D类功放电路介绍(入门基础精彩-).doc
《D类功放电路介绍(入门基础精彩-).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《D类功放电路介绍(入门基础精彩-).doc(12页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、传统的音频功率放大器有传统的音频功率放大器有 a 类、类、ab 类、类、b 类、类、c 类等几种,其功率类等几种,其功率放大器件(电子管、晶体管、场效应管、集成电路等)均工作于线放大器件(电子管、晶体管、场效应管、集成电路等)均工作于线性放大区域,属线性放大器,其效率普遍不高,通常性放大区域,属线性放大器,其效率普遍不高,通常 ab 类放大器的类放大器的效率不会超过效率不会超过 60%。采用。采用 d 类开关放大电路可明显提高功放的效率。类开关放大电路可明显提高功放的效率。d 类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲,控制类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲,控制功率管
2、以相应的频率饱和导通或截止,功率管输出的信号经低通滤功率管以相应的频率饱和导通或截止,功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状波器驱动扬声器发声。因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态,功率损耗很小,其效率可达态,功率损耗很小,其效率可达 90%以上。典型的以上。典型的 d 类功放可提供类功放可提供200w 输出,效率达输出,效率达 94%,谐波失真在,谐波失真在 1%2.8%。d 类功放保真度类功放保真度不如线性放大器,但在很多场合已能满足要求,例如汽车音响系统不如线性放大器,但在很多场合已能满足要求,例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于只要
3、求低功率输出时失真小于 2%,满功率输出时小于,满功率输出时小于 5%,而且经,而且经过改进过改进 d 类功放的性能还将有所提高。另外,类功放的性能还将有所提高。另外,d 类功放不存在交越类功放不存在交越失真。失真。d 类开关放大器的概念源于类开关放大器的概念源于 50 年前,但因其工作频率至少应年前,但因其工作频率至少应为音频信号上限频率(为音频信号上限频率(20khz)的)的 45 倍,早期采用电子管、晶体管倍,早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。20 世纪世纪 80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的年代
4、出现了开关速度和导通损耗满足要求的 mosfet,近年来又出现,近年来又出现了集成前置驱动电路,如了集成前置驱动电路,如 harris 公司的公司的 hip4080,从而推动了,从而推动了 d 类类功放的实用发展。功放的实用发展。d 类功放所用的类功放所用的 mosfet 为为 n 沟道型,因为沟道型,因为 n 型沟型沟道道 mosfet 的导通损耗仅为相应规格的的导通损耗仅为相应规格的 p 沟道沟道 mosfet 的的 1/3。d 类开类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成,图成,图 1(a)所示的电路为采用
5、半桥驱动的所示的电路为采用半桥驱动的 d 类功放,它采用了固定类功放,它采用了固定频率的占空比调制器,功率管输出的方波信号与音频信号混合作为频率的占空比调制器,功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。积分器兼有滤波作用,输出修正信号送占负反馈信号送入积分器。积分器兼有滤波作用,输出修正信号送占空比调制器,占空比调制器由比较器和三角波发生器组成空比调制器,占空比调制器由比较器和三角波发生器组成图图 1(b),用修正信号对三角波进行调制产生调制输出,推动功率管工作。负用修正信号对三角波进行调制产生调制输出,推动功率管工作。负反馈应取自低通滤波器之前,否则因滤波后的信号与输入的信
6、号有反馈应取自低通滤波器之前,否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差(二阶滤波器可能引起相位差(二阶滤波器可能引起 180的相位差)的相位差) ,可能引起电路自激,可能引起电路自激,需采用复杂的相位补偿电路。需采用复杂的相位补偿电路。驱动功率管的调制驱动功率管的调制信号为占空比随音频输入信号变化的方波,半桥驱动电路以相反的信号为占空比随音频输入信号变化的方波,半桥驱动电路以相反的相位驱动两个功率管,一个导通时另一个截止。采用方波驱动是为相位驱动两个功率管,一个导通时另一个截止。采用方波驱动是为了使了使 mosfet 尽可能地改变工作状态,减少其处于线性放大区的时间,尽可能地改变工作状态,减少其
7、处于线性放大区的时间,从而减少热损耗,提高效率。该电路的效率主要取决于功率管的开从而减少热损耗,提高效率。该电路的效率主要取决于功率管的开关损耗和导通损耗。输出滤波器将方波转变为放大的音频信号,推关损耗和导通损耗。输出滤波器将方波转变为放大的音频信号,推动扬声器发声。图动扬声器发声。图 2 为全桥驱动为全桥驱动 d 类功放的原理简图。全桥驱动电类功放的原理简图。全桥驱动电路中负载上的电压峰峰值两倍于电源电压,因而可用单电源代替半路中负载上的电压峰峰值两倍于电源电压,因而可用单电源代替半桥驱动电路中的双电源供电。全桥驱动与半桥驱动电路工作原理相桥驱动电路中的双电源供电。全桥驱动与半桥驱动电路工作
