D类功放原理与设计学习课程

1、1 概述 能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。 功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。功放电路的要求：Pomax 大，三极管极限工作 = Pomax / PV 要高失真要小第1页/共27页第一页，编辑于星期五：十七点 三十九分。1.1 功率放大电路分类电路中晶体管的工作状态（按一个周期导通的角度大小划分）乙类（class-B）： 180 甲类（class-A）： 360 甲乙类（class-AB）： 180 丙类（class-C）： 180 丁类（class-D）： 开关状态 第2页/共27页第二

2、页，编辑于星期五：十七点 三十九分。工作波形OtiC23ICA类OtiCB类OtiCAB类ICOtiCC类OtiCD类效率低 50% 。效率 78.5% 。效率 接近乙类效率 最高。第3页/共27页第三页，编辑于星期五：十七点 三十九分。1.2 D类功率放大电路 D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。放大元件要么处于截止状态，要么导通状态，晶体管相当于一个理想开关而不消耗能量。在理想情况下，效率为100%。D类功放的特点：高效；散热小;体积小；适合大功率放大器。优点：缺点： 信号失真较为严重。图1 400W D类功放模块第4页/共27页第四页，编辑于星期五：十七点 三十九分。2 D

3、类功放电路结构与工作原理2.1 D类功放电路结构(1) 信号调制电路：模拟信号转换为脉宽与信号幅度成正比的方波(PWM)。(2) 开关放大电路：将输入方波进行功率放大。(3) 低通滤波电路：滤除高次谐波，将放大后的信号加到负载上。第5页/共27页第五页，编辑于星期五：十七点 三十九分。2.2 D类功放工作原理简化的D类功放电路结构第6页/共27页第六页，编辑于星期五：十七点 三十九分。fs=1KHz; fT=20KHz 第7页/共27页第七页，编辑于星期五：十七点 三十九分。2.3 输出PWM信号频谱与低通滤波器(1) 输出PWM信号的频谱第8页/共27页第八页，编辑于星期五：十七点 三十九分

4、。fc=1KHzfc=8KHz(2) 二阶巴特沃斯低通滤波器第9页/共27页第九页，编辑于星期五：十七点 三十九分。3 D类功放单元电路设计3.1 D类功放总体架构第10页/共27页第十页，编辑于星期五：十七点 三十九分。3.2 PWM调制电路三角波频率：300KHz600KHz三角波产生电路:专用芯片运放构成的三角波产生电路比较器：集成电压比较器LM311第11页/共27页第十一页，编辑于星期五：十七点 三十九分。3.2 功率输出电路(1) 半桥功率输出电路第12页/共27页第十二页，编辑于星期五：十七点 三十九分。(2) 全桥功率输出电路第13页/共27页第十三页，编辑于星期五：十七点 三

5、十九分。(3) 实验室现有的功率MOSFETIRF540 IRF640 IRF3710第14页/共27页第十四页，编辑于星期五：十七点 三十九分。3.4 MOSFET驱动电路 通常采用专用的驱动芯片。实验室现有IR公司的驱动芯片，具体型号: IR2104, IR2110, IR2111.以IR2104为例说明使用方法。第15页/共27页第十五页，编辑于星期五：十七点 三十九分。第16页/共27页第十六页，编辑于星期五：十七点 三十九分。Functional Block Diagram第17页/共27页第十七页，编辑于星期五：十七点 三十九分。Typical Connection自举电容：钽电解

6、充电二极管：肖特基二极管20第18页/共27页第十八页，编辑于星期五：十七点 三十九分。3.5 输出滤波电路设计输出滤波器通常选择二阶巴特沃斯LC低通滤波器。（1） 半桥LC滤波器设计归一化传递函数第19页/共27页第十九页，编辑于星期五：十七点 三十九分。第20页/共27页第二十页，编辑于星期五：十七点 三十九分。（2） 全桥LC滤波器设计第21页/共27页第二十一页，编辑于星期五：十七点 三十九分。给定RL和fc, L 、C 参数表第22页/共27页第二十二页，编辑于星期五：十七点 三十九分。（3） 实际的全桥LC滤波器这两个小电容用来滤除高频噪声，取值为20%的CL。第23页/共27页第二十三页，编辑于星期五：十七点 三十九分。4 性能分析与改善（1）（2）（3）（4）（5）第24页/共27页第二十四页，编辑于星期五：十七点 三十九分。 功率MOS管栅极驱动信号的时序误差是输出信号非线性失真的主要来源。驱动信号的死区时间是其中最主要的因素。第25页/共27页第二十五页，编辑于星期五：十七点 三十九分。 1、功率MOS管驱动芯片的选择： 上升，下降时间短，死区时间较