IRS2092集成电路制作D类功率放大器的注意事项,Notes of IRS2092 Class D Power Amplifier

IRS2092集成电路制作D类功率放大器的注意事项,Notes of IRS2092 Class D Power Amplifier

关键字：IRS2092,D类功率放大器电路图

 

1）对于过流保护设置值问题：

电流保护阀值选取:流过FET 的电流包括音频输出和LPF 滤波网络电流，所以；实际要求设置值要高于音频电流峰值。我比较喜欢这样选取：功放饱和输出时的最大输出电流X1.5；2）RDSON选取：可以根据实际最高工作温度选取，通常可以取85C 时的RDSON 值；3）有了电流和RDSON，就可以选IC 的保护值了。这里需要注意的是大电流下的FET 开关波型应该是很干净的方波，如果有毛刺的话，可以适当增加栅电阻和优化退耦结构。对于直流输出问题：可能重载时；电源电压跌落，但；由于变压器或负载正负不对称，正负电源电压跌落不一致，致使功放某一半波提前饱和输出了。出现这问题时；通常不是功放问题，你可以略微提高电源电压增加水塘电容试试。

2）一般理想的工程条件下，半桥工作的实际死区时间越短越好，最小可以设置到10 纳秒

3）IRS2092S 做全频功放时应注意的问题，最好能选择线性度比较好的元件，调制频率选择在300~400KHz，适当匹配LC 滤波器的L/C 的值，可以比较要的解决问题。推荐L 选取18~22μH。如果要进一步改善平坦度，L 可以取到10μH，同时；调制频率提高到400KHz 左右。

4）PWM 调制及咔哒声抑制问题：电路的过度过程不匹配，前级电源电压降落引起

的电压飘逸被后级放大造成的。调整一下时续可以解决问题。

另：IRS2092/S 已经在IC 内加入开关机消“咔哒”功能。一般无需外加电路。

5）针对不同Qg 的MOS，栅电阻怎么选择，Qg 太大2092 发热非常快的解决：可以用降频或增加栅电阻方式降低IRS2092 的温升，一般；Qg 和开关频率并不是IC 发热的主要原因，发热可能更多的源于开关管产生的电压过冲，改善PCB 布线和退耦可以抑制IC 发热。对于300W 额定输出功率，推荐IRFI4020-117P会更好些。

6）做500W的功放可以用IRS2092 搭配IRF6785MTRPbF 两并，PCB 设计合理的话；THD+N可以达到0.02%以上的水平。IRFB4227 也可以用在这宽功放中，只是效果会差些。

7）对于MOS管的发热，MOS 管发热是多种原因造成的，首先；电压电流规格要合适，过大或过小都会加重发热量。其次；选用专用驱动IC 和MOSFET。再次；注意PCB 设计布局，选择合适的安装位置和规格。

8）用IRS2092 实现更大功率输出时建议不要扩流，否则；很难保证匹配精准。IRS2092 做千瓦以下级的功放已经足够了。

9）D 类功放在高音部分变音是因为：LC 滤波器和调节器都是低通结构，它们对高频信号都有一定的衰减，就会听到变音。可以改善这两部分的参数，达到要求的带宽

10）IR 最新的MP4，MP5 和MP7 这三个DEMO 版，它们的频带都可以达到24K 之上，在4 欧姆条件下，比最早的DEMO略微一点加宽，如果带8欧姆负载的话，其实带宽远超过48K 了，主要是内部有个LC 滤波器的带宽把它抑制了。为保证音频带宽的足够宽度，兼顾本身功耗相对比较低的要求，用了一个22 微亨的电感，如果说需要把带宽加宽，只要把这个电感值略微减少，比如说16 到18 微亨，它的带宽就可以加宽，音响功放本身达到60K，是没有任何问题的，经测试，功放完全可以带3ohm或2ohm负载由于演示板内部选择的过优保护点和MOSFET 是按照4ohm 负载设置，它并不能够在两欧姆的时候输出功率加倍。另外；这个电路目前是非常稳定。

