数字D类音频功率放大器设计方案

一、数字D类音频功率放大器

消费者们越来越在意其购入的音频设备的便携性、智能程度和时尚性，不管是最近华为与GENTLE MONSTER联名推出的智能眼镜耳机，还是苹果公司新上市的头戴式耳机，都在佐证这一消费趋势。这些新一代的音频设备对功耗要求越来越高，而D类音频功率放大器和其他几类放大器相比，是电源效率最高的，而且MOSFET的发展也促进了D类音频功率放大器的发展。数字D类音频功放相比于传统D类功放，更适应于数字化时代，但是失真较大，所以需要研究更有效的算法来提高数字D类音频放大器的性能。

2017年，Zhu Liang设计了一种基于FPGA的数字D类音频功率放大器，研究了数字D类功放调制算法，改善了数字D类功放调制谐波失真加大的缺陷，并提高了数字D类功放电源效率。

二、主要电路硬件设计工作原理图及元器件参数

【D类功放系统框图】

元器件主要参数

ADC采样：AD9280芯片，最大采样率=32MSPS

电源电压15V

MOS管驱动芯片：IR2181S芯片

移位电平中MOS管：BSS138

二极管：MUR360

LC低通滤波器：C=1uF/0.68uF；L=22uH/47uH

【pwm调制电路】

FPGA输出的数字PWM驱动型号可以靠添加两个移位电平来增强。直流电源V15、电阻R13、MOSFET晶体管M13组成的移位电平和MOSFET晶体管M14、电阻R11、直流电源V14组成的移位电平可以放大PWM波，增强MOS管驱动能力。

这里MOS管选用的是BSS138，Vds=60V，ID=0.25A，具有输入电容小、关断延迟时间短等优点。

可选用的MOS管型号：

①BSS138

②VB162K

③VBK162K

④VBK362K

【适用的VBsemi微碧半导体MOS管型号参数】

【MOS管驱动电路】

MOS管的驱动电路采用IR2181S驱动芯片，可以实现只用两颗芯片即可驱动全桥电路，同时，芯片也兼具电磁隔离和光耦隔离的优点。

【H桥功率输出电路，低通滤波电路】

系统中使用了4阶LC低通滤波器，它加速高频信号的衰减，提高D类功放器的功放效率，其中的电容采用无感电容，电感采用工形屏蔽电感，降低了电磁干扰（EMI）。

功率输出电路中的功率场效应管的耐压Vdss决定了音频功放的功率，导通电阻RDon决定了音频功放的效率，此处可以选用VBsemi微碧半导体的NMOS管型号VBE1101N，其VDS=100V，ID=85A，拥有极低的导通电阻RDSon=7.5mΩ。

可选用的mos管型号：

①VBE1101N

②VBE1102N

③VBE1105

④VBZM20N10

⑤VBM1102N

【可选用的VBsemi微碧MOS管产品参数】

实际应用中，应在各模块中加入去耦电容，以防止电源抖动；数字地和模拟地之间用0Ω的电阻相连，可以降低信号干扰。

三、微碧半导体MOS管封装及应用

微碧半导体企业主要产品的封装有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN、AO3400、IRF540、IRF540N等系列封装产线。

【微碧部分MOS管产品封装】

广泛应用于3C数码、安防设备、测量仪器、广电教育、家用电器、军工/航天、可穿戴设备、汽车电子、网络通信、物联网IoT、新能源、医疗电子、照明电子、智能家居、电脑主板显卡、MID\UMPC 、GPS、蓝牙耳机、PDVD、车载DVD、汽车音箱、液晶显示器、移动电源、手机电池（锂电池保护板）、LED电源等产品。微碧半导体有限公司以饱满的激情，拼搏务实的干劲，不断创新进取，致力于为客户群体打造出一座高效、便捷、直通、优质的服务桥梁。

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