1、毕业论文文献综述 电子信息工程 D类功率放大器的实现方法综述 摘要 ： D类放大器具有高效率、低功耗的优点 ,因此在便携式设备中得到广泛应用 。 本文介绍了多种D类功率放大器的实现方法。 关键词 ： D 类功率放大器； PWM 调制 1.概述 音频放大器已经快有一个世纪的历史了 ,最近几年 ,电子产品正在向薄型化、便携式迅速发展。音质好、电源效率高、发热少的 D类放大器成为市场的需求。并且由于 D类放大器的耗电低、发热少等诸多特点 ,越来越得到日益强调环保的市场的认同 1。国际上加紧了对 D类功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展 2。几家著名的研究机构和公司已试验性地向市场提供了 D类音
2、频功率放大器的评估模块和技术。这一技术一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子工业、商业界的特别关注。不久的将来， D类音频功率放大器必然取代传统的模拟音频功率放大器。 2 D类功率放大器的实现 2 1全桥 D类功率放大器 1 D类放大器的架构有对称与非对称两大类 ,在此讨论的 D类功放针对的是对功率、体积都非常敏感的便携式应用 ,因此采用全电桥的对称型放大器 ,以充分利用其单一电源、系统小型化的特点。全桥 D类放大器原理框图如 图 1所示 电 压 放 大 器三 角 波 发 生 器驱 动 电 路驱 动 电 路开 关 放 大 电 路开 关 放 大 电 路滤 波 电
3、 路滤 波 电 路音 频 输 入+图 1 全桥 D 类放大器原理 全桥 D类放大器 采用了由比较器和三角波发生器组成的固定频率的 PWM电路 ,用输入的音频信号幅度对三角波进行调制 ,得到占空比随音频输入信号幅度变化的方波 ,并以相反的相位驱动上下桥臂的功率管 ,使功率管一个导通时另一个截止 ,再经输出滤波器将方波转变为音频信号 ,推动扬声器发声 3。采用全桥的 D类放大器可以实现平衡输出 ,易于改善放大器的输出滤波特性 ,并可减少干扰。全桥电路负载上的电压峰峰值接近电源电压的 2倍 ,可采用单电源供电。 实现时 ,通常采取 2路输出脉冲相位相反的方法。其输出电压是叠加变大的 ,经过低通滤波器
4、后 ,仍存在较大的负载电流 ,特别当滤波器设计不好时 ,流过负载的电流就会更大 ,从而导致负载损耗大 ,降低放大器效率。 2 2半桥 D类功率放大器 半桥 D类功率放大器 4包括一个脉宽调制器，两个输出 MOSFET和外部低通滤波器 (FL 和 FC )。如图 2所示， P沟道和 n沟道 MOSFET用作电流导向开关，将其输出节点交替连接至 DDV 和地。 由于输出晶体管使输出端在 DDV 或地之间切换，所以 D类放大器的最终输出是一个高频方波。大多数 D类放大器的开关频率 (swf)常在 250kHz 1 5MHz之间。音频输入信号对输出方波进行脉宽调制，音频输入信号与内部振荡器产生的三角波
5、 (或锯齿波 )进行比较，可得到 PWM信号。这种调制方式通常被称作“自然采样”，其中三角波振荡器作为采样时钟。方波的占空比与输入信号电平成正比。没有输入信号时，输出波形的占空比为 50%。 图 2 半桥 D 类功率放大器 2.3基于 -调制的闭环 D类 放大器 -调制技术 5通过噪声成型可以对由粗略模数转换器引入的量化噪声的低频分量进行抑制 ,从而降低带内噪声能量 ,提高信噪比。因此 ,越来越多的开环 D类放大器的调制电路采用 -调制技术 5。将开环 D类放大器置于 -调制器的环内 , 取代其反馈回路中的 1位数模转换器 (如图 3所示 ) ,使 -调制对开环 D类放大器产生的非线性和噪声起
