УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ КЛАССА D НА IRS2092

    IRS2092 интегральная микросхема усиителя мощности с встроенным драйвером верхнего и нижнего плечей, позволяет реализовать высококачественный усилитель с минимальным количеством внешних элементов. Имеет защиту от перегрузки, изменяемое "мертвое время", может работать от внутреннего генератора или же синхронизируется с внешним генератором. Напряжение питания может достигать ±100 вольт, что позволяет в типовом включении на нагрузке 8 Ω развитьдо 500 Вт выходной мощности.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЯ НА БАЗЕ IRS2092
МАКСИМАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ	±100 В
МАКСИМАЛЬНЫЙ ТОК ДРАЙВЕРА	ON       1 А OFF     1,2 А
DEADTIME	25/40/65/105 nS
ВРЕМЯ РЕАКЦИИ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ	500 nS
ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ НА ВЫХОДЕ	МЕНЬШЕ 20 мВ
МАКСИМАЛЬНАЯ ЧАСТОТА ШИМ	800 кГц
КОФ УСИЛЕНИЯ БЕЗ ООС	БОЛЕЕ 60 дБ
THD НА НАГРУЗКЕ 4 Ω, ВЫХ МОЩНОСТИ 50 Вт, 1 кГц	0,01%
УРОВЕНЬ ШУМА	200 мкВ

ТИПОВАЯ СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ IRS2092

Рисунок 1. Типовая схема включения IRS2092

    IRS2092 - это высоковольтный высокопроизводительный драйвер звукового усилителя класса D с ШИМ-модулятором и защитой. В сочетании с двумя внешними полевыми МОП-транзисторами и несколькими внешними компонентами можно реализовать полный аудиоусилитель класса D с защитой.
    Запатентованная International Rectifier технология шумоизоляции позволяет размещать сильноточный каскад затвора и высокоскоростной малошумящий усилитель ошибки на одном небольшом кремниевом кристалле.
    Открытые элементы секции модулятора ШИМ позволяют гибкую реализацию топологии ШИМ.

Рисунок 2. Структурная схема микросхемы

    Входной усилитель ошибки IRS2092 (S) оснащен операционным усилителем тока (OTA), который разработан для получения оптимальных звуковых характеристик. OTA выводит токовый выход на вывод COMP, в отличие от выхода напряжения в операционном усилителе (OPA). Неинвертирующий вход внутренне связан с контактом GND.
    Инвертирующий вход имеет ограничивающие диоды на GND для улучшения восстановления после ограничения, а также для обеспечения стабильного запуска. Выход OTA COMP внутренне подключен к компаратору PWM, порог которого равен (VAA-VSS) / 2.
    Для стабильной работы OTA требуется компенсационный конденсатор Cc минимум 1 нФ.

Рисунок 3. Схема внутреннего генератора.

    ШИМ-модулятор IRS2092 (S) позволяет пользователю выбирать из множества способов. В этом разделе все объяснения основаны на типовой схеме применения автоколебательного ШИМ.
    Конструкция автоколебательного ШИМ-модулятора представляет собой автоколебательную схему ШИМ. Для лучшего качества звука выбрана интеграция 2-го порядка во внешнем интерфейсе.
    Частота автоколебаний определяется в основном следующими элементами на рисунке 3.
    Интегрирующие конденсаторы C1 и C2
    Интегрирующий резистор R1
    Задержка распространения в драйвере затвора Резистор обратной связи, RFB
    Рабочий цикл
    Частота автоколебаний мало влияет от напряжения на шине и входного сопротивления RIN. Обратите внимание на то, что природа автоколебательного PWM, частота переключения уменьшается по мере отклонения модуляции PWM от холостого хода.
    Выбор частоты переключения влечет за собой компромисс между многими аспектами.
    При более низкой частоте переключения КПД каскада полевого МОП-транзистора улучшается, но увеличивается ток пульсации индуктора. Утечка выходного носителя увеличивается.
    При более высокой частоте переключения эффективность снижается из-за потерь переключения, но может быть достигнута более широкая полоса пропускания. Пульсации индуктора уменьшаются, но потери в стали увеличиваются. Температура перехода IC драйвера затвора может быть препятствием для повышения частоты.
    По этим причинам для типичного примера конструкции выбрана частота 400 кГц, которую можно увидеть в эталонном дизайне IRAUDAMP5.

