基于IRS2092驱动器IC的D类音频功率放大器

·新器件应用· 基于 IRS2092驱动器 Ic的 D类音频 功率放大器 利用美国国际整流器公司的数字音 频驱动器 IRS2092和数 字音频双功率 MOSFET，可以设计单通道或两通道 D类 音频功率放大器 ，输出功率范围为 25—500W，总谐波失真加噪声(THD+N) 仅为 O．O5％(@6OW ，4Q)，残余噪声 为 200uV(@IHF—A力口权 ，20Hz一20kHz)，效 率I>90％(@500W，8Q) 并提供过电压 保护(OVP)、欠电压保护(UVP)、过 电流 保护(OCP)、扬声器 DC失调保护(DCP) 以及过温度保护(OTP)。在自振荡 PWM 拓扑方面，可以选择半桥(立体声)，也可 以选择全桥模式。基于 IRS2092和数字音 频双功率MOSFET的D类功放，重点应 用领域是AV接收机、家庭影院、亚低音、 动力扬声器、微组件立体声、音乐设备放 大器和汽车音响等。D类音频功放系统元 件可以置于单层印刷电路板上。 工作原理 IRS2092采用 16引脚无铅封装 (引 脚排列参见图 2)，是一种专门用于 D类 反馈 音频放大器的高压 (直达 200V)高速 MOSFET驱动器 IC。IRS2092含有输入 运 算 放大 器 、模 拟 输入 自振 荡 二 阶 一 △PWM 调制器、电平移位器、死区时 间及 OCP和 UVP电路、高／低端 MOS— FET栅极驱动器，其内部结构及应用电路 简化图如图 1所示。 在图1 中，IRS2092的输入运算放大 器与 R7、C4、C6和 R1 1形成二阶积分器。 前端积分器接收来自PWM输出并经 R8 的一个矩形反馈信号。音频输入信号经过 R7在 IRS2092的引脚 C0MP上产生载 波信号 ，占空因数则依照模拟输入信号的 瞬时电压变化而变化。在 U1引脚 COMP 上的载波信号被内部门限在VAA和 VSS 正中间的比较器转换为PWM信号。lC内 部电平移位器将 PWM信号传送到高／低 端栅极驱动器和死区时间产生电路，在 U1引脚 HO和 LO上的输出驱动器高／ 低端功率MOSFET，并确保两个MOS— FET不会发生“直通”。半桥功率级提供放 藏取光 大了的 PWM波形，经 L1和 O12组成的 低通滤波器(LPF)滤波还原为模拟音频信 号驱动扬声器。 基本应用电路 基于 IRS2092和数字音频双功率 MOSFET的D类音频功率放大器基本电 路如图2所示。在立体声配置中，图2‘所 示为一种单通道(CH1)D类功率放大器， 另一通道(CH2)与图 2电路相同。 1．自振荡频率 电路的自振荡频率由 IRS2092的传播延迟、MOSFET的开关速 度 和前 端积 分器 (R7、RS．R11、C4．C6、 C7)的时间常数决定。电源+B和一B的变 化也会影响电路的自振荡频率。利用 Rll 可以设置自振荡频率。在正常操作和没有 音频输入信号时，开关频率围绕400kHz 来设置。 2．死区时间选择 IRS2092中高、低端 驱动信号之间的死区时间取决于引脚 DT 上的电压V ，如图 3所示。而 V甜又取决 于分压器 电阻 R26和 R27值 的选择，选 图 1 电子 世 界 ·2011_03 — 10— ·新器件应用· l - I _ - - ． - - _ - _ - ． _ - - ． - - ． ． _ - _ l - - _ ⋯ ． - _ ． - _ - _ - - _ I ， ． I _ ． ． _ - - _ ． - 。 _ - _ ． - - - ． _ _ - _ ． _ - _ - - - - _ ． - - _ - - - - ． _ ． ■ 图’2 取不同的 R26和 R27值，可编程死区时 间在 25ns与 105ns之间。例如 ，当选取 R26=R27=1OkQ 时 ，V 0．50Vcc，从 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 3 可知，死区时间为45ns：再如 ，若选取 R26=6．8k0 ，R27=3．9kO ，V O．36Vcc， 死区时间则为75ns。 3．系统保护 (1】过电流保护(OCP)： IRS2092的引脚 VS通过检测低端 MOS— FET导通时在导通电阻 RDS(ON)上的电 压降来感测负载 电流。在 IRS2092引脚 OCSET上的电压编程低端过电流感测门 限。