[发明专利]输出驱动器中的转换速率控制

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种开关模式的音频功率放大器，更具体地，涉及用于在开关模式电路和系统中的功率Vcc/地过冲/欠冲防止和转换速率控制的电路和方法。

背景技术

D类音频功率放大器是一种开关电路。因此，为了说明，选取D类音频功率放大器。市场上的多数音频功率放大器是基于AB类放大器。这种架构提供了非常好的总谐波失真加噪声(THD+N)性能，具有相当低的静态电流。然而，AB类推挽式放大器效率极低，并且仅可以实现大约60％的效率，这不仅导致了功率损失，而且还导致另外的庞大热沉施加到功率放大器。

D类放大器的一个主要优点在于效率，其可以达到90％以上。通过在功率晶体管处的完全信号摆幅来实现这种高效率。图1示出了典型的D类放大器电路1000，其包括脉宽调制器1010、上电平移位器1020、下电平移位器1030、驱动第一MOSFET开关M10的第一对互补晶体管M30和M40、驱动第二MOSFET开关M20的第二对互补晶体管M50和M60。

由于功率晶体管的晶体管尺寸较大，因此栅极寄生电容很大。在从功率晶体管到电源或电源地(power ground)的导线路径很长的情况下，源自这些导线的寄生电感很大。来自连接电源焊盘与电源管脚的焊线以及连接电源地焊盘与电源地管脚的焊线也很长，源自这些线的寄生电感也很大。这些寄生效应在图1中显示为CG10、CG20、L10和L20。在D类放大器电路1000的实际操作中，在重负载的情况下，大的电流正以互补的方式流经功率晶体管M10和M20。我们仅以L20作为示例。根据物理公式，已知可以将PGND与DGND两端的电压表示为：

V(PGND-DGND)=L20*didt]]>

在电路被施加重负载的情况下，大的开关电流正流经下功率晶体管M20。如果M20在十分短的时段内截止，则这种大的电流同样截止。根据以上公式，我们可以预测，在电源地处在所述短时段期间生成较大的负电压。例如，假设寄生电感L20为0.1nH，在1ns时段内截止10A电流，因此：

V(PGND-DGND)=0.1×10-9*-101×10-9=-1V]]>

这说明：由于电源地导线上的寄生电感，因此当大电流在下功率晶体管处快速截止时，在电源地处出现关于数字地的欠冲电压。图5A和图5B示出了与下功率晶体管的栅极电压的快速转换速率有关的电源地欠冲。

在电源地处的欠冲导致了噪声、整个D类放大器电路的不稳定性。甚至更糟糕的是，当电源地处的欠冲很大时，D类放大器倾向于锁闭。