Journal of Yanbian University (Natural Science )Vol.34No.1Mar.2008
收稿日期:2007206217
作者简介:崔春淑(1967—
),女(朝鲜族),副教授,研究方向为智能开关技术及智能变换.文章编号:100424353(2008)0120058204
基于互补驱动方式的音频开关功率放大器设计
崔春淑, 金永镐, 金山海
(延边大学工学院电子信息工程系,吉林延吉133002)
摘要:提出一种基于互补驱动方式的音频开关功率放大器设计方法,该放大器采用通用的PWM 发生器芯片
SG3525,后级功率驱动采用独特的MOSFET 互补方式,输出部分用2个电容采用半桥式接法,可工作在24～60V 电压范围,具有电路简单、工作稳定、高性能价格比特点,因此可广泛应用在频响要求低于10k Hz 的工
业用报警器产品中.
关键词:互补驱动;SG3525;音频开关功率放大器;高性能价格比中图分类号:TN 722.1/77 文献标识码:A
Design of Audio Switching Pow er Amplif ier B ased on the Complemental Driving Mode
CU I Chun 2shu , J IN Y ong 2gao , J IN Shan 2hai
(De partment of Elect ronic I nf ormation Engineering ,College of Engineering ,
Yanbian Universit y ,Yanj i 133002,China )
Abstract :A method to design the audio switching power amplifier based on the complemental driving mode is presented.The amplifier adopts universal PWM generator SG3525,its backward stage power driving uses a unique way of MOSFET complementarity ,and its output uses two capacitances to build up a half 2bridge circuit.The amplifier can work in the range of 24～60V voltage ,with the characteristic of the circuit simpleness ,steady working state and high cost performance.Thus ,it can be widely applied to the industrial annunciator which requires less than 10k Hz frequency response.
K ey w ords :complemental driving ;SG3525;audio switching power amplifier ;high cost performance
0 引言
随着高速大功率MOSFET 的生产技术的迅速发展,MOSFET 的工作频率越来越高,驱动方式更加稳定,价格越来越低廉,因此近年来各种方式的音频开关功率放大器,广泛应用在各种家电和工业用警报器中[1].与线性功率放大器相比,开关功率放大器虽然电路较复杂,但效率高又可减少(或者不用)大体积的散热片[122].
现有的集成开关功率放大器,如:M P 7720在最大电压24V 的单电源下工作时可输出20W 的功率;TDA7481的工作电压为±25V 的双电压,最大
可输出功率为18W;ST A 510在最大电压60V 的单电源下工作,最大可输出功率为100W.这些芯片输出级采用2个或4个N 沟道MOSFET ,因此内部驱动电路较为复杂[3],而且价格昂贵,很难在一般的通用报警器产品上使用,大多数只是在专业音响器材中使用.
本文电路采用的SG3525是通用的PWM 发生器,通常使用在半桥式开关电源中,工作频率和工作电压高,具有软启动功能,且价格低廉[4].本设计中后级功率驱动采用独特的MOSFET 互补方式,输出部分用2个电容采用半桥式接法,因此电路简单、工作稳定、性能价格比高,可广泛应用
第1期崔春淑,等:基于互补驱动方式的音频开关功率放大器设计
在频响要求低于10k Hz 、输出功率为15～50W 的工业用报警器产品中,可提高产品的竞争力.
1 SG3525芯片的主要特性
SG3525由16脚DIP 封装,工作电压为8～35V ,最高工作频率为400k Hz ,内部有误差放
大器、PWM 发生器、2路输出驱动器,并具有软驱动、可关断、死区时间可外部调节等功能
[526]
.
使用SG3525构成半桥式开关电源时,输出A 和输出B 单独控制外接的功率管,而用在音频
开关功率放大器时,2个输出必须合并,通过电平变换和驱动器之后分别驱动N 沟道MOSFET 和
P 沟道MOSFET.
2 SG3525组成的互补驱动的音频开关功
率放大器
2.1 电路的组成
SG3525组成的音频开关功率放大器框图如
图1所示.其主要由信号幅度限幅器、SG3525组成的PWM 发生器、电平变换、上下驱动器、2个MOSFET 、L C 滤波器、半桥式电容等部分组成.
具体电路如图2所示
.
图1 SG3525
组成的音频开关功率放大器框图
图2 SG3525组成的音频开关功率放大器电路图
2.2 工作原理
本放大器的载波工作频率可设定在40～100k Hz ,载波频率低则频带窄,但开关损耗小;载
波频率高则频带宽,但开关损耗较大.本电路中
R 4=20k
Ω,C 20=1000P ,则载波频率约为72kHz.电路的关键是:2个互补的MOSFET 如可在高频开关时避免发生同时导通的现象,使放大器正常工作.
