D类功率放大器

D D 类功率放大器类功率放大器 摘要摘要： 本系统以高效率 D 类功率放大器为核心， 通过将三角波与放大的音频信号相比较 获得 PWM 脉宽调制信号，控制由 MOSFET 管构成的对称 H 桥结构进行功率放大， 再通过 Butterworth 滤波器低通滤波后输出，系统还能够进行功率的测量于显 示。经测试，功率放大器效率达到66%，系统总体比较理想的实现了设计指标的 要求。 关键词关键词：D 类功率放大器、PWM 脉宽调制、H 桥电路，Butterworth 低通滤波器 目录 1方案论证与选择__________________________________________________2 1.1高效率功率放大器类型的选择_______________________________________ 2 1.1.1高效率功率放大器类型的选择 ___________________________________________ 2 1.1.2高速开关电路 _________________________________________________________ 2 1)输出方式 _____________________________________________________________ 2 2)驱动方式 _____________________________________________________________ 3 1.1.3滤波器的选择 _________________________________________________________ 4 2单元电路设计____________________________________________________5 2.1D 类功率放大器电路_______________________________________________ 5 2.1.1D 类放大器的工作原理： _______________________________________________ 5 2.1.2三角波发生电路 _______________________________________________________ 6 2.1.3比较器: ______________________________________________________________ 7 2.1.4音频信号前置放大器： ________________________________________________ 10 2.1.5开关放大电路： ______________________________________________________ 10 1)驱动电路： __________________________________________________________ 10 2)H 桥互补对称输出电路： ______________________________________________ 10 2.1.6低通滤波器： ________________________________________________________ 11 信号变换电路____________________________________________________ 12 功率测量及显示电路______________________________________________ 12 2.2 2.3 3 4 5 软件设计_______________________________________________________12 系统测试及改进方案_____________________________________________12 结论___________________________________________________________14 参考文献___________________________________________________________14 附录 1 主要元器件清单 _______________________________ 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 附录 2 程序清单 _____________________________________ 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 附录 3 印制版图 _____________________________________ 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 1 附录 4 系统使用说明 _________________________________ 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 1方案论证与选择方案论证与选择 根据题目要求，本系统由功率放大部分和两部分组成，原理方框图如图 下面分别对各部分电路的设计方案进行论证与比较。 1.1 高效率功率放大器 1.1.1高效率功率放大器类型的选择 方案一：采用A 类、B 类、AB 类功率放大器。这三类功率放大器的功率均达 不到题目要求。 方案二：采用 D 类功率放大器。D 类放大器利用脉宽调制技术，把模拟音频 信号的幅度调制为一系列矩形脉冲的宽度，再通过功率输出管进行放大，最后经 过 LC 低通滤波器后输出音频信号。输出功率管工作在开关状态，损耗小，效率 高，理论上可以达到 100%，实际电路也可以达到 80%-90%。 比较后，选择 D 类功率放大器。 1.1.2高速开关电路 1) 输出方式 方案一：采用推挽单端输出方式，如图所示，电路输出信号的峰-峰值不可 能超过电源电压Vcc，输出功率难 以提高。 2 方案二：选用 H 桥的输出方式（如图所示） 。此方式浮动输出载波峰-峰值可 达 2Vcc，充分利用了电源电压，有效提高了输出效率，故选用这种电路形式。 2) 驱动方式 方案一： 通过三极管构成反向器电路，互补的两路信号分别驱动两个推挽结 构，输出两路驱动信号 PW1 和 PW2，送往开关功率管进行开关控制。使用推挽结 构目的是在短时间内提供较大电流。实际中，对该电路进行了测试，发现两路 PWM 信号波形不互补对称，偏差较大，而未经反向的波形良好，反向后的高电平 时间变窄约 1.5us（为反相器上跳变响应延时） ，下跳变时间正常。不能满足控 制需要。 3 方案二：利用反向器集成芯片 74HC14 实现 PWM 信号的反向，输出两路互补 的驱动信号 PW1 和 PW2，送往开关功率管进行开关控制。为提供较大驱动电流， 将反向器并联使用，实际测试中测得信号的高低电平转换的延时时间约为 500ns, 且两路信号互补对称。 方案三：利用反向器集成芯片 74HC14 实现 PWM 信号的反向，互补的两路信 号分别驱动两个推挽结构，输出两路驱动信号PW1 和 PW2，送往开关功率管进行 开关控制。为提供较大驱动电流，将反向器并联使用。方案三综合了前两个方案 的优点，实际测试中效果良好，信号的高低电平转换的延时时间约为 2