6、抑制作用。 图 3 基于 - 调制的闭环 D 类 放大器 德州仪器 (TI)的数字输入 20W立体声 D类扬声放大器 TAS5706采用闭环反馈技术 芯片如图 4所示 ，7采用闭环反馈技术， 具有数字化的反馈和 音频处理功能，包括二阶滤波器、动态范围控制 (DRC)、音量控制、数字音效等，可组成多种配置方式。 图 4 TAS5706芯片 TAS5706实现了出色的电源抑制比 (PSRR)，可补偿电源纹波对功放的影响，降低耦合至音频段的电源噪声，放宽了对电源的要求，在电压波动时也可保持恒定的输出功率，允许工程师 设计更低成本的电源。 TAS5706可提供灵活的输出配置，以便使制造商能以统一的平台
7、满足不同产品的需求。除了立体声、四声道与 2.1输出配置外，它还支持 PWM耳机与低音炮输出。 2.4基于二阶 -2调制的 D类放大器 8 一阶 -2调制 D类放大器虽然能衰减噪声 ,提高信噪比、总谐波失真等参数 ,但是对于一些应用于高保真音响系统的 D类放大器 ,它对输出的噪声和非线性的抑制还是不够。因此 ,本文献在二 阶 -2调制的基础上 ,设计了一种全新的二阶 -2调制 D类放大器 ,电路主要由两个积分电路和两个反馈环路构成二阶 -2调制 ,结构框图如图 5所示 + _ P W MN o n o v e rL a p C t r lHB r i d g eT r iG e n e r a
8、 t o rG a i n+ _a 1 a 2V mV 3图 5 二阶 -2调制的 D 类放大器框图 与传统的一阶 -2调制相比 ,二阶 -2调制的优点是增强了对噪声的抑制能力 ,提高了信噪比 ,使其满足高保真音响系统的应用。 2.5互补对称式 D类放大器 互补对称式 D类放大器如图 6所示 6抑制输出纹波作用明显 4,由于同样获得了单极性 PWM脉冲 ,转换效率与单极性脉冲控制相当 ,同时降低了对滤波电路的要求 ,即使采样频率较低仍能输出较理想的波形。应用时可灵活选用全桥或半桥电路 , 由于每个 D类放大器都可引入负反馈 ,因此总体失真较小。 开关放大滤波电路滤波电路开关放大三 角 波发 生
9、 器_+_+R 3R 1R 2C 1C 2R 4正弦波图 6 互补对称式 D类放大器 3.总结 随着 PWM调制器技术和扩频技术的应用， D类放大器将在音频功放应用领域盛行起来。现代 D类放大器除具有 AB类放大器的所有优点 (即良好的线性和最小的电路板空间 )外，更具有高效、低功耗等优点 9。 D类放大器的可选择范围正在不断扩大，使得各种消费类终端设备的设计者可以提高产品的功率性能，同时保持甚至减小产品体积和成本。 D类放大器时代的到来使设计人员能够在产品中实现高性能音频 ，给消费者带来更好的体验。 参考 文献 1 李伟英 .D 类音频功率放大器的研究与实现 J.现代电子技术 ,2008，
10、268(5):152 154 2 张平，朱贵宪 .D 类音频功放知多少 J.电子制作， 2003,2:49 50 3 钟清华，钟国新，李子升，吴锦铭 .D 类音频功率放大器的全桥 PWM 改进方案与实现 J.电声技术， 2004,(07):33 35 4 倪磊 .D 类音频功率放大器的分析和设计要素 J.电子与封装， 2008， 8(06):21 29 5 周小爽 ,何乐年 .基于 -调制的闭环 D 类放大器的系统分析 J.微电子学与计算机，2006,23(05):124 127 6 舒国皓 .互补对称式 D类放大器 J.电声技术 ,2008,32(04):15 18 7 闭环数字输入 D类放大器实现卓越音质 J.电子设计技术， 2008,4,(04) 8 SHEN Xiaofeng,ZHU Can,XU Mingyuan,ZHANG Zhengping.Design of Class-D Amplifier Basedon2(nd)-order -modulation J.Microelectronics,2010,6,40(03):322 324 9 Nicholas Holland.Class-D Amplifiers, Coming of AgeJ.2003,(07):27 28
