Switching frequency tuned class-D amplifiers

Abstract

Anahtarlamalı yükselteçlerin en önemli zayıflığı, filtrelemeye rağmen yük üzerinde kalmış olan dalgacık (ripple) gerilimidir. Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) işaretini oluşturan bileşenlerin genlikleri kuramsal yoldan ve simulasyon sonuçları ile incelenerek modülasyon derinliğinin her değeri için en yüksek genlikli bileşenin yine anahtarlama frekanslı temel bileşen olduğu gösterilmiştir. Anahtarlama frekansındaki bu bileşenin çok etkin bir şekilde zayıflatılması için çentik karekteristiğinde bir filtre önerilmiştir. Önerilen filtrenin karekteristiği yine kuramsal, simulasyon ve ölçümler ile irdelenmiştir._x000B_Önerilen filtrenin zayıflatma karekteristiğinin çentik frekansı etrafında çok keskin bir eğri olmasından dolayı yükseltecin anahtarlama frekansının çok doğru bir biçimde çentik frekansına eşit olması gerekir. Aksi takdirde filtre başarımı ortaya konmamış olacaktır. Bu neden ile analog bir kontrol devresi tasarlanmıştır. Tasarlanan frekans kontrol devresi filtre giriş ve ara düğümündeki anahtarlama frekansındaki bileşenlerin fazlarını karşılaştırarak anahtarlama frekansını çentik frekansına eşit olacak şekilde bir gerilim üretir. Bu gerilim de DGM üreten yonganın anahtarlama frekansını belirleyen ayağına seri bir direnç üzerinden bağlanmıştır. Gerçeklenen prototipler ve simulasyon sonuçlarından yöntemin başarımı irdelenmiştir. Karşılaştırma amacı ile çentik filtre içindeki elemanların değerleri değiştirilmeden filtre, anahtarlamalı yükselteçler için LC filtresi olarak bilinen topolojiye dönüştürülmüştür. Daha sonra bu iki filtrenin karşılaştırılması deneysel ve simulasyon sonuçlarından faydalanarak yapılmıştır The most important weakness of the switched-amplifiers is the residual ripple voltage on the load that remains in spite of filtering. It has been shown by examining the theoretical analysis and simulation results of the amplitudes of components comprising the Pulse Width Modulation(PWM) signal that the component having the highest amplitude is again the main component with the switching frequency for each value of modulation depth. A notch filter is proposed to suppress this component very effectively at the switching frequency. The characteristic of the filter is studied with theoretical, simulation and experimental results._x000B_Switching frequency of the amplifier should trace notch frequency very precisely since the attenuation characteristic of the proposed filter is a sharp curve around the notch frequency. Otherwise, the filter performance would not be put forward. Because of this reason, an analog control circuit has been designed. Designed frequency control circuit generates a voltage that makes equal the switching frequency to the notch frequency by comparing the phases of the components of filter input and middle node voltages at the switching frequency. This voltage is connected to the leg of the chip that generates PWM signal determining the switching frequency through a series resistor. The performance of the method is studied with realized prototypes and simulation results. For the purpose of comparison, the filter has been transformed into the topology that is known as LC filter for switching amplifiers without changing the component values in the notch filter. Then the comparison of these two filters has been made with the help of experimental and simulation results