11）死区时间对THD 的有多大影响？

死区对THD 的影响是非常的大的，实际上相当于对正弦波的波低削了一下，如果做谐波测试的话，增加的主要是三次谐波，它尤其对音色的影响更是很大，我们曾经测试过，如果说有个50纳秒的死区时间的话，如果没有做反馈，THD 的值可以达到2.8%，如果听音的话，会感到非常的干涩，所以说死区时间对THD 是非常重要的，所以在这里强调一点是高底边的互锁匹配和MOSFET 的QGD 这个值，还有MOSFET 的引线电感。

12）IR2092 做低音炮时的载波频率计算和测试：

IR2092 由二介反馈电容大小来决定的，在决定了输入阻抗和输出阻抗，这两个电容决定了它的频带，一般来讲，我们建议在低音功放场合，调制频率一般是限制48k 到100K 之间，实际上对于低音炮来讲，它的输出频率通常不会超过600 赫兹，100K 的调制频率对600 赫兹来说已经是足够了。比较低的调制频率，可以允许MOSFET 的开关速度相对比较慢，以获得更低的噪音，也可以降低总体开关损耗，把效率提高到百分之98 的水平，因为把调制频率降低以后，输出电感通常要加大的，按照我们目前的经验，如果是带1 欧姆的低音喇叭的话，那么滤波电感一般可以选择在60 微亨左右，这个时候低音比较浑厚。

13）。避免噪音干扰主要有几方面，

一方面是选用专用的驱动器和专用的MOSFET，这样它的噪音会非常的低，我们现在的IRAUDIOMP4 和MP5 的DEMO 版，可以直接接收音机而不会干扰。这可能是业界唯一的解决方案。第二点，我们的PCB 设计是非常有特色的，元器件线连接是非常专业的，是解决前期噪音的方法之一，总体来讲，D 类功放的设计要求很高，主要原因是内部频率比较高，这样MOSFET 电流会被调制分割，里面有非常高的射频分量，这些分量会在PCB 上面产生聚肤效应。高频噪音如果扩散；就会调制运算放大器产生一些背景噪音，这需要多方面的技巧去解决，另一方面2092 集成了高（射）频噪音免疫的放大器。所以D 类放大器里面要解决多种问题，很多理论已经超出了传统AB 类放大器的知识范畴。D 类放大器设计很讲究效率，而AB 类更多的是讲的是信号保真，由此；增加了很多的要求，对现在的工程师来讲，设计D 类功放；遇到更多的是挑战，但是这个背后将是获得更高的效率和更好的音质的成就。

14）D 类功放是一个系统，除了效应管以外，还是需要驱动器，电容电感等等，由于它是工作在大功率条件下，它的材质，屏蔽性和放置方式都是非常讲究的，首先，电感我们推荐尽可能做屏蔽性结构，比如说是用PM 或者是PQ 结构，当然是最好的，即便用这些结构会发现磁场的辐射方向是不一样的，有些是前后的，有些是向下的，这些方向必须正交于PCB 的信号线的布局方向，这样不会有磁场的干扰进入到系统里面，或者是干扰最小，这样系统就可以获得最好的效益。

15）关于死区时间选择：死区时间设置和客户选用的MOSFET 参数是密切相关的，原因有两方面，一方面是各款MOSFET的密勒效应不一样，即便MOSFET 的驱动电阻相等，但由于Qgd 不相同，不同程度抑制了MOSFET关断，所以对死区时间要相应的放长，另外各款MOSFET 寄生二极管的恢复速度不同，等效导通时间不等，设置死区时间一定要长于MOSFET 寄生二极管的恢复时间，否则就会形成比较严重的短路，功放对这类噪音非常敏感。所以要注意，MOSFET 的寄生二极管必须是肖特基的，否则你会发现，它的发热量至少会提高一倍，音色也会硬很多。

16）关于肖特基二极管，市面上面是没有一个理想的肖特基，理想的肖特基是要求压降在0.25V 以下，目前来讲只有15V 的肖特基接近这个值。无论是多么理想的肖特基，在MOSFET 上面并联是不可取的，主要原因是MOSFET 是一个个体结构，它的引线电感通常是在13nH，同样电流肖特基管通常也是T-220 封装，它们的引线电感值接近。为了在摩斯管关断的时候，把电流挤到旁边的肖特基管里面去（MOSFET 寄生二极管压降通常是在0.6 伏左右），所有引线感应电压不能超过0.6 伏，否则；寄生二极管就会开启。MOSFET 和肖特基并联时，从MOSFET 管芯看，引线电感是串联的。对于一个超过20nH 的电感，感应电压又不能超过0.6的条件下，它允许电流非常非常小的，所以说当功率稍微大点的时候，肖特基并联作用将基本消失殆尽，所以原则讲是不建议并联肖特基在MOSFET 上。