Выбор значения внешних компонентов

    Рекомендуемые значения компонентов для заданной целевой частоты автоколебаний см. в таблице. Выход OTA имеет ограниченное соответствие напряжения и тока. Эти наборы значений компонентов должны гарантировать, что OTA работает в своей линейной области, чтобы можно было достичь оптимальных характеристик THD + N. Если целевая частота находится где-то между частотами, перечисленными в таблице 1, при необходимости отрегулируйте частоту, настроив R1.    

Частота модуляции, кГц	С1 = С2, нФ	R1, Ом
500	2,2	200
450	2,2	165
400	2,2	141
350	2,2	124
300	2,2	115
250	2,2	102
200	4,7	41,2
150	10	20
100	10	14
70	22	4,42

IRFB4212, Vbus=+/-35V, DT=25ns, RFB=47k

ВНЕШНЯЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ IRS2092

    В типовой схеме контура управления ШИМ частота автоколебаний может быть синхронизирована с внешними генератором через набор резистора и конденсатора. Внешний генератор вводит периодические пульсирующие заряды в интегратор, заставляя колебания синхронизироваться с внешней тактовой частотой. Типичная установка с 5Vp-p 50% рабочий тактовый сигнал использует RCK = 22к и CCK = 33 пФ на рис. 4.
    Чтобы максимизировать качество звука, собственная рабочая частота частота должна быть на 20-30% выше, чем внешняя тактовая частота.

Рисунок 4. Внешняя синхронизация ШИМ

    На рисунке 5 показано, как частота автоколебаний синхронизируется с внешней тактовой частотой.

Рисунок 5. Типичный диапазон привязки к внешнему генератору.

Устранение шума

    IRS2092 (S) имеет уникальную функцию, которая сводит к минимуму слышимый щелчок при включении и выключении. Когда CSD находится между Vth1 и Vth2 во время запуска, внутренний замкнутый контур вокруг OTA обеспечивает колебание, которое генерирует напряжения на COMP и IN-, приводя их к значениям устойчивого состояния. Он работает на частоте около 1 МГц, независимо от колебаний переключения.
    В результате все емкостные компоненты, подключенные к контактам COMP и IN, такие как C1, C2, C3 и Cc на Рисунке 5, предварительно заряжаются до своих значений в установившемся состоянии во время последовательности запуска. Это позволяет мгновенно установить режим ШИМ. Чтобы использовать функцию уменьшения шума щелчков, должны быть выполнены следующие условия.
    1. Вывод CSD имеет достаточно медленное нарастание от Vth1 до Vth2, так что напряжения на конденсаторах могут стабилизироваться до своих целевых значений.
    2. Перед запуском колебаний блок питания верхнего плеча должен быть заряжен.
    3. Аудиовход должен быть нулевым. Чтобы внутренний локальный контур подавлял внешнюю обратную связь во время периода запуска, смещение постоянного тока на выходе динамика перед разблокировкой должно удовлетворять следующему условию.
        DCoffset < 30 µ А x PFB

Напряжение CSD и режим работы OTA

    Вывод CSD определяет рабочий режим IRS2092 (S). OTA имеет три режима работы; отключение, локальные колебания и нормальная работа, в то время как секция драйвера затвора имеет два режима; нормальный и отключение напряжением CSD.
    Когда VCSD < Vth2, IC находится в режиме отключения и отключен OTA.
    Когда Vth2 < VCSD < Vth1, выходы HO и LO все еще находятся в режиме отключения. OTA активирован и запускает локальные колебания, которые предварительно смещают все емкостные компоненты в усилителе ошибки.
    Когда VCSD > Vth1, выключение отключается и начинается работа ШИМ.

