前言
當今利用反饋網絡與頻率擴展技術改善開關的EMI己在便攜設備中的開關穩(wěn)壓器與現代D類放大器中獲得了應用。這是什么原因？
現代D類放大器的高效特性，在日新月異的多媒體時代新潮中己成為便攜式和大功率應用的理想選擇。之所以這樣是因許多現代D類放大器采用先進的擴譜調制技術，可使各種應用免去外部濾波器并降低電磁于擾（EMl）。而省掉外部濾波器器不僅降低了電路板空間要求，同時大幅降低了很多便攜式/緊湊型應用的成本。
由于開關穩(wěn)壓器能極大地節(jié)省空間并具有極低的功耗，則此穩(wěn)壓器正逐步取代線性穩(wěn)壓器，而進入各種新型應用中。但開關穩(wěn)壓器有一個缺點，其內部開關電流可能產生EMI。EMI的峰值能量集中在開關頻率上，降低EMI的傳統(tǒng)方法是謹慎處理接地、屏蔽和濾波。以上方法以控制和抑制穩(wěn)壓器內部開關電流所產生的輻射為主。此外，降低開關電流的幅度和改變頻率也能降低EMI。但確切地說，多相同步和擴展頻譜頻率調制（SSEM）及反饋網絡技術是降低EMI的兩種強有力的工具。此外，降低開關電流的幅度和改變頻率也能降低EMI。
值此本文僅對其反饋技術、擴譜調制技術及新一代無濾波器D類放大器分析說明。因為對D類放大器及其最新的技術發(fā)展有一個基本理解，將有助于設計者為具體應用選擇合適的放大器，并正確權衡某些功能特性的優(yōu)勢和劣勢。為此首先應了介基于PWM方式的傳統(tǒng)D類放大器存在的問題。
1、傳統(tǒng)D類放大器存在的問題
傳統(tǒng)D類放大器的一個主要缺點就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間，也可能因濾波元件的非線性而引入額外失真。很多D類放大器還會使用全橋輸出級。全橋電路使用兩個半橋輸出級，并以差分方式驅動負載。這種負載連接方式通常稱為橋接負載（BTL）。全橋結構是通過轉換負載的導通路徑來工作的。因此負載電流可以雙向流動，無需負電源或隔直電容。傳統(tǒng)的、基于PWM的BTL型D類放大器各輸出波形。各輸出波形彼此互補，從而在負載兩端產生一個差分PWM信號。與半橋式拓撲類似，輸出端需要一個外部LC濾波器，用于提取低頻音頻信號并防止在負載上耗散高頻能量。
與所有傳統(tǒng)D類放大器一樣，基于PWM方式的典型D類放大器需要外部濾波元件，會產生EMI／EMC兼容性問題，并且THD+N性能較差，因此與線性放大器相比，它的高效優(yōu)勢大為失色。然而，現代D類放大器采用先進的調制和反饋技術，可很好地緩解上述問題。
2、利用反饋網絡改善性能
許多D類放大器采用PWM輸出至器件輸入的負反饋環(huán)路。閉環(huán)方案不僅可以改善器件的線性，而且使器件具備電源抑制能力。開環(huán)放大器卻正相反，它的電源抑制能力微乎其微。在閉環(huán)拓撲中，因為會檢測輸出波形并將其反饋至放大器的輸入端，所以能夠在輸出端檢測到電源的偏離情況，并通過控制環(huán)路對輸出進行校正。閉環(huán)設計的優(yōu)勢是以可能出現的穩(wěn)定性問題為代價的，這也是所有反饋系統(tǒng)共同面臨的問題。因此必須精心設計控制環(huán)路并進行補償，確保在任何工作條件下都能保持穩(wěn)定。
典型的D類放大器采用具有噪聲整形功能的反饋環(huán)路，可極大地降低由脈寬調制器、輸出級以及電源電壓偏離的非線性所引入的帶內噪聲。這種拓撲與用在∑-△調制器中的噪聲整形類似。為闡明噪聲整形功能，圖1給出了為現代D類放大反饋補償回路以傳遞函數形式表達的示意圖，即一個1階噪聲整形器的簡化框圖。反饋網絡通常包含一個電阻分壓網絡，但為簡便起見，圖1的反饋比例為1。由于理想積分器的增益與頻率成反比，圖中積分器的傳遞函數也被簡化為1／s。同時假定PWM模塊具有單位增益，并且在控制環(huán)路中具有零相位偏移。使用基本的控制模塊分析方法，可得到以下輸出表達式：
由等式1可知，噪聲項En（s）與一個高通濾波器函數（噪聲傳遞函數）相乘，而輸入項VIN（s）與一個低通濾波器函數（信號傳遞函數）相乘。噪聲傳遞函數的高通濾波器對D類放大器的噪聲進行整形。如果輸出濾波器的截止頻率選取得當，大部分噪聲會被推至帶外（見圖1右上角坐標糸統(tǒng)）。上述例子使用的是1階噪聲整形器，而多數現代D類放大器采用高階噪聲整形拓撲，以便進一步優(yōu)化線性度和電源抑制特性。
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