《CLASS_D_电压电流波形》.pdf

Class-D 電壓、電壓 、電流波形電流波形 電壓電壓 、、電流波形電流波形 分類：Class-D 2008/04/10 09:05 在此只描述 Topology 不提詳細控制方法。 在解釋 Class-D 動作之前，先要定義電感電流方向，電路圖向右的電流為 B-H Loop 的 Y 軸原點右方，Y 軸為安培定律。本文波形除最後一張外，量測點如 Fi g.1 所示。 在無信號輸入時，Class-D 的 Duty Cycle 接近 50% （扣掉Dead Time ），Fig. 2 的電流路徑大概沒有人會有疑問（470uF 與 8ohm 電流省略），Top-Side M OSFET 從 ON 轉 OFF ，至Bottom-Side MOSFET 由 OFF 轉 ON 這段極短的時 間稱 Dead Time ，在Dead Time 這段時間，整個 Topology 的動作是很有趣的。 Fig.2 ，Top-Side MOSFET 導通時，電感電流向右對 0.68uF 電容充電，電流在 B-H Loop 的第一象限某處。電感是電流必需連續的東西（電流不可能由某一點 瞬間跳到另一點） ，在Fig.3 兩 MOSFET 都截止時，電感電流要從 B-H Loop 的第一象現回到 Y 軸的零點，此時兩 MOSFET 的 Crss 提供電流路徑，因 Crss 的容量不是很大（太大會增加 Switching Loss ），很快的Top-Side MOSFET 的 Crss 就被充完電，而 Bottom-Side MOSFET 的 Crss 被放完電，然後進入 F ig.4 由 Bottom-Side MOSFET 的 Body Diode 提供電流路徑，此處有兩件事值 得玩味： Bottom-Side MOSFET 在很小的 Vds 導通，很接近 Zero-Voltage Switching 。 再者，MOSFET 導通時 Vds 電壓小於 Body Diode 的順向壓降，所以 Switchin g Node 由一邊跑到另一邊時，會在另一邊長一個『角』，這個角確認兩 MOSF ET 不會同時導通！（這裏說的一個邊是 Vcc 另一個是 GND ） Bottom-Side MOSFET 導通後，向右的電感電流不會立即轉向，一定要等 B-H Loop 回到 Br ，電流才會開始轉向（雖然B-H Loop 向左跑，在還沒回到原點前， 電感電流都是向右） Bottom-Side MOSFET 從 ON 轉 OFF ，至Top-Side MOSFET 由 OFF 轉 ON 的情況亦同。 這張是無輸入/輸出時的波形，驗證一下 di / dt = V / L 這個公式： 周期為 1/594,300=1.6826uS dt=1.6826uS/2=0.8413uS V=20.4/2=10.2V L=15uH 將上述數據代入公式得到 di= 572m A 572/613=93.3% 誤差 6.7%在一般電感誤差的 15%內 這張用來體驗一下電感電流如何變化，輸入/輸出頻率太低不易看出 Switching Node 對應電感電流的關係，這是一個 Gain=-5 的反相放大。 這張圖夠漂亮！ Class-D 能提供瞬間大電流嗎？電感是電流必需連續的東西，電流不可能由某一 點瞬間跳到另一點！ 還是用 di / dt = V / L 這個公式來解讀一個現象：V = Vcc - Vo ，在一個方波 的 Rising 或 Falling Edge ，開始時Vcc – Vo 電壓值高，所以單位時間內電流 上升的速度快 di / dt ；但是當輸出電壓升高時，Vcc – Vo 電壓值降低，致此刻 di / dt 下降。 好，問題來了，想要速度快、不拖泥帶水的兩個方法：增加 Vcc 或降低 L ，但是 這兩個方法都會增加 di ，在無信號時，會有較大的Noise ！所以，Class-D 的 R esponse 與 Noise 是一個翹翹板，永遠無法兩全！ 這是【單端】的 Class-D ，就像OTL 輸出需要一個大電容，電容上要有電源電 壓一半的直流偏壓，在開機時，會提供一個小電流先對輸出電容充電，等電容充 電到電源電壓一半後，才會啟動