¿Es práctico usar MOSFET separados para PWM y control de dirección?

Dichos circuitos pueden utilizarse para el control del motor, pero realmente no recomendaría uno para aplicaciones de audio. Un PWM típico se comportará de forma más lineal cuando esté cerca del ciclo de trabajo del 50%; La linealidad cae mal en los extremos. En un amplificador de clase D, una señal de entrada de cero voltios está representada por una salida de ciclo de trabajo del 50%. Como consecuencia, el punto de cruce por cero, que es donde el oído es más sensible a la distorsión, es donde el circuito se comporta de forma más limpia. Si intenta utilizar un puente H simplemente para cambiar de dirección y un transistor separado para modular la amplitud de salida, será muy difícil lograr cualquier tipo de comportamiento suave cerca del punto de cruce. Esto será especialmente cierto si uno está impulsando una carga reactiva donde el voltaje y la corriente no están en fase. El comportamiento de un amplificador de clase D cuando el voltaje y la corriente están fuera de fase será relativamente limpio y consistente cuando el voltaje pase de positivo a negativo. Por el contrario, en un circuito como el que usted describe, la transición de voltaje positivo a negativo provocará un cambio repentino en la forma en que el circuito maneja las corrientes que fluyen en la carga en el momento del cambio. Con una carga práctica, es probable que tales corrientes existan y sean significativas. Un cambio abrupto en ellos casi seguramente generará distorsión de cruce audible.

Varios comentarios:

1) El IRF6665 no es más rápido ni más eficiente que el FDS8984.

IRF6665 @ Vgs = 10 V:
Rds_on_typ = 53 mohm
Qg_typ = 8.4 nC
Qgd_typ = 2.8 nC

FDS8984 @ Vgs = 4.5 V:
Rds_on_typ = 24 mohm
Qg_typ < 5 nC
Qgd_typ < 2 nC

El FDS supera al IRF en los tres parámetros, por lo que será más rápido y más eficiente. Su IRF es más caro solo porque tiene un índice de voltaje más alto y porque puede disipar más energía.

2) Suponiendo que tuvimos un Q1 rápido y eficiente y más lento y menos eficiente {Q2, Q3, Q4, Q5}:

2.1) No tiene ningún sentido que Q1 tenga una clasificación de voltaje más alta que cada uno de {Q2, Q3, Q4, Q5}. Cada uno de ellos debe soportar una tensión inversa igual a la tensión de alimentación. Te lo explicaré más, si quieres.

2.2) Las pérdidas de capacitores solo ocurren cuando, para un capacitor, su voltaje cambia . Si mantiene Q2 y Q5 siempre ENCENDIDOS, ninguna de sus capacitancias de Cgs o Cgd cambiará de voltaje (vea la figura), y por lo tanto, no incurrirán en pérdidas de conmutación (solo pérdidas óhmicas, debido a Rds_on ). Solo Cgs y Cgd de Q1 cambiarán de voltaje y, por lo tanto, las únicas pérdidas de conmutación ocurrirán allí. Así que sí, al utilizar esa topología, reduce de 2 a 1 el número de transistores que tienen pérdidas de conmutación, en cualquier momento.

2.3) Usted reduce las pérdidas por conmutación, pero aumenta las pérdidas óhmicas. Hablando solo de los últimos, Q2 a Q5 continuarán disipando lo que estuvieran disipando, y agrega un nuevo elemento, Q1, con un Rds_on distinto de cero, y por lo tanto nuevas pérdidas. No siempre será el caso de que tengas un beneficio neto (será para frecuencias altas).

2.4) Nunca había visto eso en audio digital. Apostaría a que el pequeño beneficio en eficiencia (si lo hubiera) no compensaría la complejidad agregada en el control, el precio agregado de Q1 y la distorsión agregada (Q1 no es lineal, y tiene una discontinuidad en su rango central que debe tratar con).

2.5) Los tiempos de subida y bajada serán los de Q1 (y teniendo en cuenta que tiene el Rds_on de tres dispositivos en serie, ahora). Q2 y Q5 no agregarán tiempo de subida / caída, si se mantienen en ON.

Creo que esta es una de esas cosas que podrían dar resultados, pero probablemente no es una cantidad enorme. La ventaja no es obvia de inmediato, y solo se puede aclarar después de una gran cantidad de compras de transistores y cálculos de los beneficios.

A partir de la pregunta, parece que la única razón para hacer esto es ahorrar en el costo de la parte (lo cual es sorprendente, considerando la cantidad de audiófilos que generalmente están dispuestos a desembolsar en el equipo). Por lo tanto, tendrá que estar totalmente seguro de que el transistor + controlador de puerta de alto rendimiento y los 4 transistores de bajo rendimiento realmente son más baratos, y que en realidad no podría abaratar el diseño de 4 transistores simplemente comprando más.

Comenzaría a definir con cuidado la especificación de rendimiento que necesita. Entonces, en realidad, pasa por el tedioso cálculo + bucle de compras. Seleccionando partes para ambos diseños, luego simulándolos en LTSpice para resolver las pérdidas reales, luego probando más partes basadas en los resultados de las simulaciones. Fue el rendimiento dentro de las especificaciones? ¿Qué pasa si cambias un transistor más barato, sigue estando dentro de las especificaciones? etc.

Es un trabajo tedioso, pero la recompensa al final es doble: 1. tener un diseño más óptimo (más barato) y 2. saber que se equivocó con todos los que dicen lo contrario.