功率电子设计竞赛讲座D－数字功放.ppt

2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,1,2011年大学生电子竞赛培训,功率电子电路设计 主讲：蒋 守 光 电子实验中心,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,2,第 九 部 份 数字功放设计专题,2011年大学生电子竞赛培训,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,3,一、数字功放原理,2011年全国大学生电子竞赛培训,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,4,1、简介 D类放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态。由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率。理论上为100%，实际电路也可达到80%95%。高效D类功放实现电路主要由PWM调制器、高速开关电路组成。,2011年全国大学生电子竞赛培训,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,5,2、原理框图（1）,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,6,原理框图（2）,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,7,二、单元电路设计,1、脉宽调制电路设计 （1）PWM调制,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,8,（2）SPWM调制,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,9,（2）SSPWM调制电路,SSPWM指调制信号正负半周分别进行独立的正弦脉冲调制,实现负极性（低电平脉冲宽度）调制的电平关系和电路结构,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,10,SSPWM调制电路,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,11,设计要点,1、音频信号的电压幅度不能大于载波，否则会使功放产生失真。 2、产生单极性PWM信号比双极性的好，在滤波后产生的纹波小。 3、通过分压电路，分别给同相输入端和反相输入端提供2.5V的静态电位，为精确调整在2.5V电位，应选用精密可调电位器。,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,12,2、载波发生器,采用宽带运放,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,13,设计要点,三角波的幅值为,三角波频率为,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,14,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,15,3、前置放大电路设计,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,16,设计要点,1、选用宽频带、低漂移的运放。对于uA741和OP07在相同输入条件下，当电压增益为100时，对应的带宽为10KHz；对于NE5532，当电压增益为100倍时，带宽为130KHz；对于TLC4502，当电压增益为100倍时，带宽为1.3MHz。 2、整个功放的电压增益程控，在这部分进行音量调节。,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,17,4、整形、延时、驱动及功放输出电路设计,特点：单边驱动 参考电路一：H桥,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,18,适合SSPWM波的脉冲功率电路 参考电路二：,为了采用比较简单的激励电路，SSPWM波的脉冲功率电路选用下图所示结构。电路工作的特点是对角联合激励。,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,19,驱动电路（IR2130）,特点：对角驱动 参考电路三：全桥,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,20,全桥电路,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,21,5. 低通滤波器设计,1）归一化LPF设计方法 归一化低通滤波器设计数据，指的是特征阻抗为 且截止频率为 的基准低通滤波器的数据。 在设计巴特沃思型的归一化LPF的情况下，以巴特沃思的归一化LPF设计数据为基准滤波器，将它的截止频率和特征阻抗变换为待设计滤波器的相应值。,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,22,对滤波器截止角频率的变换是通过先求出待设计滤波器截止角频率与基准角频率的比值M，再用这个M去除滤波器中的所有元件值来计算所需参数，其计算公式如下：,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,23,对滤波器的特征阻抗的变换时通过先求出待设计滤波器特征阻抗与基准滤波器特征阻抗的比值中K，再用这个K去乘基准滤波器中的所有电感元件值和用这个K去除基准滤波器中所有电容元件值来计算所需参数。其计算公式如下 ：,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,24,对于待设计的LPF滤波器而言，其计算公式为： 基准电感、电容如下表所示：,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,25,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,26,归一化LPF设计滤波器的步骤,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,27,2） 参数计算,由设计要求，通频带为300Hz20KHz，滤波器截止频率应为40KHz 。低通滤波器的负载为4 ，故按最大功率传输原则，四阶巴特沃思低通滤波器的特征阻抗选为4 。 截止频率变换 特征阻抗变换 四阶Butterworth低通滤波器的电感电容参数,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,28,四阶Butterworth低通滤波器的归一化LPF基准滤波器的参数，设 得： 待设计LPF的电容参数为 ：,、,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,29,电感采用无损磁芯及细包漆线绕制而成，其电感值可用数字电桥测量仪器测量得到。,，,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,30,6、信号变换电路,电路采用宽带放大器NE5532，增益为1，将功率放大器双端输出的信号转换为单端输出，经RC滤波供外接功率测试用。电路图如下：（双入单出）,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,31,7、功率测量及显示电路,功率测量及显示电路由真有效值转换电路和单片机系统组成真有效值转换器选用高精度的AD637芯片，其外围元件少，频带宽，精度高于0.5%。,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,32,8、短路保护电路,峰值检波电路,取样放大,比较自锁,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,33,三、整机电路欣赏,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,34,1、采用SSPWM调制,2019/6/24,只因准备不足，才导致失败,35,2、三极管、场管混合驱动