8、原理相似,但采用了四个似,但采用了四个 mosfet。反馈网络中的滤波电路也有所不同,该。反馈网络中的滤波电路也有所不同,该电路中负载采用浮动接法,需要两个低通滤波器来消除载波。四个电路中负载采用浮动接法,需要两个低通滤波器来消除载波。四个功率管两两成对工作,为防止短路,驱动电路在关断一对功率管后功率管两两成对工作,为防止短路,驱动电路在关断一对功率管后过一段时间才开启另一对功率管。全桥中的功率管只需承受半桥中过一段时间才开启另一对功率管。全桥中的功率管只需承受半桥中一半的电压,其导通损耗比半桥电路要小,这是因为一半的电压,其导通损耗比半桥电路要小,这是因为 mosfet 导通时导通时的漏源电
9、阻的漏源电阻 rds(on)与漏源电压与漏源电压 bvdss 不成线性关系,串联的两个不成线性关系,串联的两个mosfet 总的总的 rds(on)比比 bvdss 增加一倍时单管的增加一倍时单管的 rds(on)小。小。图图 全桥驱动全桥驱动d 类功放电路简图功率管的选择需要考虑以下几点:峰值工作电压、类功放电路简图功率管的选择需要考虑以下几点:峰值工作电压、工作电流、开关速度、开关损耗、导通损耗。峰值工作电压和电流工作电流、开关速度、开关损耗、导通损耗。峰值工作电压和电流决定了决定了 mosfet 的规格,开关损耗、导通损耗及输出滤波损耗决定了的规格,开关损耗、导通损耗及输出滤波损耗决定了
10、输出级的效率。计算公式如下输出级的效率。计算公式如下例如,要在例如,要在 8 负载上获得负载上获得 100w 输出,输出,vp 为为 40v,ip 为为 5a,考,考虑到工作电压应留虑到工作电压应留 25%的裕量,相应的的裕量,相应的 mosfet 规格为规格为 50v/5a。选择。选择内部包含一个具有较短反向恢复时间的二极管的内部包含一个具有较短反向恢复时间的二极管的 mosfet 可减小开关可减小开关损耗,目前较快的反向恢复时间约损耗,目前较快的反向恢复时间约 100ns。较低的工作频率、较小。较低的工作频率、较小的栅的栅源电容及较高驱动能力的驱动电路都有助于减小开关损耗。源电容及较高驱动
11、能力的驱动电路都有助于减小开关损耗。工作频率过低会使输出滤波器的设计变得困难,过高又会导致开关工作频率过低会使输出滤波器的设计变得困难,过高又会导致开关损耗增加并产生射频干扰及电磁干扰,因此选择工作频率时需要综损耗增加并产生射频干扰及电磁干扰,因此选择工作频率时需要综合考虑。解决了开关损耗问题之后,合考虑。解决了开关损耗问题之后,d 类开关放大器的效率主要取类开关放大器的效率主要取决于功率管的导通损耗,换言之,选用决于功率管的导通损耗,换言之,选用 rds(on)较小的较小的 mosfet 可提可提高放大器的效率。例如,高放大器的效率。例如,mosfet 的的 rds(on)为为 200m,放
12、大器效率,放大器效率比理想状态下降比理想状态下降 5%,公式如下,公式如下=2xrds(on)/zl=0.4/8=0.05 式中因子式中因子 2对应于全桥驱动电路。同样,当对应于全桥驱动电路。同样,当 rds(on)为为 80m 时,效率损失只时,效率损失只有有 2%,也就是说效率取决于器件的制造工艺。图,也就是说效率取决于器件的制造工艺。图 3 所示为图所示为图 2 中中反馈网络的电路,功率管输出信号经反馈网络的电路,功率管输出信号经 ic1c 处理成为反馈信号,其幅处理成为反馈信号,其幅值约为输出信号的值约为输出信号的 1/11。音频输入信号经缓冲放大器。音频输入信号经缓冲放大器 ic1b
13、 放大,与放大,与反馈信号一同送至积分器反馈信号一同送至积分器 ic1a,经处理产生修正信号送图,经处理产生修正信号送图 3 中驱动中驱动ic 的比较器反相输入端,从而产生调制输出。图的比较器反相输入端,从而产生调制输出。图 3 中还有另一路反中还有另一路反馈取自电流采样电阻,驱动馈取自电流采样电阻,驱动 ic 据此对据此对 mosfet 作过流保护。作过流保护。图图 全桥驱动全桥驱动 d 类功放反馈网络电路该放大器的输出采用了两个类功放反馈网络电路该放大器的输出采用了两个巴特沃斯滤波器为负载提供音频驱动电流,巴特沃斯滤波器保证了巴特沃斯滤波器为负载提供音频驱动电流,巴特沃斯滤波器保证了全频段
14、内的平滑频响,可使放大器具有良好的动态响应。图全频段内的平滑频响,可使放大器具有良好的动态响应。图 4 中四中四结巴特沃斯滤波器的截止频率为结巴特沃斯滤波器的截止频率为 30khz,对,对 250khz 载波的衰减为载波的衰减为74db,增加阶数或降低截止频率可更有效地消除载波。巴特沃斯滤,增加阶数或降低截止频率可更有效地消除载波。巴特沃斯滤波器工作时要求负载为恒定值,而扬声器在高频下将处于失控状态,波器工作时要求负载为恒定值,而扬声器在高频下将处于失控状态,因此扬声器两端并联了因此扬声器两端并联了 rc 滤波网络补偿,以保证高频时电路的稳定。滤波网络补偿,以保证高频时电路的稳定。图图 截止频
15、截止频率为率为 30khz 的四阶巴特沃斯滤波器该放大器驱动的四阶巴特沃斯滤波器该放大器驱动 4 负载输出负载输出 100w时,信号频率时,信号频率 8khz 以下的失真(以下的失真(thd+n)不到)不到 1%,如图,如图 5(a)所示,所示,信号频率超过信号频率超过 8khz 时,放大器的非线性度增大,时,放大器的非线性度增大,thd+n 也随之增加,也随之增加,在在 12khz 处达到最大处达到最大(2.8%),超过,超过 12khz,输出滤波器开始发挥作,输出滤波器开始发挥作用,用,thd+n 也随之下降。在通常工作的小功率情况下,失真状况有也随之下降。在通常工作的小功率情况下,失真状
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 功放 电路 介绍 入门 基础 精彩
限制150内