工程師參考手冊（一）：D類功放設計須知

　　一般來講，在柵極信號中的開關時間誤差是導致非線性的主要原因。特別是死區時間嚴重影響了D類功放的線性。幾十納秒少量的死區時間很容易就產生1%以上的THD（總諧波失真），見圖5（c）所示。

　　8、 死區時間（見圖5（a）所示是如何影響非線性的）

　　其圖5（a）（b）（c）為死區時間（或稱延時時間）對失真的影響示意圖。D類輸出級中的工作模式可以根據輸出波形如何跟隨輸入時間可歸類成三個不同的區域。在這三個不同的工作區，輸出波形跟隨高低端輸入信號的不同邊緣而變化的。

　　讓我們檢查一下第一個操作區（見圖5c所示High side edges），在這里電流比電感器波紋電流還大時，輸出電流就從D類功放流向負載。高端器件在低端器件開通之前關斷，輸出節點就會被轉到負母線。這個過程與低端器件開通時間無關，它是通過從解調電感的換向電流自動造成的。因此輸出波形與嵌入到低端器件開通前的死區時間無關。因此PWM波形只被嵌入到高端柵極信號的死區短路了，而造成所希望的輸入占空比的輕微電壓增益降低。

　　有個相似的情況發生在負工作區（見圖5c所示Low side edges），輸出電流從加載流向D類功放。電流高于電感波紋電流。在這種情況下，輸出波形的時間并沒有受嵌入高端開通沿的死區時間的影響，而總是允許低端輸入時間。因此，PWM波形只被嵌入到低端器件柵極信號的死區時間短路。

　　在以前描述的兩個操作模式中存在一個區域，在這個區域中輸出時間與死區時間是獨立的。當輸出電流小于電感波紋電流時，輸出時間跟隨每個輸入的關斷沿。因為在這個區域，是ZVS（零電壓開關）操作狀態（見圖5c所示Falling edges），因此在中間區域就不會有失真。

　　當輸出電流隨著音頻輸入信號的不同而變化時，D類功放將改變它的操作區，這樣每個都會有細小的不同增益。在音頻信號的周期中的這三個不同區域增議會歪曲輸出波形。

　　圖5（b）顯示的是死區時間如何影響THD性能的。一個40nS死區時間可以產生2%的THD。這個可以通過減小死區時間到15nS提高到0.2%。這個標志著更好線性與高低端開關器件轉換過程的重要性。

　　9、 音頻性能測量

　　有著AESl7網絡過濾器的音頻測量儀器是很必需的。當然，像傳統音頻分析器HP8903B，加上合適的前級低通濾波器也可以使用。在這里需要重要考慮的是D類功放的輸出信號在其波形上仍然含有大量的開關載波頻率，這樣就造成錯誤的讀取。這些分析器也許很難防止D類功放的載波泄露。

　　10、防止直通

　　盡管如此，一個狹窄的死區時間在大量生產中是很危險的。因為一旦高低端晶體管被同時打開，那么直流母線的電壓就會被晶體管短路，大量的直通電流將開始流動，這便會導致器件損壞。我們應該注意到有效的死區時間對每個功放是不同的，與元件參數和芯片溫度有關。對于一個D類功放的可靠設計來講確保死區時間總是正的而決不是負的來防止晶體管進入直通，這是非常重要的。

　　11、關于電源吸收能量

　　另外一個在D類功放中引起明顯降額的原因是母線充電，當半橋拓撲在給負載輸出低頻時可以看到。要時刻記住，D類功放的增益與母線電壓直接成比例關系。因此，母線電壓波動產生失真，而D類功放中的電流流動是雙向的，則就存在了從功放返回到電源時期。大量流回到電源的能量來自于輸出LPF的電感存儲的能量。通常，電源沒有辦法吸收從負載回流過來的能量。因此，母線電壓上升，造成電壓波動。母線電壓上升并不是發生在全橋拓撲上，因為從開關橋臂同儲到由源的能源熔會在另一個橋臂消耗掉。

　　12、對EMI（電磁輻射）的考慮

　　在D功放設計中的EMI（電磁輻射）是很麻煩的，像在其他開關應用中一樣。EMI的主要來源之一是來自從高到低流動的MOSFET二極管的反向恢復電荷，和電流直通很相象。在嵌入到阻止直通電流的死區過程中，在輸出LPF中的電感電流打開體二極管。在下一個階段中，當另外一端的MOSFET在死區未打開時，體晶體管保持導通狀態，除非儲存的大量少數載波被完全復合。這個