d類高效率音頻功率放大器【文獻(xiàn)綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述電氣工程與自動(dòng)化電氣工程與自動(dòng)化D類高效率音頻功率放大器類高效率音頻功率放大器D類放大器，是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)單元的ONOFF，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的放大器。D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來(lái)。D類放大器在過(guò)去的幾代產(chǎn)品中，已經(jīng)得到了巨大的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者極大地改善了系統(tǒng)的耐用性，并提高了其音頻質(zhì)量。D類放大器的優(yōu)點(diǎn)在傳統(tǒng)晶體管放大器中，輸出級(jí)包含提供瞬時(shí)連續(xù)輸出電流的晶體管。實(shí)現(xiàn)音頻系統(tǒng)放大器許多可能

2、的類型包括A類放大器，AB類放大器和B類放大器。與D類放大器設(shè)計(jì)相比較，即使是最有效的線性輸出級(jí)，它們的輸出級(jí)功耗也很大。這種差別使得D類放大器在許多應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榈凸漠a(chǎn)生熱量較少，節(jié)省印制電路板面積和成本，并且能夠延長(zhǎng)便攜式系統(tǒng)的電池壽命。D類放大器的發(fā)展趨勢(shì)在傳統(tǒng)D類放大器中，用控制器將模擬或數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成PWM信號(hào)，然后經(jīng)由功率后端設(shè)備中的功率MOSFET管放大。這些放大器效率很高，使用很小的散熱器或根本不需要散

3、熱器，并且降低了對(duì)電源輸出功率的要求。然而，與傳統(tǒng)的AB類放大器相比，它們本身也存在固有的成本、性能和EMI方面的問(wèn)題，解決這些問(wèn)題就是D類放大器的發(fā)展新趨勢(shì)。降低EMI自從D類放大器誕生以來(lái)，由于其自身的軌對(duì)軌（railtorail）供電開(kāi)關(guān)特性，而引起的大量輻射EMI，就一直困擾著系統(tǒng)設(shè)計(jì)者，這將使設(shè)備無(wú)法通過(guò)FCC和CISPR認(rèn)證。在D類調(diào)制器中，通過(guò)將音頻信號(hào)與高頻固定頻率信號(hào)比較，并將結(jié)果在固定頻率的載波上調(diào)制，數(shù)字音頻信號(hào)被

4、轉(zhuǎn)換成了PWM信號(hào)。形成的信號(hào)是可變脈寬的固定載波頻率（通常在幾百kHz），然后由高壓功率MOSFET對(duì)這些PWM信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的PWM信號(hào)再通過(guò)低通濾波器去掉載頻，恢復(fù)出原始基帶音頻信號(hào)。雖然這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很有效，但它也導(dǎo)致一些不希望的后果，如大量的輻射EMI。由于調(diào)制器采用固定頻率載波，因此將產(chǎn)生基載波的多次諧波輻射。而且，由于PWM信號(hào)自在啟動(dòng)時(shí)，隔直流電容必須被充電到偏置點(diǎn)（高壓供電干線電壓的一半）。如果輸出信號(hào)沒(méi)有從地電位

5、上升到偏置點(diǎn)，就會(huì)在揚(yáng)聲器中產(chǎn)生很大的“噗”聲（開(kāi)機(jī)沖擊聲）。新型的D類放大器采用預(yù)充電電容使啟動(dòng)時(shí)揚(yáng)聲器保持無(wú)聲。使揚(yáng)聲器在隔直電容充電時(shí)保持無(wú)沖擊聲的方法之一是使用數(shù)字電壓提升技術(shù)，也就是使PWM占空比從非開(kāi)關(guān)狀態(tài)緩慢增加到50％。這將不會(huì)在揚(yáng)聲器中產(chǎn)生較大的“噗”聲，但由于MOSFET開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生大量的瞬態(tài)電流，揚(yáng)聲器也不是沒(méi)有聲音的。使揚(yáng)聲器在隔直電容充電時(shí)保持無(wú)沖擊聲的另一種方法是模擬電壓提升技術(shù)。在這種類型的電壓提升過(guò)程中，一

6、個(gè)電流源將電容充電到偏置點(diǎn)。一旦電容兩端的電壓達(dá)到偏置點(diǎn)，電流源就會(huì)關(guān)閉。電源反饋由于半橋是單端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就不存在差分全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的共模抑制。在一個(gè)全橋放大器中，由于放大器的差分輸出是從同一個(gè)電壓源供電的，公共電壓源上的噪聲將在輸出端抵消。在半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，放大器供電電源上的任何交流紋波噪聲都將直接耦合到輸出端。由于半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)電源供電噪聲的敏感，常常需要提供供電抑制反饋（PSR）電路來(lái)進(jìn)行降噪。模擬D類放大器有許多本身固有的PSR

7、PSR特性，而完全的數(shù)字D類放大器則沒(méi)有。在目前的數(shù)字PSR方案中，通常采用一個(gè)外部的ADC來(lái)監(jiān)視放大器的供電電源。反饋和噪聲抵消處理是在調(diào)制器的數(shù)字域中進(jìn)行的。有些制造商僅將這種反饋方法用于補(bǔ)償那些降低系統(tǒng)性能的從供電干線上耦合進(jìn)PWM輸出端的交流噪聲的影響。另外一些制造商也將其用于補(bǔ)償由于負(fù)載變化而引起的直流供電電壓的改變（電壓降落），例如，低音單元（超重低音揚(yáng)聲器）所需要的快速浪涌電流，或者供電線路的電壓波動(dòng)。交流和直流器件中PS

8、R反饋所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)擴(kuò)展到了全橋放大器，并改善了目前多通道家庭影院放大器中通道間的隔離，在串?dāng)_和線路電壓改變到達(dá)輸出之前有效地抵消了它們。綜上所述，由于D類放大器具有低功耗這一最大的優(yōu)勢(shì)，而且其存在的問(wèn)題也在不斷地得到解決，使其越來(lái)越適合現(xiàn)代人對(duì)音頻放大器高效、節(jié)能和小型化的要求。我相信在不久的將來(lái)，D類音頻功率放大器必將取代傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]童詩(shī)白，華成英模擬電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第三版[M]北京：高等教育出版社