D类功放原理与设计

1、D类功放原理与设计类功放原理与设计Wu YangboFaculty of information science & technologyNingbo university 2011年年7月月1 概述概述 能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率功率放大电路放大电路，简称，简称功放功放。 功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求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。尽可能大的功率。功放电路的要求：功放电路的要求：Pomax

2、 大，三极管极限工作大，三极管极限工作 = Pomax / PV 要高要高失真要小失真要小1.1 功率放大电路分类功率放大电路分类电路中晶体管的工作状态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）（按一个周期导通的角度大小划分）乙类（乙类（class-B）：）： 180 甲类（甲类（class-A）：）： 360 甲乙类（甲乙类（class-AB）：）： 180 丙类（丙类（class-C）：）： 180 丁类（丁类（class-D）：）： 开关状态开关状态 工作波形工作波形OtiC23ICA类OtiCB类OtiCAB类ICOtiCC类OtiCD类效率低 50% 。效率 78.5%

3、。效率 接近乙类效率 最高。1.2 D类功率放大电路类功率放大电路 D类功放类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。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：类功放的特点：高效；高效；散热小散热小;体积小；体积小；适合大功率放大器。适合大功率放大器。优点：优点：缺点：缺点： 信号失真较为严重。信号失真较为严重。图图1 400W D类功放模块类功放模块2 D类功放电路结

4、构与工作原理类功放电路结构与工作原理2.1 D类功放电路结构类功放电路结构(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的方波(PWM)。(2) 开关放大电路：将输入方波进行功率放大。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低通滤波电路：滤除高次谐波，将放大后的信号加到负载上。上。2.2 D类功放工作原理类功放工作原理简化的简化的D类功放电路结构类功放电路结构fs=1KHz; fT=20KHz 2.3 输出输出PWM信号频谱与低通滤波器信号频谱与低通滤波器(1) 输出输出PW

5、M信号的频谱信号的频谱fc=1KHzfc=8KHz(2) 二阶巴特沃斯低通滤波器二阶巴特沃斯低通滤波器3 D类功放单元电路设计类功放单元电路设计3.1 D类功放总体架构类功放总体架构3.2 PWM调制电路调制电路三角波频率：三角波频率：300KHz600KHz三角波产生电路三角波产生电路:专用芯片专用芯片运放构成的三角波产生电路运放构成的三角波产生电路比较器：比较器：集成电压比较器集成电压比较器LM3113.2 功率输出电路功率输出电路(1) 半桥功率输出电路半桥功率输出电路(2) 全桥功率输出电路全桥功率输出电路(3) 实验室现有的功率实验室现有的功率MOSFETIRF540 IRF640

6、IRF37103.4 MOSFET驱动电路驱动电路 通常采用专用的驱动芯片。实验室现有通常采用专用的驱动芯片。实验室现有IR公司的公司的驱动芯片，具体型号驱动芯片，具体型号: IR2104, IR2110, IR2111.以以IR2104为例说明使用方法。为例说明使用方法。Functional Block DiagramTypical Connection自举电容：钽电解自举电容：钽电解充电二极管：肖特基二极管充电二极管：肖特基二极管203.5 输出滤波电路设计输出滤波电路设计输出滤波器通常选择二阶巴特沃斯输出滤波器通常选择二阶巴特沃斯LC低通滤波器。低通滤波器。（1） 半桥半桥LC滤波器设计滤波器设计归一化传递函数归一化传递函数（2） 全桥全桥LC滤波器设计滤波器设计给定给定RL和和fc, L 、C 参数表参数表（3） 实际的全桥实际的全桥LC滤波器滤波器这两个小电容用来滤除高频噪声，取值为这两个小电容用来滤除高频噪声，取值为20%的的CL。4 性能分析与改善性能分析与改善（1）（2）（3）（4）（5） 功率功率MOS管栅极驱动信号的时序误差是输出信号非线性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。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。驱动信号的死区时间是其中最主要的因素。 1