MOSFET输出级的高频振荡分析

TDA-7294 · 发表于 2011-7-21 09:06

本帖最后由 TDA-7294 于 2011-7-21 09:10 编辑

好文章！做开关电源的基本都知道这个负阻。说白了就是用一个正电阻去抵消这个负电阻。

马工 · 发表于 2011-7-21 20:20

本帖最后由马工于 2011-7-21 20:36 编辑

我拿自己设计的4对2SK1058/2SJ162，采用双33V 3A实验电源试验。静态电流500mA（4对，总）栅极电阻分别为：

1. 300/200欧，不接任何茹贝尔网络，不自激；

2. 150/90欧，不接任何茹贝尔网络，自激4V Vpp 10~13MHz，电流约900mA，增加2200pF负载电容后，自激增大至6~7V Vpp，电流到1.3A，不断电添加10欧/0.047uF茹贝尔网络后不自激；

3. 100/50欧，自激，增加2200pF负载电容后，自激增大；不断电添加10欧/0.047uF茹贝尔网络后不自激，但用15欧的茹贝尔网络仍有残余振荡；

4. 56/50欧，自激，增加2200pF负载电容后，自激增大，这种情况下电路失控，有时会输出大的直流负压不可恢复；断电添加10欧/0.047uF茹贝尔网络后，重上电仍残余40mV左右振荡，用4.7欧的茹贝尔网络，仍无明显改善。

由于功率管输出到喇叭之间加入了线圈，以期以降低电缆等负载电容影响，试验用的2200pF负载电容直接接在了功率管输出电感之前（一开始的电路图）。实验表明，如果把这个负载电容接到电感后，这个电感起到了预料中的作用，没有影响到稳定性而增大振荡。
假负载用了一个8欧 100W水泥电阻，由于该电阻接在了电感之后，这个假负载也没有对稳定性造成大的影响，接不接这个负载，结果与上面相似。
再次证明，这颗隔离电感很有用！

试验继续...

echo998 · 发表于 2011-7-21 20:27

马工的文章是好文章

xlf0602 · 发表于 2011-7-21 20:39

因为不懂，所以要好好学习。

A_jian · 发表于 2011-7-21 21:16

本帖最后由 A_jian 于 2011-7-21 21:30 编辑

不错不错，支持楼主实验。这电阻影响高频，如果能有听感比较就更好了。

马工 · 发表于 2011-7-22 12:43

本帖最后由马工于 2011-7-22 12:44 编辑

要注意，茹贝尔网络的电阻很重要，最好是无感的。某次实验，用一种黑色的RS-2M DALE电阻，结果接上后虽振荡幅度变小了一半，但接上另一种同阻值的FP69就完全没有了。经查阅规格书，对一种是绕线的！第二种是金属膜的。
由于这个电阻需要一定的功率容量（如2W），而买电阻时，商家只会告诉你阻值、品牌和功率，很少会告诉你材质（有的甚至不负责任地全部统一叫做发烧金属膜电阻），选择的时候千万注意！
电容也要无感薄膜的。

马工 · 发表于 2011-7-22 12:47

放大器大环路自激，一般频率为几百KHz，而末级电流放大自激是属于局部振荡，频率高达几MHz，MOSFET甚至更高达十几MHz，因此一些针对稳定性而设计的阻容，一定注意无感。

广州流民 · 发表于 2011-7-22 13:03

好文章，受教了。

星波 · 发表于 2011-7-22 13:29

本帖最后由星波于 2011-7-22 14:17 编辑

如楼主一楼的图，茹贝尔网络在输出电感L1前面加入要比在输出电感L1后连接音箱的这端的好，这样简单理解正确吗？

马工 · 发表于 2011-7-22 13:32

回复 30# 星波

要按照图上的加，能让放大器在高频段有一定的阻性负载，而后面的电感为了隔离功放外面的容性影响。这样，放大器的工作状态就受控了。

马工 · 发表于 2011-7-22 14:33

本帖最后由马工于 2011-7-22 14:42 编辑

回复 30# 星波

不要移动，最好放在前面。否则放大器输出就没有一个理想的高频通路。
我发现有设计是放在后面的，我认为他当时的目的是想这个RC作为一个真正的茹贝尔网络低效扬声器负载变化的影响，其实真个参数对于该效应是微乎其微的。在音频频段要达到这个目的，需要uF级的电容，功率消耗巨大。
音箱分频器可能需要较平扬声器的阻抗特征，但对于定压式放大器到音箱，要求纯阻性的目的是什么？防止高频段负责的阻抗特性影响放大器的稳定性和可靠性！对于反电动势完全可以用其他方式吸收掉（靠放大器阻尼和钳位二极管），不要太指望这一点阻容能吸收多少能量（不大的高频尖峰），因此作为放大器消振作用才是本质目的。然而在音频范围内做，代价有点大也没有必要，因为放大器振荡都在几百K以上，我们只需在这个频率级别做文章即可而不需低到音频频段。这样保证末级管子在几百K以上都有一个相对稳定的阻性负载，并对于整个放大器环路带来一些相位裕度。就可以了。

