采樣率=32MSPS
- 電源電壓15V
- MOS管驅動(dòng)芯片：IR2181S芯片
- 移位電平中MOS管：BSS138
- 二極管：MUR360
- 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：
①BSS138
②VB162K
③VBK162K
④VBK362K
【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4階LC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(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-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(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FPGA的D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.
