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Design Kit
    Class D Audio Amplifier Using IRS2092

1           All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Contents
                                                                                                                                                               Slide #

1. Specification...........................................................................................................................................    3
    • Efficiency...........................................................................................................................................    4-5
    • THD...................................................................................................................................................   6-7
    • Frequency Response........................................................................................................................               8-9
    • Note: Po[W] vs. Vin[VPEAK] ...............................................................................................................               10
2. Waveforms Evaluations..........................................................................................................................             11
3. Simulated vs. Measured Waveforms......................................................................................................                      12-14
4. Voltage Gain – GV…...............................................................................................................................           15-16
5. Self Oscillation Frequency......................................................................................................................            17-18
6. Dead time...............................................................................................................................................    19-21
7. Turn on transient....................................................................................................................................       22-25
8. Components stress.................................................................................................................................          26-27
9. Power loss in the MOSFETs...................................................................................................................                28
    • Standard Model.................................................................................................................................          29-30
    • Professional Model............................................................................................................................           31-33
    • Standard vs. Professional Model.......................................................................................................                   34-35
10. Short circuit vs. switching output shutdown............................................................................................                    36-38
11. Short Circuit Response...........................................................................................................................          39-41
12. Capacitor Models........................................................................................... ........................................       42-44
13. Simulated Performance of the circuit with different FETs......... ..............................................................                           45-47
14. Simulation Index ....................................................................................................................................      48


2                                                    All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
1. Specifications

     General Test Conditions                                                                  Simulation folder

     Supply Voltage                       +   15V

     Load Impedance                       8-4 Ω
     Self-Oscillating
                                        400kHz
     Frequency
     Gain Setting                         24dB
     Electrical Data
     Output Power                         25W                          (1kHz, 4Ω)
     Efficiency                            93%                         (25W, 4Ω)                 [Efficiency]

     Audio Performance
     Distortion                Less than 0.015%THD                     (1kHz, 4Ω, 10W)             [THD]

     Frequency
                                                                       (20 ~ 20000 Hz,
     Response :                           +   1dB                                                 [FrqRsp]
                                                                       4Ω, 2V Output)
     20Hz~20kHz




 3                             All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Specifications : Efficiency Evaluation Circuit
                                                                                                                 R3                                                                                                +B
                                                                                                                                                                                        VS                         15V
                                                                                                                 47k                                                                                  +B
                                                  R8
                                                                                                                                                             2                                                     0
                                                                                                                                                                                                                  C16




                                                                                                                                                                                                                   +
                                                  820
                                                                                                                                                                                                           C15    EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                                              R17                          RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                                     20nH     1
                                                                                                                                                                     Ls1                                   0           0
                                                                                                                                                                                        C14
                                                                                                                                                  R9         1                          MMH250K684
                                                                                                                                                  4.7k                       C11
                                                                                                                                                                             RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                                     FET1
                                                       R4          75                      IC1                             D2                                        IRFIZ24N
                                                       220         VR1               VAA                   CSH             MUR120RLG          MUR120RLG      2
                                                                                           VAA       CSH                                      D1
                                                                                                           VB             R12
                                                                                 C4        GND        VB          R11     10k    C9                    R13
                                                  C1          R2                                                                                                     20nH
           IN                            C2        +                             1nF IN-                   HO     10k            22u                   10                                         L1
                                         10u                        C5                     IN-       HO                          IC = 12.85   R14                    Ls2                          7G14N-220-RB
V1                                                          3k
                     R1                  IC = 7   EKMG500ELL100ME11D1nF            COMP                    VS                                 4.7            2                                                             OUT
                     100k                              C6                                  COMP       VS                        R16                          1
                                    C3                 AMZ0050J102                   CSD                   VCC                                                                                                              R18   R19    LOAD
                                          C8                C7                             CSD       VCC                                          R15            20nH                                                       10    2.2k
                                    RPER11H103K2K1A01B                                                                          10                                                                                                       {RL}
                                          10u               10u                      VSS                   LO                                 0                  Ls3                                 C12
 VOFF = 0           0                     IC = 7            IC = 10                        VSS        LO           R20    C10 22u                                                            MMC250K474
                                                                                   VREF                                                           10
 VAMPL = {1.4142*SQRT(Po*RL)/Gv }                                                                                  3.3k   IC = 15                                                                                           C13
 FREQ = {f in}                                                                             VREF      COM                                                     1                                                              MMC400K104
                                                                         R6 8.2k OCSET                     DT
                                                                                           OCSET      DT
TEST CONDITION:                                                                                                                                                                                                    0       0         0
                                                                          R7                                                                                         FET2
 PARAMETERS:                                                                               IRS2092
                                                                          1.2k                                    R21                                                IRFIZ24N
 Po = 25W                                                                                                         8.2k                                       2                           C17
                                                                                                                                                                                         RPER11H104K2K1A01B
 Gv = 15.85
 RL = 4                                                                                                                                                          20nH




                                                                                                                                                                                                      +
                                                                                                                                                                 Ls4                              0            0
 f in = 1kHz                                                 R5
                                                                                                                                                                 2              1            -B           C18
                                                                                                                                                             1       Ls5                                  EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                                     20nH          -B
                                                             820                                                                                                            -15V

                                                                                                                                                                                             0

               Condition :                                                                 Analysis                                                                                                                    .Options
          Po = 25[W], 4Ω Load                                                              Time Domain (Transient)                                                                                                     RELTOL: 0.01
                                                                                              Run to time: 3ms                                                                                                         VNTOL: 1.0u
                                                                                              Start saving data after: 1ms                                                                                             ABSTOL: 1.0n
                                                                                              Maximum step size: 100n                                                                                                  CHGTOL: 0.01p
                                                                                               Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP)                                                             GMIN: 1.0E-12
                                                                                                                                                                                                                       ITL1: 500
                                                                                                                                                                                                                       ITL2: 200
                                                                                                                                                                                                                       ITL4: 10


 4                                                                        All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Specifications : Efficiency Simulation Result

                                                                               %Efficiency




                                                                               PSUPPLY [W]


                                                                               PO [W]




5               All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Specifications : THD Evaluation Circuit
                                                                                                                   R3                                                                                               +B
                                                                                                                                                                                         VS                         15V
                                                                                                                   47k                                                                                 +B
                                                   R8
                                                                                                                                                              2                                                     0
                                                                                                                                                                                                                   C16