星波 · 发表于 2011-7-22 14:43

明白了！谢谢热心的“马工”，再问问刚才29楼修改的楼主上图中的Cce=30P小容量电容是基于什么理论来选取得呢？用0.1U～1U/50V 的范围好些的吧（有些设计这个Cce用到1000UF又是基于什么目的呢）？Cce的PCb布局布线应该考虑靠近温度偏置管子位置以最短连线布局为佳的吧？望“马工”再逐一解说一下

zyaoping · 发表于 2011-7-22 14:56

好文章，支持一下

泪如雨滴 · 发表于 2011-7-22 16:47

好文，

学习并支持！

泪如雨滴 · 发表于 2011-7-22 16:48

支持支持支持

泪如雨滴 · 发表于 2011-7-22 16:53

谢谢

马工 · 发表于 2011-7-22 18:04

本帖最后由马工于 2011-7-22 18:28 编辑

回复 32# 星波

这是抄的NS的一个LM4702参考设计。
其实我好多年没有做个音频板子了，刚毕业的时候搞过，现在心血来潮玩一玩。我的工作性质决定很多设计必须要先经过理论分析来设计。对于音响电路，我也形成了这种习惯，仅是习惯，不代表水平，但说到经验，我肯定就大大不如论坛内的能人了。
对于图中的Cce=30P，我是不认同的，尤其是它仍然标记云母电容，而且其他地方有个Cc米勒电容也是30PF的云母电容，所以，我甚至怀疑这个电容是工程师拷贝过来的做个符号而没有考虑其取值。
我认为，这个取值要大一些，至少要达到MOSFET栅极电容的几倍也就是10nF以上，因为对于没有推挽结构的MOSFET栅极驱动（典型的是LME49830是专门对MOSFET的驱动，其他大多IC和爱好者设计的电路都不是），对于NMOS，栅极充电经过栅极电阻，但放电还要通过RP1才行，这样mosfet的充放电路径和驱动阻抗就不同了，放电变慢了，有一个较小阻抗的电容Cce存在，就能保证RP1仅作偏置，两端对MOSFET都有同样的驱动阻抗，放电可以经过这个电容去驱动。对于PMOS是同样的。
这个容量是否选大，要看两种电路结构。如果是电压级，也就是温补端，这个可以选大，偏置会更稳定。靠近管子更好些，因为他的原理类似并联式稳压电路（只是温控的而已）。但最好还是要有小容值无感的，保证降低两个MOSFET驱动的交流阻抗。
高阻抗的驱动源是可以短路的，低输出阻抗的驱动源是不允许短路的，或者两个低阻抗的驱动源不能直接连接在一起，因为微小的变化都可能引起大的电流。
所以，对于有电流放大级的，如果MOSFET的开启电压比较大，满足一定功耗的情况下，那这个驱动级三级管e级之间连接的电阻会比较大，这必然影响到放电时间。我建议这两个栅极电阻驱动端，采用一个RC进行连接更好，比如0.1uF/22欧，C的存在，不影响电流放大级的偏置电流，又能提供交流通道；而适当R的存在，不显著降低驱动源阻抗，又能保证NPN和PNP管的e极不被交流短路。这样的设计能在不采用全推挽结构的情况下，显著加快MOSFET的放电速度。

马工 · 发表于 2011-7-22 18:51

可能有人觉得MOSFET放电慢不是更好吗？这样我的管子就减少交越失真了。实际上经过测试，加快放电，可以提高整个系统的瞬态响应，并且减少高频时的功耗。到底这两个各有什么优缺点，至少这样提供了一个方法，有了更多的选择和方法去玩。
这种方法只是达到，大家常做的带1对电流驱动级的电路，也可以得到向LME49830一样的快速驱动效果。

lanlinbin · 发表于 2011-7-22 19:39

好文章，学习了。

86132364 · 发表于 2011-7-22 20:37

好文章，不错

[DIY制作] MOSFET输出级的高频振荡分析

楼主的22＃测试内容试验如下图的吗？

社区贡献

乐于助人

荣誉会员