PWM型D类音频功率放大器的设计

图5 比较器电路图

　　2.3 内部振荡电路

　　本文采用的三角波产生电路结构如图6 所示，其中m5、m6 和m7、m8 构成了两组恒流源，m9~m13 和Q1 构成了输出级。在电路中，采用将输出信号V_T 分别反馈到比较器comp1 和comp2,与参考电平V_REF1 和V_REF2（V_REF2<V_REF1）进行比较，并通过一组数字电路产生两路反向的时钟信号clk 与clk0,来控制m2 和m3 的开启和关断，从而达到对电容C 进行充放电，产生三角波信号V_T 的目的。

图6 三角波产生电路

　　由图6 可知，V_T 初始电压值为零，电路上电时，由于0<V_REF2<V_REF1,此时比较器comp1 输出为高电平，比较器comp2 输出为低电平，使得时钟信号clk为低电平、clk0 为高电平，m1、m3 导通，m2、m4 关断，电源通过m3、m5、m6 向电容C 充电，V_T 上升，当V_T=V_REF2 时，clk 仍为低电平、clk0 仍为高电平不变，VT 电位继续上升，直到VT=VREF1 时，clk 变为高电平，clk0 变为低电平，m2、m4 开启，m1、m3 截止，电容C 通过m2、m7、m8 向地放电，V_T 下降，当VT=V_REF3 时，时钟信号clk 再次变为低电平，clk0 变为高电平，重新开始对电容C 充电，如此循环便产生了三角波信号V_T,其幅值为V_REF1- V_REF2,频率由电容C的取值和充放电的电流大小决定。

　　2.4 全桥开关电路

　　输出级采用N、P 型功率开关对管组成的全桥开关电路实现，其结构及负载电流流向如图7 所示。

图7 全桥电路结构及负载电流示意图

　　全桥开关电路工作在开关模式，随着输入信号的改变，m1~m4 的状态随之转换，始终只有对角一对功率开关管导通，另一对截止。

　　2.5 驱动电路

　　驱动电路结构如图8 所示，该电路能有效调节死区时间（N 型、P 型功率开关管同时关断），防止单臂"shoot- through"现象，并有保护关断功能。输入信号为比较器输出的PWM 脉冲信号，PWM1用来驱动N 型功率开关管，PWM2 用来驱动P 型功率开关管。为了避免全桥开关电路中的单臂"shoot- through"现象，当PWM 信号从低电平变为高电平时，PWM2 应首先变为高电平， 关断PMOS 功率开关管，随后PWM1 再变为高电平，开启NMOS 功率开关管，如图9 所示；反之，当PWM 信号从高变为低时，PWM1 先变为低电平，关断NMOS 开关功率管，随后PWM2 再变为低电平，开启PMOS 开关功率管。实际电路中，可以根据需要通过控制延迟单元的控制位Tc 来调整死区时间的长短。为减小失真，必须减小死区时间，该驱动电路采用了逐级增加驱动能力的方式来驱动功率管，从而减小了必要的死区时间，保证了低失真度。

图8 驱动电路结构

图9 死区时间

　　EN 是控制模块的使能信号，正常工作为高电平；当出现过流、过温等情况时，则变为低电平，关断全桥功率开关电路。

　　2.6 基准电路

　　本文所设计的带隙电压基准源结构如图10 所示，主要由核心电路与启动电路两部分组成。

图10 基准电路

　　核心电路中M1~M12 一起构成共源共栅电流镜来提供直流偏置，运放op1 采用两级共源共栅放大。另外，在图10 电路中引入了负反馈，保证了该偏置电路电流镜的准确性，同时与电源无关，具有很高的电源抑制比。

　　电路上电时偏置电路可能会出现零电流的情况，需要启动电路保证电路能够正常工作。电路不工作时，EN、Vs1 为0,Vs2、Vs3 为1,M15、M17 不通，运放输出为高，M3~M6 也不通，整个电路不消耗电流。当EN 由0 变成1 时，由于C1 的作用，Vs1 保持为0,Vs2 为1,Vs3 变为0,此时M15、M17 导通，inp、inn 分别被拉到0、1,运放输出变为0,M3~M6 导通，M13、M14 支路开始有电流，并对C1 充电，直到Vs1 高过I2 阈值电压时，Vs2 变为0,Vs3 则变为1,M15、M17 关断。最终电路偏离零电流状态，开始正常工作，且Vs1 充至电源电压，整个启动电路不再消耗电流。

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