                                                                                                                                                                                                                    +
                                                   820
                                                                                                                                                                                                            C15    EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                                               R17                          RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                                      20nH     1
                                                                                                                                                                      Ls1                                   0           0
                                                                                                                                                                                         C14
                                                                                                                                                   R9         1                          MMH250K684
                                                                                                                                                   4.7k                       C11
                                                                                                                                                                              RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                                      FET1
                                                                    75                       U5                              D2                                       IRFIZ24N
                                                        R4          VR1                VAA                   CSH             MUR120RLG         MUR120RLG      2
                                                        220                                  VAA       CSH                                     D1
                                                                                                             VB             R12
                                                                                   C4        GND        VB          R11     10k   C9                    R13
                                                    C1 10u     R2                                                                                                     20nH
             IN                           C2                                       1nF IN-                   HO     10k           22u                   10                                         L1
                                          10u                                C5              IN-       HO                         IC = 12.85   R14                    Ls2                          7G14N-220-RB
V1                                                             3k
                     R1                   IC = 7                             1nF     COMP                    VS                                4.7            2                                                             OUT
                     100k                                C6                                  COMP       VS                        R16                         1
                                                         1n                            CSD                   VCC                                                                                                             R18   R19       LOAD
                                C3        C8                   C7                            CSD       VCC                                         R15            20nH                                                       10    2.2k
                                                                                                                                  10                                                                                                         {RL}
                                10u       10u                  10u                     VSS                   LO                                0                  Ls3                                 C12
                     0          IC = 14   IC = 7               IC = 10                       VSS        LO           R20    C10 22u                                                           MMC250K474
                                                                                     VREF                                                          10
 VOFF = 0                                                                                                            3.3k   IC = 15                                                                                          C13
 VAMPL = {1.4142*SQRT(Po*RL)/Gv }                                                            VREF      COM                                                    1                                                              MMC400K104
 FREQ = 1k                                                                R6 8.2k OCSET                      DT
                                                                                             OCSET      DT
TEST CONDITION:                                                            R7                                                                                         FET2                                          0       0         0
                                                                                             IRS2092
                                                                           1.2k                                     R21                                               IRFIZ24N
 PARAMETERS:                                                                                                        8.2k                                      2                           C17
 Po = 10                                                                                                                                                                                  RPER11H104K2K1A01B
 Gv = 15.85                                                                                                                                                       20nH




                                                                                                                                                                                                       +
 RL = 4                                                                                                                                                           Ls4                              0            0
                                                              R5
 f in = 1k
                                                                                                                                                                  2                 1         -B           C18
                                                                                                                                                              1       Ls5                                  EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                                      20nH          -B
                                                              820                                                                                                            -15V

                                                                                                                                                                                              0

                                                                                                         Analysis                                                                                                                         .Options
                    Condition :                                                                          Time Domain (Transient)                                                                                                          RELTOL: 0.01
             fin = 1kHz, Po = 10[W],                                                                        Run to time: 3ms                                                                                                              VNTOL: 1.0u
                     4Ω Load                                                                                Start saving data after: 0s                                                                                                   ABSTOL: 1.0n
                                                                                                            Maximum step size: 100n                                                                                                       CHGTOL: 0.01p
                                                                                                             Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP)                                                                  GMIN: 1.0E-12
                                                                                                                                                                                                                                          ITL1: 500
                                                                                                             Output File Options...                                                                                                       ITL2: 200
                                                                                                                Perform Fourier Analysis                                                                                                 ITL4: 10
                                                                                                               Center Frequency: 1khz
                                                                                                               Output Variables: V(OUT)


        6                                                                              All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Specifications : THD Simulation Result

                                               HARMONIC     FREQUENCY      FOURIER    NORMALIZED    PHASE     NORMALIZED

                                                   NO          (HZ)       COMPONENT   COMPONENT     (DEG)       PHASE
    VOUT 0.0144%THD
                                                    1        1.00E+03     8.81E+00     1.00E+00    1.79E+02    0.00E+00

                                                    2        2.00E+03     4.62E-04    5.25E-05     4.18E+01 -3.15E+02

                                                    3        3.00E+03     2.78E-04    3.16E-05     8.49E+01 -4.51E+02

                                                    4        4.00E+03     3.23E-04    3.67E-05     6.91E+01 -6.45E+02

                                                    5        5.00E+03     3.73E-04    4.23E-05     8.66E+01 -8.06E+02

                                                    6        6.00E+03     6.69E-04    7.60E-05     6.10E+01 -1.01E+03

                                                    7        7.00E+03     2.85E-04    3.24E-05     8.09E+01 -1.17E+03

                                                    8        8.00E+03     4.32E-04    4.91E-05     7.17E+01 -1.36E+03

                                                    9        9.00E+03     5.95E-04    6.76E-05     2.70E+01 -1.58E+03



                                                        TOTAL HARMONIC DISTORTION =       1.438206E-02 PERCENT




7                     All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Specifications : Frequency Response Evaluation Circuit
                                                                                                           R3                                                                                               +B
                                                                                                                                                                                 VS                         15V
                                                                                                           47k                                                                                 +B
                                                 R8
                                                                                                                                                      2                                                     0
                                                                                                                                                                                                           C16




                                                                                                                                                                                                            +
                                                 820
                                                                                                                                                                                                    C15    EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                                       R17                          RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                              20nH     1
                                                                                                                                                              Ls1                                   0           0
                                                                                                                                                                                 C14
                                                                                                                                           R9         1                          MMH250K684
                                                                                                                                           4.7k                       C11
                                                                                                                                                                      RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                              FET1
                                                      R4          75                 U5                              D2                                       IRFIZ24N
                                                      220         VR1          VAA                   CSH             MUR120RLG         MUR120RLG      2
                                                                                     VAA       CSH                                     D1
                                                 C1                                                  VB             R12
                                                 EKMG500ELL100ME11D       C4         GND        VB          R11     10k   C9                    R13
                                        C2        +     R2                1nF IN-                    HO     10k           22u                   10            20nH                         L1
               IN                                                                    IN-       HO                                                             Ls2
    V1                                  10u             3k           C5                                                   IC = 8.499   R14                                                 7G14N-220-RB
                         R1             IC = 7                       1nF    COMP                     VS                                4.7            2                                                             OUT
                         100k                           C6                           COMP       VS                        R16                         1
                                  C3           AMZ0050J102                    CSD                    VCC                                                                                                             R18   R19    LOAD
                                                           C7                        CSD       VCC                                         R15            20nH                                                       10    2.2k
                                  RPER11H103K2K1A01B                                                                      10                                                                                                      {RL}
                                                           10u                VSS                    LO                                0                  Ls3                                 C12
                        0               C8                 IC = 9.8                  VSS        LO           R20    C10 22u                                                           MMC250K474
                                                                            VREF                                                           10
     VOFF = 0                           10u                                                                  3.3k   IC = 15.11                                                                                       C13
     VAMPL = { 1.4142*VOUT/Gv }         IC = 7                                       VREF      COM                                                    1                                                              MMC400K104
     FREQ = {f in}                                                R6 8.2k OCSET                      DT
                                                                                     OCSET      DT
     TEST CONDITION:                                                    R7                                                                                    FET2                                          0       0         0
                                                                                     IRS2092
                                                                        1.2k                                R21                                               IRFIZ24N
         PARAMETERS:                                                                                        8.2k                                      2                           RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                                                  C17
         f in = 20k
         RL = 8                                                                                                                                           20nH




                                                                                                                                                                                               +
         Gv = 15.85                                                                                                                                       Ls4                              0            0
                                                            R5
         VOUT = 2
                                                                                                                                                          2                 1         -B           C18
                                                                                                                                                      1       Ls5                                  EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                              20nH          -B
                                                            820                                                                                                      -15V

