工程师参考手册（一）：D类功放设计须知

直通

　　尽管如此，一个狭窄的死区时间在大量生产中是很危险的。因为一旦高低端晶体管被同时打开，那么直流母线的电压就会被晶体管短路，大量的直通电流将开始流动，这便会导致器件损坏。我们应该注意到有效的死区时间对每个功放是不同的，与元件参数和芯片温度有关。对于一个D类功放的可靠设计来讲确保死区时间总是正的而决不是负的来防止晶体管进入直通，这是非常重要的。

　　11、关于电源吸收能量

　　另外一个在D类功放中引起明显降额的原因是母线充电，当半桥拓扑在给负载输出低频时可以看到。要时刻记住，D类功放的增益与母线电压直接成比例关系。因此，母线电压波动产生失真，而D类功放中的电流流动是双向的，则就存在了从功放返回到电源时期。大量流回到电源的能量来自于输出LPF的电感存储的能量。通常，电源没有办法吸收从负载回流过来的能量。因此，母线电压上升，造成电压波动。母线电压上升并不是发生在全桥拓扑上，因为从开关桥臂同储到由源的能源熔会在另一个桥臂消耗掉。

　　12、对EMI（电磁辐射）的考虑

　　在D功放设计中的EMI（电磁辐射）是很麻烦的，像在其他开关应用中一样。EMI的主要来源之一是来自从高到低流动的MOSFET二极管的反向恢复电荷，和电流直通很相象。在嵌入到阻止直通电流的死区过程中，在输出LPF中的电感电流打开体二极管。在下一个阶段中，当另外一端的MOSFET在死区未打开时，体晶体管保持导通状态，除非储存的大量少数载波被完全复合。这个反向的恢复电流趋向于形成一个很尖的形状，和由于PCB板和封装杂散电感因起步希望的震荡。因此，PCB布线设计对减小EMI和系统可靠性至关重要的。

　　13、D类功放中MOSFET选择的其他考虑

　　*选择合适的封装和结构

　　*功放的THD、EMI和效率，还受FET的体二极管影响。缩短体二极管恢复时间（工R的并联肖特基二级管的FET）;降低反向恢复电流和电荷，能改善THD;EMI和效率。

　　*FET结壳热阻要尽可能小，以保证结温低于限制。

　　*保证较好可靠性和低的成本条件下，工作在最大结温。用绝缘包封的器件是直接安装还是用裸底板结构垫绝缘材料，依赖于它的成本和尺寸。

　　14、D类功放参考设计见图6所示

　　*拓扑：半桥

　　*选用IR2011S（栅极驱动IC，最高工作电压200V，Io+/-为1.0A/1.0A，Vout为10-20V，ton/off为80&60ns，延时匹配时间为20ns）;IRFB23N15D （MOSFET功率管ID=23A，R DS=90mΩ，Qg=37nC Bv=150V To-220封装）

　　*开关频率：400KHz（可调）

　　*额定输出：200W+200W/4欧

　　*THD:0.03%-1mhz半功率

　　*频率响应：5Hz-40KHz（-3dB）

　　*电源：～220v±50V

　　*尺寸：4.0"×5.5"

　　15、结论

　　如果我们在选择器件时很谨慎，并且考虑到精细的设计布线，因为杂散参数有很大的影响，那么目前高效D类功放可以提供和传统的AB类功放类似的性能。

　　二、D类放大器散热注意事项

　　摘要：D类放大器相比AB类放大器具有更高的效率和更好的热性能。尽管如此，使用D类放大器时仍然需要慎重考虑其散热。本应用笔记分析了D类放大器的热性能，并通过几个常见的例子说明了良好的设计所应遵循的原则。

　　连续正弦波与音乐

　　在实验室评估D类放大器性能时，常使用连续正弦波作为信号源。尽管使用正弦波进行测量比较方便，但这样的测量结果却是放大器在最坏情况下的热负载。如果用接近最大输出功率的连续正弦波驱动D类放大器，则放大器常常会进入热关断状态。

　　常见的音源，包含音乐和语音，其RMS值往往比峰值输出功率低得多。通常情况下，语音的峰值与RMS功率之比（即波峰因数）为12dB，而音乐的波峰因数为18dB至20dB。图1所示为时域内音频信号和正弦波的波形图，给出了采用示波器测量两者RMS值的结果。虽然音频信号峰值略高于正弦波，但其RMS值大概只有正弦波的一半。同样，音频信号可能存在突变，但正如测量结果所示，其平均值仍远低于正弦波。虽然音频信号可能具有与正弦波相近的峰值，但在D类放大器表现出来的热效应却大大低于正弦波。因此，测量系统的热性能时，最好使用实际音频信号而非正弦波作为信号源。如果只能使用正弦波，则所得到的热性能要比实际系统差。

　　图1. 正弦波的RMS值高于音频信号的RMS值，意味着用正弦波测试时，D类放大器的发热更大。

　　PCB的散热注意事项

在工业标准TQFN封装中，裸露的焊盘是IC散热的主要途径。对底部有裸露焊盘的封装来说，PCB及其敷铜层是D类放大器主要的散热渠道。如图2所示，将D类放大器贴装到常见的PCB，最好根据以下原则：将裸露焊盘焊接到大