2.2.1 限幅电路的工作原理 由R6、C17、D10、D11、R16组成自动限幅电路.由于音频的动态范
围较大,如不输入信号范围必然会超出锯齿
波的比较幅度范围而引起较大的失真.SG3525的锯齿波变化范围是3V ,如图3所示.R7和R2的比值为2,则误差放大器的放大倍数为2,因此输入信号幅度应在1.5V 以内,即±0.75V.二极管的正向压降为0.5V ,且具有非线性特性,因此当正半周时D10工作和负半周时D11工作时,调节R16就可得不同的压缩比,使C 点和D 点之间的电压小于±0.75V.
2.2.2 PWM 发生器工作原理 SG3525的比较器
比较误差放大器的输出和锯齿波的幅度后输出脉冲.锯齿波的最大值为3.76V ,最小值为0.76V.为
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延边大学学报(自然科学版)第34卷
了在无信号时输出占空比为50%的脉冲,并考虑到最小宽度脉冲输出,误差放大器的同相端输入电压设定在2V 左右.产生的PWM 信号通过内部驱动器分别在OU T 2A 和OU T 2B 引脚上分时输出.为了构成音频功率放大器,这2个信号必须合并.图2中OU T 2A 和OU T 2B 接地,通过内部集电极开路的2个三极管合并后信号在VC 引脚上反相输出,经Q5和D8驱动后输出到电平转换部分.各点的输出波形如图3所示
.
图3 SG3525的各点输出波形
输入信号最小和最大时PWM 输出波形如图4所示.图中最大脉冲宽度为14μs ,最小低电平
脉冲宽度为1.36μs ,最小高电平脉冲宽度为0.56μs ,因此可变化的脉冲宽度为T =14-1.36-0.56=12.08μ
s.
图4 输入电压为最小和最大时PWM 输出波形
2.2.3 电平变换及驱动电路工作原理 P 沟道MOSFET 采用IRF9540,最大工作电压为100V ,
电流为18A ,GS 电压为5～15V 时饱和导通;N 沟道MOSFET 采用IRF 540,最大工作电压为100V ,电流为27A ,GS 电压为5～15V 时饱和
导通;驱动管Q3为C 8050,Q7为C 8550,两管的最大工作电压均为30V ,电流均为1A ,B E 结反向导通电压均约为12V.
图5为驱动原理图.当A 点的电压大于V H
时,通过稳压管D9和Q7的PN 结(反向偏置)
QL (IRF 540)导通;当A 点的电压小于V H 时,Q7迅速正向导通、QL 截止;当A 点的电压小于
V L 时,通过稳压管D7和Q3的PN 结(反向偏
置)Q H (IRF9540)导通,由于电压从V H 改变为
V L 时有时间差,因此避免了脉冲上升和下降时两
管同时导通.从图2中可知,Q H 或QL 导通应满足:15>V GS =V C -V D -BV BE >5.式中V GS 为MOSFET 的栅级和源级之间的电压,V C 为电源
电压,V D 为图2中稳压管D7和D9的稳压值(一般两管一样),BV BE
为C8050或C8550的反向电
压
.
图5 互补型MOSFET 驱动原理波形图
图6为实际测量的互补性MOSFET 工作时的驱动波形图,不导通区时间为100
～300ns.
图6 实测的互补性MOSFET 驱动波形图
2.2.4 输出级工作原理 输出级由Q H 、QL 两
个MOSFET 和L3、C8、C5、C7组成,输出信号通过L3、C8进行高频滤波.通常低频耦合电容只用1个,但本电路中采用C5和C7两个,并采用半桥
式接法.这种接法的优点是两个电容既是低频信号的耦合通路(此时容量为C5、C7的并联值),同时又对电源起滤波作用(此时容量为C5、C7的串联值).2.3 实验结果
表1中列出了工作电压为35V ,工作频率为72k Hz 时,采用不同稳压二极管时的静态工作电
流.实验结果表明:0V 和5V 时由于两个导通点
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的距离太近,交叉同时导通的部分较多,因此电流较大;而20V和24V时由于两个场效应管的控制极获得的电压不足以饱和,因此虽然电流较小,但加上负载后严重发热.从表1中可知工作电压为35V时,稳压管的选取范围是8～15V.
表1 采用不同稳压二极管时的静态工作电流
序号12345678
稳压管稳压值/V057.58.210152024静态电流/mA324151454239250
V GS/V231815.514.81383-1饱和状态饱和饱和饱和饱和饱和饱和欠饱和不饱和
3 结论
实验结果表明:用SG3525作为PWM调制器的采用互补方式驱动的音频功率放大器,驱动波形好,效率高,使用方便灵活,而且具有较高的调制特性和线性度,有效地避免了功率管“直通现象”,效率大于90%,带宽可达8k Hz且价格低廉,完全能够满足工业用报警器的要求.主管试听效果与TDA7481相比,无多大差别.如果工作电压提高到35V以上,只要SG3525的供电电压和功率级分开供电,并选择相应的稳压管即可.参考文献:
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(上接第46页)
图5 牛蒡主成分牛蒡子甙(1)、牛蒡子甙元(2)和小根
蒜主成分蒜氨酸(3)的分子结构
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