                                                                                                                                                                                      0


                                                                                     Analysis                                                                                                                           .Options
             Condition :                                                             Time Domain (Transient)                                                                                                            RELTOL: 0.01
         20 ~ 20000 Hz, 4Ω                                                              Run to time: 2ms                                                                                                                VNTOL: 1.0u
          Load, 2V Output                                                               Start saving data after: 0ms                                                                                                    ABSTOL: 1.0n
                                                                                        Maximum step size: 100n                                                                                                         CHGTOL: 0.01p
                                                                                         Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP)                                                                    GMIN: 1.0E-12
                                                                                                                                                                                                                        ITL1: 500
                                                                                     Parametric Sweep                                                                                                                   ITL2: 200
                                                                                        Global parameter                                                                                                               ITL4: 10
                                                                                          Parameter name: RL
                                                                                           Value list: 4, 8


8                                                                       All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Specifications : Frequency Response Simulation Result




                                                                     VOUT+1dB (8Ω Load @ 20kHz)




                                                                   VOUT - 0.4dB (4Ω Load @ 20kHz)




9                   All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Note : PO [W] vs. VIN [VPEAK]


                                                        1.4142 × √������������������������ × ������������������������������������������������������������
                  ������������������������������������ [������������������������������������������������������������] =
                                                                 ������������������������

    Po [W] = power output
    Rload [Ω] = Load resistance
    GV = Amplifier voltage gain




10                          All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
2. Waveforms Evaluation
Class D amplifier circuit are simulated and compared with measured waveforms from oscilloscope
(Tektronix: TDS3054B)


                                                                                                             R3                                                                                               +B
                                                                                                                                                                                   VS                         15V
                                                                                                             47k                                                                                 +B
                                                   R8
                                                                                                                                                        2                                                     0
                                                                                                                                                                                                             C16




                                                                                                                                                                                                              +
                                                   820
                                                                                                                                                                                                      C15    EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                                         R17                          RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                                20nH     1
                                                                                                                                                                Ls1                                   0           0
                                                                                                                                                                                   C14
                                                                                                                                             R9         1                          MMH250K684
                                                                                                                                             4.7k                       C11
                                                                                                                                                                        RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                                FET1
                                                        R4          75                 IC1                             D2                                       IRFIZ24N
                                                        220         VR1          VAA                   CSH             MUR120RLG         MUR120RLG      2
                                                                                       VAA       CSH                                     D1
                                                   C1                                                  VB             R12
                                                   EKMG500ELL100ME11D       C4        GND    VB               R11     10k   C9                    R13
                                          C2        +     R2                1nF IN-                    HO     10k           22u                   10            20nH                         L1
               IN                                                                     IN-    HO                                                                 Ls2
                                          10u             3k           C5                                                   IC = 12.85   R14                                                 7G14N-220-RB
                          R1              IC = 7                       1nF     COMP                    VS                                4.7            2                                                             OUT           +
                        V                                                             COMP   VS                   V                                     1
                          100k                            C6                                                                R16
      V1                            C3           AMZ0050J102                     CSD                   VCC                                                                                                             R18   R19V
                                                                                    V CSD   VCC                                                                   V
                                    RPER11H103K2K1A01B       C7                                                                              R15            20nH                                                       10    2.2k   -
                                                                                 VSS                   LO                   10
                                                             10u                                                                         0                  Ls3                                 C12                                     SPEAKER
       VOFF = 0            0              C8                 IC = 10                  VSS    LO                R20    C10 22u                                                           MMC250K474                                      F120A
                                                                               VREF                                                          10
       VAMPL = { 1.4142*VOUT/Gv }         10u                                                                  3.3k
                                                                                                               V
                                                                                                                      IC = 15                                                                                          C13
       FREQ = {f in}                      IC = 7                                      VREF  COM                                                         1                                                              MMC400K104
                                                                    R6 8.2k OCSET                      DT
                                                                                      OCSET  DT
       PARAMETERS:                                                        R7                                                                                    FET2                                          0       0        0
                                                                                       IRS2092
       VOUT = 2                                                           1.2k                                R21                                               IRFIZ24N
       Gv = 15.85                                                                                             8.2k                                      2                           C17
       f in = 1k                                                                                                                                                                    RPER11H104K2K1A01B

                                                                                                                                                            20nH




                                                                                                                                                                                                 +
                                                                                                                                                            Ls4                              0            0
                                                              R5
                                                                                                                                                            2              1            -B           C18
                                                                                                                                                        1       Ls5                                  EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                                20nH          -B
                                                              820                                                                                                      -15V

                                                                                                                                                                                        0




 11                                                                       All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
3. Simulated vs. Measured Waveform (1/3)
                   Simulated                                           Measured




     OUT




      VS




12                    All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
3. Simulated vs. Measured Waveform (2/3)
              Simulated                                         Measured




     HO




     LO




13              All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
3. Simulated vs. Measured Waveform (3/3)

                 Simulated                                           Measured




     COMP




14                 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
4. Voltage gain of the amplifier – GV

            ������������������������������������
                                                                                                         R3                                                                                               +B




 ������������������������ =
                                                                                                                                                                               VS                         15V




            ������������������������������������
                                                                                                         47k                                                                                 +B
                                          R8
                                                                                                                                                    2                                                     0
                                                                                                                                                                                                         C16




                                                                                                                                                                                                          +
                                          820
                                                                                                                                                                                                  C15    EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                                     R17                          RPER11H104K2K1A01B

                                                                                    RFB =47kΩ
                                                                                                                                                            20nH     1
                                                                                                                                                            Ls1                                   0           0

                                      RIN =2.4 ,3kΩ                                                                                      R9
                                                                                                                                         4.7k
                                                                                                                                                    1
                                                                                                                                                                    C11
                                                                                                                                                                               C14
                                                                                                                                                                               MMH250K684

                                                                                                                                                                    RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                            FET1
                                               R4          75                      IC1                             D2                                       IRFIZ24N
                                               220         VR1               VAA                   CSH             MUR120RLG         MUR120RLG      2
                                                                                   VAA       CSH                                     D1
                                          C1                                                       VB             R12
                                          EKMG500ELL100ME11D             C4        GND        VB          R11     10k   C9                    R13
                                                  R2                                                                                                        20nH
              IN                 C2        +                             1nF IN-                   HO     10k           22u                   10                                         L1
                                 10u                               C5              IN-       HO                         IC = 12.85   R14                    Ls2                          7G14N-220-RB
 V1                                                   {RIN}
                    R1           IC = 7                            1nF     COMP                    VS                                4.7            2                                                             OUT           +
                    100k                         C6                                COMP       VS                        R16                         1
                           C3           AMZ0050J102                  CSD                           VCC                                                                                                             R18   R19
                                                   C7                              CSD       VCC                                         R15            20nH                                                       10    2.2k   -
                           RPER11H103K2K1A01B                                                                           10
                                                   10u               VSS                           LO                                0                  Ls3                                 C12                                     SPEAKER
                    0            C8                IC = 10                         VSS        LO           R20    C10 22u                                                           MMC250K474                                      F120A
                                                                   VREF                                                                  10
  VOFF = 0                       10u                                                                       3.3k   IC = 15                                                                                          C13
  VAMPL = 0.14142                IC = 7                                            VREF      COM                                                    1                                                              MMC400K104
  FREQ = {Freq}                                           R6 8.2k OCSET                            DT
                                                                                   OCSET      DT
  PARAMETERS:                                                    R7                                                                                         FET2                                          0       0         0
                                                                                   IRS2092
                                                                 1.2k                                     R21                                               IRFIZ24N
  Freq = 1k                                                                                               8.2k                                      2                           RPER11H104K2K1A01B
  RIN = 3k                                                                                                                                                                      C17