Рисунок 6. Напряжение CSD и режим работы OTA

Автоколебательные условия запуска

    IRS2092 (S) требует выполнения следующих условий для запуска ШИМ-колебаний в типовой схеме приложения.
        - Все источники питания управления, VAA, VSS, VCC и VBS превышают пороговые значения блокировки при пониженном напряжении.
        - Напряжение на выводе CSD превышает пороговое значение Vth1.
        - iIN < iFB

Где         iIN =	VIN	,	iFB =	V+B
	RIN			RFB

    Обратите внимание, что это условие ограничивает максимальное входное аудио напряжение, подаваемое на R1. Если это условие превышено, усилитель прекращает колебания во время работы. Это позволяет получить индекс модуляции 100%; тем не менее, следует позаботиться о том, чтобы плавающий источник питания на стороне высокого напряжения не ослабевал из-за отсутствия состояния включения импульса на стороне низкого уровня.

Выбор MOSFET

    Существует несколько ограничений на размер полевого МОП-транзистора, который можно комбинировать с IRS2092 (S).
    1. Рассеивание мощности. Рассеивание мощности от каскада драйвера затвора в IRS2092 (S) пропорционально частоте переключения и заряду затвора полевого МОП-транзистора. Чем выше частота переключения, тем меньше заряда затвора, который можно использовать. Подробные сведения см. В разделе «Оценка температуры перехода» далее в этом документе.
    2. Скорость переключения. Внутренняя защита от перегрузки по току имеет определенное временное окно для измерения выходного тока. Если переключение длится слишком долго, внутренняя схема OCP начинает отслеживать напряжение на полевом МОП-транзисторе, что вызывает ложное срабатывание OCP. Рекомендуется менее 40 nC заряда затвора на каждый выход.
    IRS2092 (S) вмещает ряд полевых МОП-транзисторов цифрового звука с ИК-диапазоном, обеспечивая масштабируемую конструкцию для различных уровней выходной мощности. Для получения дополнительной информации о разделе MOSFET обратитесь к AN-1070, Связь характеристик усилителя класса D с параметрами MOSFET.

Защита от перегрузки по току (OCP)

    IRS2092 (S) имеет защиту от перегрузки по току для защиты силовых полевых МОП-
транзисторов в условиях ненормальной нагрузки. IRS2092 (S) запускает последовательность
событий, когда он обнаруживает состояние перегрузки по току во время включения импульса
на стороне высокого или низкого уровня. Как только чувствительный блок верхней или
нижней стороны обнаружит превышение тока:
    1. OC Latch (OCL) переворачивает логические состояния и отключает выходы LO и HO.
    2. Вывод CSD начинает разряжать внешний конденсатор Ct.
    3. Когда VCSD, напряжение на Ct падает ниже нижнего порога Vth2, выходной сигнал от
    COMP2 сбрасывает OCL.
    4. Контакт CSD начинает заряжать внешний конденсатор Ct.
    5. Когда VCSD поднимается выше верхнего порога Vth1, логика на COMP1 переворачивается и IC возобновляет работу.
    Пока существует состояние перегрузки по току, ИС будет повторять последовательность защиты от перегрузки по току с частотой повторения, зависящей от емкости на выводе CSD.

Рисунок 7. Принцип работы защиты по току

Рисунок 8. Функциональная блок-схема выключения

    Блок управления внутренней защитой определяет режим работы, нормальный или отключение, используя вход контакта CSD. В режиме отключения микросхема вынуждает LO и HO выдавать 0 В относительно COM и VS соответственно, чтобы отключить силовые МОП- транзисторы.
Вывод CSD обеспечивает пять функций.
    1. Таймер задержки включения
    2. Таймер автосброса
    3. Отключение входа
    4. Защелкивающаяся конфигурация защиты
    5. Выход состояния отключения (хост I / F)
    Контакт CSD не может быть параллелен с другим IRS2092 (S).
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

НЕ НАШЕЛ, ЧТО ИСКАЛ? ПОГУГЛИ:

СТРОКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ПОИСКА