D級GaN MOSFETアンプの積分器の調整

D級GaN MOSFETアンプの積分器の設計方法をまとめておきます。

まず、Application Note AN-1138　IRS2092(S) Functional Description

から自励発振周波数に関する部分を引用します。

Self-Oscillating Frequency

Self oscillating frequency is determined mainly
by the following items in Figure 2.
· Integration capacitors, C1 and C2
· Integration resistor, R1
· Propagation delay in the gate driver
· Feedback resistor, RFB
· Duty cycle
Self oscillating frequency has little influences
from bus voltage and input resistance RIN.
Note that as is the nature of a self-oscillating
PWM, the switching frequency decreases as
PWM modulation deviates from idling.

これによると、自励発振周波数は、

積分器(LT1363）のCR定数だけでなく、

ゲートドライバ(IR2110)のプロパゲーションディレイ(最大150ns程度)と

フィードバック抵抗（入力抵抗との比率でゲインが決まる）

にも依存します。

また、デューティサイクルに応じて

自励発振周波数がPWMの変調に応じて

アイドル時から大きく変わるのは、

自励発振式D級アンプの特徴です。

 

実際の積分器は理想積分器ではないので、

+-5V電源でのLT1363のアウトプットスイング(+-3.4V）が制約になります。

LT1016のコモンモードレンジ(-3.75V~+3.5V)は越えない範囲です。

 

これらの条件を考慮して、

最大入力（最大出力）でも積分器の出力が

アウトプットスイングの範囲に収まるように定数を決定しました。

 

実際の回路図はこちらです。

LTspiceによる過渡応答（20KHz, 1V正弦波入力）はこちらです。

青が積分器(LT1363)の出力でコンパレータ(LT1016)をドライブしています。

緑は積分器の入力です。

赤はD級アンプの出力です。

 

アイドル時の積分器の振幅は+-2.2Vで、

入力に応じてアウトプットスイング(+-3.4V)の範囲を移動することがわかります。

理想的には三角波ですが、

アウトプットスイングが壁になる形で、

波形が歪むことがわかります。

 

シミュレーションでのアイドル時の自励発振周波数は895kHzで、

左右のチャネルでビートを回避するために、

もう一方は積分抵抗を1.2kΩ(933kHz)としています。

 

試作機のアイドル時の自励発振周波数の実測値は

710kHz(1kΩ), 718kHz(1.2kΩ）となっていますが、

電源の干渉によるビートは発生しないようです。