                                                                                                                                                        20nH




                                                                                                                                                                                             +
                                                                                                                                                        Ls4                              0            0
                                                     R5
                                                                                                                                                        2              1            -B           C18
                                                                                                                                                    1       Ls5                                  EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                            20nH          -B
                                                     820                                                                                                           -15V

                                                                                                                                                                                    0
Analysis                                                                                           .Options
Time Domain (Transient)                                                                            RELTOL: 0.01
   Run to time: 1ms                                                                                VNTOL: 1.0u
   Start saving data after: 100n                                                                   ABSTOL: 1.0n
   Maximum step size: 100n                                                                         CHGTOL: 0.01p
    Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP)                                    GMIN: 1.0E-12
                                                                                                   ITL1: 500
      Sweep variable                                                                               ITL2: 200
       Global parameter: RIN                                                                      ITL4: 10
       Value list: 2.4k, 3k


      15                                                         All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
4. Voltage gain of the amplifier – GV


                                            GV = 26dB




                                                                     GV = 24dB




16           All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
5. Self-Oscillating Frequency
Self oscillating frequency is design by setting the following items
   •        Integration capacitors.
            Integration resistor.
                                                                                                       R3                                                                                               +B
                                                                                                                                                                             VS                         15V
   •                                                                                                   47k
                                             R8                                                                                                                                            +B
                                                                                                                                                  2                                                     0
                                                                                                                                                                                                       C16




                                                                                                                                                                                                        +
                                             820
                                                                                                                                                                                                C15    EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                                   R17                          RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                          20nH
                           Integration resistor:                      Integration capacitors:                                                             Ls1
                                                                                                                                                                   1
                                                                                                                                                                                                0           0
                                                                                                                                                                             C14
                           R4+VR1                                     C4=C5                                                            R9
                                                                                                                                       4.7k
                                                                                                                                                  1
                                                                                                                                                                  C11
                                                                                                                                                                             MMH250K684

                                                                                                                                                                  RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                          FET1
                                                  R4          VR1                IC1                             D2                                       IRFIZ24N
                                                  220         75           VAA                   CSH             MUR120RLG         MUR120RLG      2
                                                                                 VAA       CSH                                     D1
                                             C1                                                  VB             R12
                                             EKMG500ELL100ME11D      C4          GND        VB          R11     10k   C9                    R13
                                    C2        +     R2               1nF IN-                     HO     10k           22u                   10            20nH                         L1
               IN                                                                IN-       HO                                                             Ls2
       V1                           10u               3k        C5                                                    IC = 12.85   R14                                                 7G14N-220-RB
                    R1              IC = 7                      1nF     COMP                     VS                                4.7            2                                                             OUT           +
                    100k                            C6                           COMP       VS                        R16                         1
                              C3           AMZ0050J102                    CSD                    VCC                                                                                                             R18   R19
                                                      C7                         CSD       VCC                                         R15            20nH                                                       10    2.2k   -
                              RPER11H103K2K1A01B                                                                      10
                                                      10u                 VSS                    LO                                0                  Ls3                                 C12                                     SPEAKER
                    0               C8                IC = 10                    VSS        LO           R20    C10 22u                                                           MMC250K474                                      F120A
                                                                        VREF                                                           10
        VOFF = 0                    10u                                                                  3.3k   IC = 15                                                                                          C13
        VAMPL = 0                   IC = 7                                       VREF      COM                                                    1                                                              MMC400K104
        FREQ = 1k                                            R6 8.2k OCSET                       DT
                                                                                 OCSET      DT
                                                                    R7                                                                                    FET2                                          0       0         0
                                                                                 IRS2092
                                                                    1.2k                                R21                                               IRFIZ24N
                                                                                                        8.2k                                      2                           RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                                              C17

                                                                                                                                                      20nH




                                                                                                                                                                                           +
                                                                                                                                                      Ls4                              0            0
                                                        R5
                                                                                                                                                      2                 1         -B           C18
                                                                                                                                                  1       Ls5                                  EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                          20nH          -B
                                                        820
    Analysis                                                                                                 .Options                                            -15V


    Time Domain (Transient)                                                                                  RELTOL: 0.001                                                        0

       Run to time: 1ms                                                                                      VNTOL: 1.0u
       Start saving data after: 0.5m                                                                         ABSTOL: 1.0n
       Maximum step size: 40n                                                                                CHGTOL: 0.01p
        Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP)                                          GMIN: 1.0E-12
                                                                                                             ITL1: 500
                                                                                                             ITL2: 200
                                                                                                             ITL4: 10

  17                                                           All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
5. Self-Oscillating Frequency

           Simulated                                                             Measured

     VS                                                     VS




     OUT                                                    OUT



                       Self-oscillation frequency                                       Self-oscillation frequency
                       = 400kHz (Simulated)                                             = 400kHz (Measured)




18                All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
6. Dead-time
         Dead-time Mode                   R20                          R21                     Analysis                                                                                                            .Options
                                                                                               Time Domain (Transient)                                                                                             RELTOL: 0.001
             DT1 (25ns)                   3.3k                         8.2k                       Run to time: 1ms                                                                                                 VNTOL: 1.0u
             DT2 (40ns)                   5.6k                         4.7k                       Start saving data after: 0.5m                                                                                    ABSTOL: 1.0n
                                                                                                  Maximum step size: 40n                                                                                           CHGTOL: 0.01p
             DT3 (65ns)                   8.2k                         3.3k                        Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP)                                                     GMIN: 1.0E-12
             DT4 (105ns)                       -                   < 10k                                                                                                                                           ITL1: 500
                                                                                                                                                                                                                   ITL2: 200
                                                                                                          R3                                                                                               +B
                                                                                                                                                                                                                   ITL4: 10
                                                                                                                                                                                VS                         15V
                                                                                                          47k                                                                                 +B
                                         R8
                                                                                                                                                     2                                                     0 C16
                                                                                                                                                                                                          EKMG500ELL222MLP1S