如果低端 MOSFET漏 一源极电压超 过 引 脚 OCSET上 的预 置解 扣 电平 ， IRS2092将关闭其输出，从而实现 UCP， 并且将引脚 CSD下拉至 一VSS。与此同 时，蓝光 LED熄灭。 图 3 IRS2092的 CSH 引 脚 检 测 高 端 MOSFET以引脚 VS上 电压 为参考的漏 极电压。与低端 电流传感不同的是 ，高端 电流检测在引脚 CSH内部有一个固定在 1．2V的门限电压。R17、R18、R19等组成 的外部电阻分压器设置 OCP f-j限。为阻 塞在低端 MOSFET导通期间高压馈送到 U1的 CSH引脚，加入反向阻塞二极管 D4是必要的。扣除 D4约 0．6V的正向压 降，横跨高端 MOSFET漏极与源极之间 Rl08 图 4 屯 子 世 界 ·2011．03 — 11— ·新器件应用· · RCA1 -(通道A) 图 的 最小 门 限 电平 为 0．6V。如 果 高 端 M0SFET的漏 一源极电压超过预置解扣 电平，OCP将关闭高端开关操作。 (2)其他保护：其他几种保护电路如 图 4所 示 ，图 中 S1为双 刀双掷 开关 (DPDT)。 过电压保护(OVP)如果在 +B与地 (GND)之间的总线电压超过75V，OVP电 路将关闭放大器。OVP门限电平由齐纳二 极管Z1OO设定。 欠电压保护 (UVP)如果在 +B与地 之间的总线电压低于由齐纳二极管 Z101 设置值，UVP电路将关闭放大器。UVP阻 止在上电和掉电期间由于不稳定的 PWM 操作产生不希望的可听见噪声输出。 过温度保护(OTP)利用一个仅靠双 附表 不同配置主要技术规格 功率 MOSFET散热器的NTC热敏电阻 TH1O0，来监测散热器的温度。一旦散热器 温度上升至 100℃，通过下拉 IRS2092的 引脚 CSD、OTP将使两个通道关闭。当温 度降低后，电路将重新开始操作。 扬声器 DC电压保护(DCP)如果高 端或低端 MOSFET短路失效并保持导通 状态，输出DC电压就发生失调。DCP检 测电路在检测到这种故障后，将关断 PWM，并切断电源，以保护扬声器。DCP 的发生条件是输 出 DC电压偏移大于 -I- 4V。 当 S1置于“关联”位置时，通过下拉 IRS2092引脚 CSD将强迫放大器停留在 关闭模式，输出 MOSFET则保持截止状 态。 在任何一种故障模式，IRS2092引脚 L0上连接的蓝光 LED(见图2)都将会熄 灭。 4．输入信号和增益设置 合适的输入 信号是一个频率为20Hz一20KHz、幅值直 达 3Vrms的模拟信号，并且源阻抗不大于 600Q。当输入信号频率从 30KHz到 60KHz时，在 L1和 C12组成的输出低遁 滤波器(LPF)容易发生 LC谐振，会引起一 个大电抗 电流通过开关级。尤其是在负载 阻抗大于 8Q时，LC谐振可以激活 OCP。 在输 出上设置 了 R30和 C13组成的 RC 网络(被称作 Zobe1)，对谐振起阻尼作用。 放大器 电压增益由 R8／R2之比率设 置。 5．全桥配置 通过双刀双掷(DPDT) 开关 S300(见图 5)，放大器可以实现全桥 模式，亦即桥接页载(BTL)配置。通过馈入 不同相的音频信号到两个输入通道，可以 获得全桥操作。在全桥模式，放大电路仅 从A通道接收输入信号(板上逆变器馈入 异相信号至 B通道)。 两通道立体声 D类功率放大器使用 2块 IRS2092而且外部电路及元件选择 是一样的。 6．不 同 配 置 的 主 要 技 术 规 格 IRS2092配接的双功率 MOSFET不同， PWM 拓扑(半桥或全桥 )不同，扬声器阻 抗不同，放大器的输出功率、电源电压和 电压增益也就不同，如附表所示。 模型名称 项目 AM P7D-55 AMP7D一1 OO AMP7D一1 50 AMP7D-250 lR功率 MOSFET FET1A IRF14024H-1 1 7P IRF14014H-1 17P IRF14019H一1 17P IRF14O20H一1 17P FET1B 8O 25W ×2 60W x 2 125W ×2 250W ×2 半桥 4Q 50W ×2 120W ×2 25OW×2 不支持 全桥 8Q 1OaW×1 240WX2 500WX1 不支持 正常工作电压 +B，一B ±25V ±35V ±50V ±70V 最小／最大电源电压 +B．一B ±2OV～±28V ±28V一-I-45V ±45V～±60V ±60lV一±80V 电压增益 GV 20 30 36 40 电 --7-世 界 ·2011．03 — 12—