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基于數(shù)字D類音頻功放的音頻設(shè)備中MOS管的解決方案

已有 733 次閱讀2020-12-22 11:26 | MOS管

一、數(shù)字D類音頻功率放大器

消費者們越來越在意其購入的音頻設(shè)備的便攜性、智能程度和時尚性，不管是最近華為與GENTLE MONSTER聯(lián)名推出的智能眼鏡耳機(jī)，還是蘋果公司新上市的頭戴式耳機(jī)，都在佐證這一消費趨勢。這些新一代的音頻設(shè)備對功耗要求越來越高，而D類音頻功率放大器和其他幾類放大器相比，是電源效率最高的，而且MOSFET的發(fā)展也促進(jìn)了D類音頻功率放大器的發(fā)展。數(shù)字D類音頻功放相比于傳統(tǒng)D類功放，更適應(yīng)于數(shù)字化時代，但是失真較大，所以需要研究更有效的算法來提高數(shù)字D類音頻放大器的性能。

2017年，Zhu Liang設(shè)計了一種基于FPGA的數(shù)字D類音頻功率放大器，研究了數(shù)字D類功放調(diào)制算法，改善了數(shù)字D類功放調(diào)制諧波失真加大的缺陷，并提高了數(shù)字D類功放電源效率。

二、主要電路硬件設(shè)計工作原理圖及元器件參數(shù)

【D類功放系統(tǒng)框圖】

元器件主要參數(shù)

ADC采樣：AD9280芯片，最大采樣率=32MSPS
電源電壓15V
MOS管驅(qū)動芯片：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(diào)制電路】

FPGA輸出的數(shù)字PWM驅(qū)動型號可以靠添加兩個移位電平來增強。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(qū)動能力。

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

可選用的MOS管型號：

①BSS138

②VB162K

③VBK162K

④VBK362K

【適用的VBsemi微碧半導(dǎo)體MOS管型號參數(shù)】

【MOS管驅(qū)動電路】

MOS管的驅(qū)動電路采用IR2181S驅(qū)動芯片，可以實現(xiàn)只用兩顆芯片即可驅(qū)動全橋電路，同時，芯片也兼具電磁隔離和光耦隔離的優(yōu)點。

【H橋功率輸出電路，低通濾波電路】

系統(tǒng)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類功放器的功放效率，其中的電容采用無感電容，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效應(yīng)管的耐壓Vdss決定了音頻功放的功率，導(dǎo)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(dǎo)體的NMOS管型號VBE1101N，其VDS=100V，ID=85A，擁有極低的導(dǎo)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(shù)】

實際應(yīng)用中，應(yīng)在各模塊中加入去耦電容，以防止電源抖動；數(shù)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(dǎo)體MOS管封裝及應(yīng)用

微碧半導(dǎo)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。

【微碧部分MOS管產(chǎn)品封裝】

廣泛應(yīng)用于3C數(shù)碼、安防設(shè)備、測量儀器、廣電教育、家用電器、軍工/航天、可穿戴設(shè)備、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)IoT、新能源、醫(yī)療電子、照明電子、智能家居、電腦主板顯卡、MID\UMPC 、GPS、藍(lán)牙耳機(jī)、PDVD、車載DVD、汽車音箱、液晶顯示器、移動電源、手機(jī)電池（鋰電池保護(hù)板）、LED電源等產(chǎn)品。微碧半導(dǎo)體有限公司以飽滿的激情，拼搏務(wù)實的干勁，不斷創(chuàng)新進(jìn)取，致力于為客戶群體打造出一座高效、便捷、直通、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)橋梁。