                                                                                                                                                                                                           +
                                         820
                                                                                                                                                                                                   C15
                                                                                                                                                                      R17                          RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                             20nH     1
                                                                                                                                                             Ls1                                   0           0
                                                                                                                                                                                C14
                                                                                                                                          R9         1                          MMH250K684
                                                                                                                                          4.7k                       C11
                                                                                                                                                                     RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                             FET1
                                              R4          75                        IC1                             D2                D1                     IRFIZ24N
                                              220         VR1                 VAA                   CSH             MUR120RLG         MUR120RLG      2
                                                                                    VAA       CSH
                                          C1                                                        VB             R12
                                          EKMG500ELL100ME11D      C4                GND        VB          R11     10k   C9                    R13
                                 C2        +     R2               1nF IN-                           HO     10k           22u                   10            20nH                         L1
        IN                                                                          IN-       HO                                                             Ls2
V1                               10u               3k        C5                                                          IC = 12.85   R14                                                 7G14N-220-RB
                 R1              IC = 7                      1nF    COMP                            VS                                4.7            2                                                             OUT           +
                 100k                            C6                                 COMP       VS                        R16                         1
                           C3           AMZ0050J102                   CSD                           VCC                                                                                                             R18   R19
                                                   C7                               CSD       VCC                                         R15            20nH                                                       10    2.2k   -
                           RPER11H103K2K1A01B                                                                            10
                                                   10u                VSS                           LO                                0                  Ls3                                 C12                                     SPEAKER
                 0               C8                IC = 10                          VSS        LO          R20     C10 22u                                                           MMC250K474                                      F120A
                                                                    VREF                                                                  10
 VOFF = 0                        10u                                                                       3.3k    IC = 15                                                                                          C13
 VAMPL = 0                       IC = 7                                             VREF      COM                                                    1                                                              MMC400K104
 FREQ = 1k                                                R6 8.2k OCSET                             DT
                                                                                    OCSET      DT
                                                                R7                                         R21                                               FET2                                          0       0         0
                                                                                    IRS2092
                                                                1.2k                                       8.2k                                              IRFIZ24N
                                                                                                                                                     2                           C17
                                                                                                                                                                                 RPER11H104K2K1A01B

                                                                                                                                                         20nH




                                                                                                                                                                                              +
                                                    R5
                                                                                                                  V(DT) Voltage Divider                  Ls4                              0            0

                                                                                                                                                         2              1            -B           C18
                                                                                                                                                     1       Ls5                                  EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                             20nH          -B
                                                    820                                                                                                             -15V

                                                                                                                                                                                     0


     19                                                           All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Dead-time DT1(25ns)




                             Spike voltage




                                                                                DT1(25ns)




     DT1(25ns)




20               All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Dead-time DT3(65ns)




                              Spike voltages
                       (Decrease for longer dead time)




                                                                                DT3(65ns)




     DT3(65ns)




21               All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
7. Turn-on transient
       Start-up sequencing is achieved through the charging of the CSD voltage (C7). Simulation will
        show how capacitors are charged to complete the sequence for each capacitance value.
                                                                                                     R3                                                                                          +B
                                                                                                                                                                      VS                         15V
                                                                                                     47k                                                                            +B
                                      R8
                                                                                                                                               2                                                 0
                                                                                                                                                                                                C16




                                                                                                                                                                                                 +
                                      820
                                                                                                                                                                                         C15    EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                              R17                        RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                                                                       20nH   1
                                                                                                                                                       Ls1                               0           0
                                       C7: 10u, 5u,                                                                                            1
                                                                                                                                                                      C14
                                                                                                                                    R9                                MMH250K684
                                       and 3.3u F                                                                                   4.7k                       C11
                                                                                                                                                               RPER11H104K2K1A01B
                                                                                                  R10                                                  FET1
                                           R4          75                      IC1                0.01m        D2                                      IRFIZ24N
                                           220         VR1               VAA                   CSH             MUR120RLG        MUR120RLG      2
                                                                               VAA       CSH                                    D1
                                       C1                                                      VB             R12
                                       EKMG500ELL100ME11D    C4                GND        VB          R11     10k      C9                R13
                              C2        +     R2             1nF IN-                           HO     10k              22u               10            20nH                     L1
           IN                                                                  IN-       HO                                                            Ls2
V1                            22u               3k       C5                                                            IC = 0   R14                                             7G14N-220-RB
                R1     C3     IC = 0                     1nF   COMP                            VS                               4.7            2                                                          OUT           +
                100k   RPER11H103K2K1A01B     C6                               COMP       VS                     R16                           1
                                     AMZ0050J102                 CSD                           VCC                                                                                                         R18   R19
                              C8                C7                             CSD       VCC                                        R15            20nH                                                    10    2.2k   -
                                                                 VSS                           LO     8.2k       10
                              22u               10u                                                                             0                  Ls3                             C12                                      SPEAKER
                0             IC = 0            IC = 0                         VSS        LO          R21     C10                                                          MMC250K474                                       F120A
                                                               VREF                                                                 10
    VOFF = 0                                                                                                  22u                                                                                          C13
    VAMPL = 0                                                                  VREF      COM                  IC = 0                           1                                                           MMC400K104
    FREQ = 1k                                                R6 8.2k OCSET                     DT
                                                                               OCSET      DT
                                                              R7                                       3.3k                                            FET2                                      0         0        0
                                                                               IRS2092                 R20
                                                              1.2k                                                                                     IRFIZ24N
                                                                                                                                               2                       C17
                                                                                                                                                                       RPER11H104K2K1A01B

                                                                                                                                                   20nH




                                                                                                                                                                                    +
                                                                                                                                                   Ls4                          0            0
                                                 R5
                                                                                                                                                   2              1        -B           C18
                                                                                                                                               1       Ls5                              EKMG500ELL222MLP1S
                                                                                                                                                       20nH      -B
                                                 820                                                                                                          -15V
                                                                                                                                                                                                         .Options
                                                                                                                                                                           0
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                                                                                                                                                                                                         VNTOL: 1.0u
                                                                         Analysis                                                                                                                        ABSTOL: 1n
                                                                         Time Domain (Transient)                                                                                                         CHGTOL: 0.01p
                                                                            Run to time: 975ms                                                                                                           GMIN: 1.0E-12
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                                                                            Maximum step size: 100u                                                                                                      ITL2: 200
                                                                             Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP)                                                                 ITL4: 10


     22                                                              All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Turn-on transient: C7 = 10uF

                                                                        V(VCC,COM)

                                                                        V(VB,VS)




     V(HO)

     V(LO)




             V(VAA)

                                                                                                Vth2___


             V(CSD)                     Vth1___



             V(VSS)



                                                                                         Class D Startup
                                                                                         @ 0.976second.




23                        All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Turn-on transient: C7 = 5uF

                                                                             V(VCC,COM)


                                                                             V(VB,VS)




     V(HO)

     V(LO)




             V(VAA)
                                                                                                     Vth2


                                             Vth1
                      V(CSD)

             V(VSS)



                                                                                              Class D Startup
                                                                                              @ 0.488second.




24                             All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
Turn-on transient: C7 = 3.3uF

                                                                                     V(VCC,COM)


                                                                                     V(VB,VS)




     V(HO)

     V(LO)




             V(VAA)

                                                                                                Vth2


                                    Vth1
             V(CSD)

             V(VSS)



                                                                                        Class D Startup
                                                                                        @ 0.320second.




