D級アンプとスイッチング電源の電流モード制御

D級アンプとスイッチング電源の電流モード制御の関係をまとめておきます。

こちらの資料が参考になります。

スイッチング電源の電流モード制御

Switching Power Supply Current Measurements

まず、ハーフブリッジのD級アンプは降圧コンバータと同じアーキテクチャになります。

降圧コンバータのアーキテクチャ

具体的には、2のスイッチングノードから電圧モードの制御を3のLPFの出力ノードから電流モードの制御をそれぞれかけます。

平均電流モード制御のブロック図

自励式のD級オーディオパワーアンプに適用する場合、電流モードの制御としては平均電流モードで、電流検出アンプからのフィードバックと分圧抵抗からのフィードバックをスイッチングノードと出力のグランドの違いなどを考慮して積分回路とコンパレータの間にPI制御ループを構成する必要があります。

またオーディオパワーアンプの場合、負荷がスピーカーなのでLPFの周波数特性がスピーカーのインピーダンスの影響を受けますが、LPFの出力電流と電圧をフィードバックすることで制御できます。また、電流検出による短絡保護も実現できます。

D級アンプとCTSD ADC

D級アンプとCTSD ADC(連続時間型ΣΔADコンバータ)の関係をまとめておきます。

こちらの資料が参考になります。

連続時間型のΣΔ ADC により、データ・アクイジション用のシグナル・チェーンを簡素化

高い精度を実現する連続時間型のΣΔ ADC【Part 1】高精度のADCを含むシグナル・チェーンの設計時間を短縮する

高い精度を実現する連続時間型のΣΔ ADC【Part 2】シグナル・チェーンの設計者がCTSDについて理解しておくべきこと

高い精度を実現する連続時間型のΣΔ ADC【Part 3】エイリアス除去の能力を備える固有のアーキテクチャ

高い精度を実現する連続時間型のΣΔ ADC【Part 4】駆動が容易な信号入力部とリファレンス入力部、シグナル・チェーンの簡素化が可能に

高い精度を実現する連続時間型のΣΔ ADC【Part 5】 非同期サンプル・レート変換によるデジタル・データ・インターフェースの簡素化

AN-283 シグマ・デルタ ADC/DAC の原理

AN-3977 D級アンプ:基本動作と開発動向

まず、アナログ回路による自励式D級アンプのコンポーネントとデジタル回路によるADCのコンポーネントとの対応関係を整理します。

1次ΣΔADC

CLOCKと1BIT DACに相当するのは、自励式の場合スイッチングノードの方形波になります。

サミングポイントに相当するのは、積分回路を構成するオペアンプの反転入力になります。

デジタルフィルターとデシメータに相当するのは、D級アンプ出力のLCフィルターになります。

アナログD級アンプの場合、量子化ノイズの影響はシングルビット相当になります。

またオペアンプによるアナログ積分回路の場合、1次もしくは2次のCRフィルター(量子化ノイズに対するハイパスフィルター)で構成できます。

オーディオ信号(20-20kHz, +-1.5V程度)の積分回路に用いるオペアンプの仕様としては、FET入力、オープンループゲインが120dB以上、GB積が10MHz程度、スルーレートが20V/us程度のものが扱いやすいです。なぜなら、800KHz程度の方形波を入力して三角波に変換する形で利用するからです。電源電圧(+-5V程度)によっては、コモンモード入力電圧範囲が狭いと使えない場合があります。