17）音响专用MOSFET 和普通开关型MOSFET 的主要区别是什么？

音响专用MOSFET 和普通开关型MOSFET 的区别是在三个方面，第一点是音响专用的MOSFET 是肖特基型的，由于它的调制频率达到了400K，电压基本上要达200 伏，在这个电压下面硬开关工作，而且；每周期都有续流要求，对MOSFET 要求远超过普通开关电源，所以它的MOSFET 必须是肖特基型结构。第二点是MOSFET 的Qgd 的值也是不同的，专用摩斯管的值是优化的，Qgd 值的减小能够保证输出的脉宽精度，而我们普通的开关型的MOSFET，它主要强调的是成本和开关损耗的综合值。它对脉宽的损失并不考虑，普通开关型的MOSFET 输出的主要是PWM 信号，它不对高频响应做任何处理，而专用音响MOSFET，要求响应到24K 以上的频带，所以它的响应是非常的快。第三，栅寄生内阻。音响的MOSFET 对脉冲奇变的抑制能力要高于开关电源的MOSFET，专用的MOSFET 栅寄生内阻通常在1 欧姆左右，这个值已经远远的小于驱动电阻，而开关型的值通常在十几欧姆到几十欧姆，专用音响MOSFET，控制这个值后，能有效保证脉冲宽度的精准，音响的MOSFET 和普通的MOSFET 的区别是非常大，有兴趣的话，对比两个摩斯管的测试结果，会发现无论是从功耗还是从音质上面来讲，区别是非常明显的。

18）在半桥电路结构设计中，为甚么有时母线电压会上升？

喇叭是一个特殊的东西，表面看；它是欧姆型的，但；由于本身固有频率特性的限制，在广谱的频率/功率范围，阻抗呈山脉起伏似的变化。在输出的频率高于它本身的频率，它表现出容性阻抗；低于频率谐振点时表现为感性。对于拥有多个谐振点；且是非完全弹性型变体的喇叭而言，阻抗变化非常复杂。这些感性或容性特性表明，喇叭会在不同时间储存或释放或大或小的能量，它会在电环路里面形成能量循环，就是说喇叭里面的机械动能或电磁能量会被D 类调制开关回收到电源里面或充到喇叭里，这时候会发现电源电容电压会升起或下降，同样当喇叭在输出功率的时候，它也会把电容里面的能量放到喇叭里推动音盆，作为音频的动力，这时候会发现电源是波动的了，这也是效率会非常高的原因，它会把未专换有效机械动能的能量和一些无功阻抗分量寄存循环能量会全部回收起来，而AB 类是无法回收的，正因为如此，D 类功放的阻尼系数和效率远远超过AB 类，通常条件下，如果D 类功放做的好的话，它的阻尼系数可以达到110dB。

19）D 类功放的输出滤波电感怎样选择？输出滤波电感发热量大是什么原因？怎样解决？

这类功放的材质目前有两种用的比较多，一种称之为醒铁粉材料，实际上是一种超细微铁粉材料，用环氧树脂混合浇铸形成的环。另外一个就是常见的国产的R2KBD 材料，这个材料的性能原则上讲是超过PC40，主要原因是RKBD 材料它的磁感强度可以达到4800 左右，而PC40 只能达到3500 左右。R2KBD 材质居里温度达到250゜C，远高于PC40，从抗音频饱和程度和可靠性讲来讲，国产材料优于进口材料。

20）大电流场效应管与IR 的驱动电流的关系是如何？

MOSFET 开通的时候，最重要的是有一个电强压的方式来启动，当我们输入电压到柵级的时候，就好像是我们加电压在电容上面一样，所以我们开通MOSFET 的时候，小电流的MOSFET 的柵电容是会比较大的，会影响功放开关的表现从而影响音质，所以大电流场效应管要考虑到驱动电流是多大，并配以适当Qg 的MOSFET.

IRS2092典型应用电路图