25                    All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
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デザインキット・D級アンプの解説書

  • 1. Design Kit Class D Audio Amplifier Using IRS2092 1 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 2. Contents Slide # 1. Specification........................................................................................................................................... 3 • Efficiency........................................................................................................................................... 4-5 • THD................................................................................................................................................... 6-7 • Frequency Response........................................................................................................................ 8-9 • Note: Po[W] vs. Vin[VPEAK] ............................................................................................................... 10 2. Waveforms Evaluations.......................................................................................................................... 11 3. Simulated vs. Measured Waveforms...................................................................................................... 12-14 4. Voltage Gain – GV…............................................................................................................................... 15-16 5. Self Oscillation Frequency...................................................................................................................... 17-18 6. Dead time............................................................................................................................................... 19-21 7. Turn on transient.................................................................................................................................... 22-25 8. Components stress................................................................................................................................. 26-27 9. Power loss in the MOSFETs................................................................................................................... 28 • Standard Model................................................................................................................................. 29-30 • Professional Model............................................................................................................................ 31-33 • Standard vs. Professional Model....................................................................................................... 34-35 10. Short circuit vs. switching output shutdown............................................................................................ 36-38 11. Short Circuit Response........................................................................................................................... 39-41 12. Capacitor Models........................................................................................... ........................................ 42-44 13. Simulated Performance of the circuit with different FETs......... .............................................................. 45-47 14. Simulation Index .................................................................................................................................... 48 2 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 3. 1. Specifications General Test Conditions Simulation folder Supply Voltage + 15V Load Impedance 8-4 Ω Self-Oscillating 400kHz Frequency Gain Setting 24dB Electrical Data Output Power 25W (1kHz, 4Ω) Efficiency 93% (25W, 4Ω) [Efficiency] Audio Performance Distortion Less than 0.015%THD (1kHz, 4Ω, 10W) [THD] Frequency (20 ~ 20000 Hz, Response : + 1dB [FrqRsp] 4Ω, 2V Output) 20Hz~20kHz 3 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 4. Specifications : Efficiency Evaluation Circuit R3 +B VS 15V 47k +B R8 2 0 C16 + 820 C15 EKMG500ELL222MLP1S R17 RPER11H104K2K1A01B 20nH 1 Ls1 0 0 C14 R9 1 MMH250K684 4.7k C11 RPER11H104K2K1A01B FET1 R4 75 IC1 D2 IRFIZ24N 220 VR1 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 VAA CSH D1 VB R12 C4 GND VB R11 10k C9 R13 C1 R2 20nH IN C2 + 1nF IN- HO 10k 22u 10 L1 10u C5 IN- HO IC = 12.85 R14 Ls2 7G14N-220-RB V1 3k R1 IC = 7 EKMG500ELL100ME11D1nF COMP VS 4.7 2 OUT 100k C6 COMP VS R16 1 C3 AMZ0050J102 CSD VCC R18 R19 LOAD C8 C7 CSD VCC R15 20nH 10 2.2k RPER11H103K2K1A01B 10 {RL} 10u 10u VSS LO 0 Ls3 C12 VOFF = 0 0 IC = 7 IC = 10 VSS LO R20 C10 22u MMC250K474 VREF 10 VAMPL = {1.4142*SQRT(Po*RL)/Gv } 3.3k IC = 15 C13 FREQ = {f in} VREF COM 1 MMC400K104 R6 8.2k OCSET DT OCSET DT TEST CONDITION: 0 0 0 R7 FET2 PARAMETERS: IRS2092 1.2k R21 IRFIZ24N Po = 25W 8.2k 2 C17 RPER11H104K2K1A01B Gv = 15.85 RL = 4 20nH + Ls4 0 0 f in = 1kHz R5 2 1 -B C18 1 Ls5 EKMG500ELL222MLP1S 20nH -B 820 -15V 0 Condition : Analysis .Options Po = 25[W], 4Ω Load Time Domain (Transient) RELTOL: 0.01 Run to time: 3ms VNTOL: 1.0u Start saving data after: 1ms ABSTOL: 1.0n Maximum step size: 100n CHGTOL: 0.01p  Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP) GMIN: 1.0E-12 ITL1: 500 ITL2: 200 ITL4: 10 4 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 5. Specifications : Efficiency Simulation Result %Efficiency PSUPPLY [W] PO [W] 5 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 6. Specifications : THD Evaluation Circuit R3 +B VS 15V 47k +B R8 2 0 C16 + 820 C15 EKMG500ELL222MLP1S R17 RPER11H104K2K1A01B 20nH 1 Ls1 0 0 C14 R9 1 MMH250K684 4.7k C11 RPER11H104K2K1A01B FET1 75 U5 D2 IRFIZ24N R4 VR1 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 220 VAA CSH D1 VB R12 C4 GND VB R11 10k C9 R13 C1 10u R2 20nH IN C2 1nF IN- HO 10k 22u 10 L1 10u C5 IN- HO IC = 12.85 R14 Ls2 7G14N-220-RB V1 3k R1 IC = 7 1nF COMP VS 4.7 2 OUT 100k C6 COMP VS R16 1 1n CSD VCC R18 