Amplificatori in classe D

 

TOPOLOGIA A PONTE INTERO

Molti amplificatori in classe D sono anche implementati usando uno stadio di uscita in configurazione a ponte intero. Un ponte intero utilizza due stadi a semi ponte per pilotare il carico in maniera differenziale. Questo tipo di connessione del carico e' spesso indicata con la sigla BTL (Bridge Tied load). Come mostrato in figura 5, la configurazione a ponte intero lavora alternando il percorso di conduzione attraverso il carico. Questo permette ad una corrente bi-direzionale di scorrere attraverso il carico senza la necessità di alimentazione negative o di capacita per il blocco della componente in continua .

tradizionale stadio di uscita per classe D a ponte intero

 Fig. 5 - tradizionale stadio di uscita per classe D a ponte intero

La figura 6 illustra le forme d'onda di uscita di un amplificatore in classe D basato su PWM con stadio di uscita in configurazione BTL. 

segnali di uscita per un classe D a ponte intero

Fig.6 - segnali di uscita per un classe D a ponte intero

Le forme d'onda di uscita OUT+ e OUT - riferite allo schema di figura 5, sono complementari tra loro e producono un segnale differenziale PWM ai capi del carico. Come per una topologia a semi ponte, un filtro LC esterno e' richiesto all'uscita per estrarre i segnali audio a bassa frequenza ed evitare che l'energia dei segnali ad alta frequenza possa essere dissipata nel carico.  Un amplificatore in classe D a ponte intero condivide gli stessi vantaggi di un amplificatore di classe AB in configurazione BTL, ma aggiunge un alta efficienza in potenza. 
Il primo vantaggio di un amplificatore BTL e' che non richiede un condensatore sulla uscita per il blocco della componente in continua quando si lavora con una sola alimentazione. Lo stesso non e' vero per una topologia a semi ponte perché l'uscita commuta tra VDD e GND e a riposo ha un duty cycle del 50%. Questo vuol dire che ha un offset DC pari a VDD/2. Con un amplificatore a ponte intero, questo offset appare nei due lati del carico e quindi nessuna corrente di offset in continua scorre sul carico. 
Il secondo vantaggio che un classe D e AB  condividono e' che si può duplicare l'ampiezza del segnale di uscita comparandolo ad un amplificatore a semi ponte con la stessa tensione di alimentazione in quanto il carico e' pilotato in maniera differenziale. Questo teoricamente porta ad un incremento 4x della massima potenza rispetto ad un amplificatore a semi ponte che lavora con la stessa alimentazione. Un amplificatore a ponte intero in classe D comunque, richiede il doppio dei MOSFET rispetto ad uno a semiponte. Molti considerano questo come uno svantaggio perché questo significa più perdite di conduzione e commutazione. Comunque questo e' generalmente vero per potenze superiori a 10W per la più alta corrente e tensione in gioco. Per questa ragione gli  amplificatori a semi ponte sono tipicamente usati per applicazioni ad alta potenza per il lieve vantaggio in efficienza. Molti amplificatori a ponte intero mostrano una efficienza in potenza nell'intervallo tra l'80% e l'88% con un carico di 8 ohm.