R19 LOAD C3 C8 C7 CSD VCC R15 20nH 10 2.2k 10 {RL} 10u 10u 10u VSS LO 0 Ls3 C12 0 IC = 14 IC = 7 IC = 10 VSS LO R20 C10 22u MMC250K474 VREF 10 VOFF = 0 3.3k IC = 15 C13 VAMPL = {1.4142*SQRT(Po*RL)/Gv } VREF COM 1 MMC400K104 FREQ = 1k R6 8.2k OCSET DT OCSET DT TEST CONDITION: R7 FET2 0 0 0 IRS2092 1.2k R21 IRFIZ24N PARAMETERS: 8.2k 2 C17 Po = 10 RPER11H104K2K1A01B Gv = 15.85 20nH + RL = 4 Ls4 0 0 R5 f in = 1k 2 1 -B C18 1 Ls5 EKMG500ELL222MLP1S 20nH -B 820 -15V 0 Analysis .Options Condition : Time Domain (Transient) RELTOL: 0.01 fin = 1kHz, Po = 10[W], Run to time: 3ms VNTOL: 1.0u 4Ω Load Start saving data after: 0s ABSTOL: 1.0n Maximum step size: 100n CHGTOL: 0.01p  Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP) GMIN: 1.0E-12 ITL1: 500 Output File Options... ITL2: 200  Perform Fourier Analysis ITL4: 10 Center Frequency: 1khz Output Variables: V(OUT) 6 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 7. Specifications : THD Simulation Result HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE VOUT 0.0144%THD 1 1.00E+03 8.81E+00 1.00E+00 1.79E+02 0.00E+00 2 2.00E+03 4.62E-04 5.25E-05 4.18E+01 -3.15E+02 3 3.00E+03 2.78E-04 3.16E-05 8.49E+01 -4.51E+02 4 4.00E+03 3.23E-04 3.67E-05 6.91E+01 -6.45E+02 5 5.00E+03 3.73E-04 4.23E-05 8.66E+01 -8.06E+02 6 6.00E+03 6.69E-04 7.60E-05 6.10E+01 -1.01E+03 7 7.00E+03 2.85E-04 3.24E-05 8.09E+01 -1.17E+03 8 8.00E+03 4.32E-04 4.91E-05 7.17E+01 -1.36E+03 9 9.00E+03 5.95E-04 6.76E-05 2.70E+01 -1.58E+03 TOTAL HARMONIC DISTORTION = 1.438206E-02 PERCENT 7 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 8. Specifications : Frequency Response Evaluation Circuit R3 +B VS 15V 47k +B R8 2 0 C16 + 820 C15 EKMG500ELL222MLP1S R17 RPER11H104K2K1A01B 20nH 1 Ls1 0 0 C14 R9 1 MMH250K684 4.7k C11 RPER11H104K2K1A01B FET1 R4 75 U5 D2 IRFIZ24N 220 VR1 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 VAA CSH D1 C1 VB R12 EKMG500ELL100ME11D C4 GND VB R11 10k C9 R13 C2 + R2 1nF IN- HO 10k 22u 10 20nH L1 IN IN- HO Ls2 V1 10u 3k C5 IC = 8.499 R14 7G14N-220-RB R1 IC = 7 1nF COMP VS 4.7 2 OUT 100k C6 COMP VS R16 1 C3 AMZ0050J102 CSD VCC R18 R19 LOAD C7 CSD VCC R15 20nH 10 2.2k RPER11H103K2K1A01B 10 {RL} 10u VSS LO 0 Ls3 C12 0 C8 IC = 9.8 VSS LO R20 C10 22u MMC250K474 VREF 10 VOFF = 0 10u 3.3k IC = 15.11 C13 VAMPL = { 1.4142*VOUT/Gv } IC = 7 VREF COM 1 MMC400K104 FREQ = {f in} R6 8.2k OCSET DT OCSET DT TEST CONDITION: R7 FET2 0 0 0 IRS2092 1.2k R21 IRFIZ24N PARAMETERS: 8.2k 2 RPER11H104K2K1A01B C17 f in = 20k RL = 8 20nH + Gv = 15.85 Ls4 0 0 R5 VOUT = 2 2 1 -B C18 1 Ls5 EKMG500ELL222MLP1S 20nH -B 820 -15V 0 Analysis .Options Condition : Time Domain (Transient) RELTOL: 0.01 20 ~ 20000 Hz, 4Ω Run to time: 2ms VNTOL: 1.0u Load, 2V Output Start saving data after: 0ms ABSTOL: 1.0n Maximum step size: 100n CHGTOL: 0.01p  Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP) GMIN: 1.0E-12 ITL1: 500 Parametric Sweep ITL2: 200  Global parameter ITL4: 10 Parameter name: RL  Value list: 4, 8 8 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 9. Specifications : Frequency Response Simulation Result VOUT+1dB (8Ω Load @ 20kHz) VOUT - 0.4dB (4Ω Load @ 20kHz) 9 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 10. Note : PO [W] vs. VIN [VPEAK] 1.4142 × √������������������������ × ������������������������������������������������������������ ������������������������������������ [������������������������������������������������������������] = ������������������������  Po [W] = power output  Rload [Ω] = Load resistance  GV = Amplifier voltage gain 10 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 11. 2. Waveforms Evaluation Class D amplifier circuit are simulated and compared with measured waveforms from oscilloscope (Tektronix: TDS3054B) R3 +B VS 15V 47k +B R8 2 0 C16 + 820 C15 EKMG500ELL222MLP1S R17 RPER11H104K2K1A01B 20nH 1 Ls1 0 0 C14 R9 1 MMH250K684 4.7k C11 RPER11H104K2K1A01B FET1 R4 75 IC1 D2 IRFIZ24N 220 VR1 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 VAA CSH D1 C1 VB R12 EKMG500ELL100ME11D C4 GND VB R11 10k C9 R13 C2 + R2 1nF IN- HO 10k 22u 10 20nH L1 IN IN- HO Ls2 10u 3k C5 IC = 12.85 R14 7G14N-220-RB R1 IC = 7 1nF COMP VS 4.7 2 OUT + V COMP VS V 1 100k C6 R16 V1 C3 AMZ0050J102 CSD VCC R18 R19V V CSD VCC V RPER11H103K2K1A01B C7 R15 20nH 10 2.2k - VSS LO 10 10u 0 Ls3 C12 SPEAKER VOFF = 0 0 C8 IC = 10 VSS LO R20 C10 22u MMC250K474 F120A VREF 10 VAMPL = { 1.4142*VOUT/Gv } 10u 3.3k V IC = 15 C13 FREQ = {f in} IC = 7 VREF COM 1 MMC400K104 R6 8.2k OCSET DT OCSET DT PARAMETERS: R7 FET2 0 0 0 IRS2092 VOUT = 2 1.2k R21 IRFIZ24N Gv = 15.85 8.2k 2 C17 f in = 1k RPER11H104K2K1A01B 20nH + Ls4 0 0 R5 2 1 -B C18 1 Ls5 EKMG500ELL222MLP1S 20nH -B 820 -15V 0 11 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 12. 3. Simulated vs. Measured Waveform (1/3) Simulated Measured OUT VS 12 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 13. 3. Simulated vs. Measured Waveform (2/3) Simulated Measured HO LO 13 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 14. 3. Simulated vs. Measured Waveform (3/3) Simulated Measured COMP 14 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 15. 4. Voltage gain of the amplifier – GV ������������������������������������ R3 +B ������������������������ = VS 15V ������������������������������������ 47k +B R8 2 0 C16 + 820 C15 EKMG500ELL222MLP1S R17 RPER11H104K2K1A01B RFB =47kΩ 20nH 1 Ls1 0 0 RIN =2.4 ,3kΩ R9 4.7k 1 C11 C14 MMH250K684 RPER11H104K2K1A01B FET1 R4 75 IC1 D2 IRFIZ24N 220 VR1 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 VAA CSH D1 C1 VB R12 EKMG500ELL100ME11D C4 GND VB R11 10k C9 R13 R2 20nH IN C2 + 1nF IN- HO 10k 22u 10 L1 10u C5 IN- HO IC = 12.85 R14 Ls2 7G14N-220-RB V1 {RIN} R1 IC = 7 1nF COMP VS 4.7 2 OUT + 100k C6 COMP VS R16 1 C3 AMZ0050J102 CSD VCC R18 R19 C7 CSD VCC R15 20nH 10 2.2k - RPER11H103K2K1A01B 10 10u VSS LO 0 Ls3 C12 SPEAKER 0 C8 IC = 10 VSS LO R20 C10 22u MMC250K474 F120A VREF 10 VOFF = 0 10u 3.3k IC = 15 C13 VAMPL = 0.14142 IC = 7 VREF COM 1 MMC400K104 FREQ = {Freq} R6 8.2k OCSET DT OCSET DT PARAMETERS: R7 FET2 0 0 0 IRS2092 1.2k R21 IRFIZ24N Freq = 1k 8.2k 2 RPER11H104K2K1A01B RIN = 3k C17 20nH + Ls4 0 0 R5 2 1 -B C18 1 Ls5 EKMG500ELL222MLP1S 20nH -B 820 -15V 0 Analysis .Options Time Domain (Transient) RELTOL: 0.01 Run to time: 1ms VNTOL: 1.0u Start saving data after: 100n ABSTOL: 1.0n Maximum step size: 100n CHGTOL: 0.01p  Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP) GMIN: 1.0E-12 ITL1: 500 Sweep variable ITL2: 200  Global parameter: RIN ITL4: 10  Value list: 2.4k, 3k 15 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 16. 4. Voltage gain of the amplifier – GV GV = 26dB GV = 24dB 16 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 17. 5. Self-Oscillating Frequency Self oscillating frequency is design by setting the following items • Integration capacitors. Integration resistor. R3 +B VS 15V • 47k R8 +B 2 0 C16 + 820 C15 EKMG500ELL222MLP1S R17 RPER11H104K2K1A01B 20nH Integration resistor: Integration capacitors: Ls1 1 0 0 C14 R4+VR1 C4=C5 R9 4.7k 1 C11 MMH250K684 RPER11H104K2K1A01B FET1 R4 VR1 IC1 D2 IRFIZ24N 220 75 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 VAA CSH D1 C1 VB R12 EKMG500ELL100ME11D C4 GND VB R11 10k C9 R13 C2 + R2 1nF IN- HO 10k 22u 10 20nH L1 IN IN- HO Ls2 V1 10u 3k C5 IC = 12.85 R14 7G14N-220-RB R1 IC = 7 1nF COMP VS 4.7 2 OUT + 100k C6 COMP VS R16 1 C3 AMZ0050J102 CSD VCC R18 R19 C7 CSD VCC R15 20nH 10 2.2k - RPER11H103K2K1A01B 10 10u VSS LO 0 Ls3 C12 SPEAKER 0 C8 IC = 10 VSS LO R20 C10 22u MMC250K474 F120A VREF 10 VOFF = 0 10u 3.3k IC = 15 C13 VAMPL = 0 IC = 7 VREF COM 1 MMC400K104 FREQ = 1k R6 8.2k OCSET DT OCSET DT R7 FET2 0 0 0 IRS2092 1.2k R21 IRFIZ24N 8.2k 2 RPER11H104K2K1A01B C17 20nH + Ls4 0 0 R5 2 1 -B C18 1 Ls5 EKMG500ELL222MLP1S 20nH -B 820 Analysis .Options -15V Time Domain (Transient) RELTOL: 0.001 0 Run to time: 1ms VNTOL: 1.0u Start saving data after: 0.5m ABSTOL: 1.0n Maximum step size: 40n CHGTOL: 0.01p  Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP) GMIN: 1.0E-12 ITL1: 500 ITL2: 200 ITL4: 10 17 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 18. 5. Self-Oscillating Frequency Simulated Measured VS VS OUT OUT Self-oscillation frequency Self-oscillation frequency = 400kHz (Simulated) = 400kHz (Measured) 18 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 19. 6. Dead-time Dead-time Mode R20 R21 Analysis .Options Time Domain (Transient) RELTOL: 0.001 DT1 (25ns) 3.3k 8.2k Run to time: 1ms VNTOL: 1.0u DT2 (40ns) 5.6k 4.7k Start saving data after: 0.5m ABSTOL: 1.0n Maximum step size: 40n CHGTOL: 0.01p DT3 (65ns) 8.2k 3.3k  Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP) GMIN: 1.0E-12 DT4 (105ns) - < 10k ITL1: 500 ITL2: 200 R3 +B ITL4: 10 VS 15V 47k +B R8 2 0 C16 EKMG500ELL222MLP1S + 820 C15 R17 RPER11H104K2K1A01B 20nH 1 Ls1 0 0 C14 R9 1 MMH250K684 4.7k C11 RPER11H104K2K1A01B FET1 R4 75 IC1 D2 D1 IRFIZ24N 220 VR1 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 VAA CSH C1 VB R12 EKMG500ELL100ME11D C4 GND VB R11 10k C9 R13 C2 + R2 1nF IN- HO 10k 22u 10 20nH L1 IN IN- HO Ls2 V1 10u 3k C5 IC = 12.85 R14 7G14N-220-RB R1 IC = 7 1nF COMP VS 4.7 2 OUT + 100k C6 COMP VS R16 1 C3 AMZ0050J102 CSD VCC R18 R19 C7 CSD VCC R15 20nH 10 2.2k - RPER11H103K2K1A01B 10 10u VSS LO 0 Ls3 C12 SPEAKER 0 C8 IC = 10 VSS LO R20 C10 22u MMC250K474 F120A VREF 10 VOFF = 0 10u 3.3k IC = 15 C13 VAMPL = 0 IC = 7 VREF COM 1 MMC400K104 FREQ = 1k R6 8.2k OCSET DT OCSET DT R7 R21 FET2 0 0 0 IRS2092 1.2k 8.2k IRFIZ24N 2 C17 RPER11H104K2K1A01B 20nH + R5 V(DT) Voltage Divider Ls4 0 0 2 1 -B C18 1 Ls5 EKMG500ELL222MLP1S 20nH -B 820 -15V 0 19 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 20. Dead-time DT1(25ns) Spike voltage DT1(25ns) DT1(25ns) 20 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 21. Dead-time DT3(65ns) Spike voltages (Decrease for longer dead time) DT3(65ns) DT3(65ns) 21 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 22. 7. Turn-on transient  Start-up sequencing is achieved through the charging of the CSD voltage (C7). Simulation will show how capacitors are charged to complete the sequence for each capacitance value. R3 +B VS 15V 47k +B R8 2 0 C16 + 820 C15 EKMG500ELL222MLP1S R17 RPER11H104K2K1A01B 20nH 1 Ls1 0 0 C7: 10u, 5u, 1 C14 R9 MMH250K684 and 3.3u F 4.7k C11 RPER11H104K2K1A01B R10 FET1 R4 75 IC1 0.01m D2 IRFIZ24N 220 VR1 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 VAA CSH D1 C1 VB R12 EKMG500ELL100ME11D C4 GND VB R11 10k C9 R13 C2 + R2 1nF IN- HO 10k 22u 10 20nH L1 IN IN- HO Ls2 V1 22u 3k C5 IC = 0 R14 7G14N-220-RB R1 C3 IC = 0 1nF COMP VS 4.7 2 OUT + 100k RPER11H103K2K1A01B C6 COMP VS R16 1 AMZ0050J102 CSD VCC R18 R19 C8 C7 CSD VCC R15 20nH 10 2.2k - VSS LO 8.2k 10 22u 10u 0 Ls3 C12 SPEAKER 0 IC = 0 IC = 0 VSS LO R21 C10 MMC250K474 F120A VREF 10 VOFF = 0 22u C13 VAMPL = 0 VREF COM IC = 0 1 MMC400K104 FREQ = 1k R6 8.2k OCSET DT OCSET DT R7 3.3k FET2 0 0 0 IRS2092 R20 1.2k IRFIZ24N 2 C17 RPER11H104K2K1A01B 20nH + Ls4 0 0 R5 2 1 -B C18 1 Ls5 EKMG500ELL222MLP1S 20nH -B 820 -15V .Options 0 RELTOL: 0.01 VNTOL: 1.0u Analysis ABSTOL: 1n Time Domain (Transient) CHGTOL: 0.01p Run to time: 975ms GMIN: 1.0E-12 Start saving data after: 100n ITL1: 500 Maximum step size: 100u ITL2: 200  Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP) ITL4: 10 22 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 23. Turn-on transient: C7 = 10uF V(VCC,COM) V(VB,VS) V(HO) V(LO) V(VAA) Vth2___ V(CSD) Vth1___ V(VSS) Class D Startup @ 0.976second. 23 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 24. Turn-on transient: C7 = 5uF V(VCC,COM) V(VB,VS) V(HO) V(LO) V(VAA) Vth2 Vth1 V(CSD) V(VSS) Class D Startup @ 0.488second. 24 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009
  • 25. Turn-on transient: C7 = 3.3uF V(VCC,COM) V(VB,VS) V(HO) V(LO) V(VAA) Vth2 Vth1 V(CSD) V(VSS) Class D Startup @ 0.320second. 25 All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2009