D類(lèi)功放的設(shè)計(jì)原理

1、D類(lèi)功放的設(shè)計(jì)原理 在音響領(lǐng)域里人們一直堅(jiān)守著A類(lèi)功放的陣地。認(rèn)為A類(lèi)功放聲音最為清新透明，具有很高的保真度。但是，A類(lèi)功放的低效率和高損耗卻是它無(wú)法克服的先天頑疾。B類(lèi)功放雖然效率提高很多，但實(shí)際效率僅為50左右，在小型便攜式音響設(shè)備如汽車(chē)功放、筆記本電腦音頻系統(tǒng)和專(zhuān)業(yè)超大功率功放場(chǎng)合，仍感效率偏低不能令人滿(mǎn)意。所以，效率極高的D類(lèi)功放，因其符合綠色革命的潮流正受著各方面的重視。由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，原來(lái)用分立元件整理的很復(fù)雜的調(diào)制電路，現(xiàn)在無(wú)論在技術(shù)上還是在價(jià)格上均已不成問(wèn)題。而且近年來(lái)數(shù)字音響技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)D類(lèi)功放與數(shù)字音響有很多相通之處，進(jìn)一步顯示出D類(lèi)功放的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

2、。    D類(lèi)功放是放大元件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。無(wú)信號(hào)輸入時(shí)放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，不耗電。工作時(shí)，靠輸入信號(hào)讓晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，晶體管相當(dāng)于一個(gè)接通的開(kāi)關(guān)，把電源與負(fù)載直接接通。理想晶體管因?yàn)闆](méi)有飽和壓降而不耗電，實(shí)際上晶體管總會(huì)有很小的飽和壓降而消耗部分電能。這種耗電只與管于的特性有關(guān)，而與信號(hào)輸出的大小無(wú)關(guān)，所以特別有利于超大功率的場(chǎng)合。在理想情況下，D類(lèi)功放的效率為100，B類(lèi)功放的效率為785，A類(lèi)功放的效率才50或25(按負(fù)載方式而定)。    D類(lèi)功放實(shí)際上只具有開(kāi)關(guān)功能，早期僅用于繼電器和電機(jī)等執(zhí)行元件的開(kāi)關(guān)

3、控制電路中。然而，開(kāi)關(guān)功能(也就是產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的功能)隨著數(shù)字音頻技術(shù)研守的不斷深入，用于HiFi音頻放大的道路卻日益暢通。20世紀(jì)60年代，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始研究D類(lèi)功放用于音頻的放大技術(shù)，70年代Bose公司就開(kāi)始生產(chǎn)D類(lèi)汽車(chē)功放。一方面汽車(chē)用蓄電池供電需要更高的效率，另一方面空間小無(wú)法放入有大散熱板結(jié)構(gòu)的功放，兩者都希望有D類(lèi)這樣高效的放大器來(lái)放大音頻信號(hào)。其中關(guān)鍵的一步就是對(duì)音頻信號(hào)的調(diào)制。第一部分為調(diào)制器，最簡(jiǎn)單的只需用一只運(yùn)放構(gòu)成比較器即可完成。把原始音頻信號(hào)加上一定直流偏置后放在運(yùn)放的正輸入端，另通過(guò)自激振蕩生成一個(gè)三角形波加到運(yùn)放的負(fù)輸入端。當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時(shí)，比較器

4、輸出為高電平，反之則輸出低電平。若音頻輸入信號(hào)為零、直流偏置置三角波峰值的12，則比較器輸出的高低電平持續(xù)的時(shí)間一樣，輸出就是一個(gè)占空比為1：1的方波。當(dāng)有音頻信號(hào)輸入時(shí)，正半周期間，比較器輸出高電平的時(shí)間比低電平長(zhǎng)，方波的占空比大于1：1；負(fù)半周期間，由于還有直流偏置，所以比較器正輸入端的電平還是大于零，但音頻信號(hào)幅度高于三角波幅度的時(shí)間卻大為減少，方波占空比小于1：I。這樣，比較器輸出的波形就是一個(gè)脈沖寬度被音頻信號(hào)幅度調(diào)制后的波形，稱(chēng)為M(Pulse Modula60n脈寬調(diào)制)或M(N1seDur on Modula60n脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制)波形。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。 

5、   第二部分就是D類(lèi)功放，這是一個(gè)脈沖控制的大電流開(kāi)關(guān)放大器，把比較器輸出的M信號(hào)變成高電壓、大電流的大功率M信號(hào)。能夠輸出的最大功率由負(fù)載、電源電壓和晶體管允許流過(guò)的電流來(lái)決定。    第三部分需把大功率M波形中的聲音信息還原出來(lái)。方法很簡(jiǎn)單，只需要用一個(gè)低通濾波器。但由于此時(shí)電流很大，RC結(jié)構(gòu)的低溫濾波器電阻會(huì)耗能，不能采用，必須使用LC低通濾波器。當(dāng)占空比大于1：1的脈沖到來(lái)時(shí)，C的充電時(shí)間大于放電時(shí)間，輸出電平上升：窄脈沖到來(lái)時(shí)，放電時(shí)間長(zhǎng)，輸出電平下降，正好與原音頻信號(hào)的幅度變化相一致，所以原音頻信號(hào)被恢復(fù)出來(lái)D類(lèi)功放設(shè)計(jì)考慮的角度

6、與朋類(lèi)功放完全不同。此時(shí)功放管的線(xiàn)性已沒(méi)有太大意義，更重要的是開(kāi)關(guān)響應(yīng)和飽和壓降。由于功放管處理的脈沖頻率是音頻信號(hào)的幾十倍，且要求保持良好的脈沖前后沿，所以管子的開(kāi)關(guān)響應(yīng)要好。另外，整機(jī)的效率全在于管子飽和壓降引起的管耗。所以，飽和管壓降小不但效率高，功放管的散熱結(jié)構(gòu)也能得到簡(jiǎn)化。若干年前，這種高頻大功率管的價(jià)格昂貴，在一定程度上阻礙了D類(lèi)功放的發(fā)展?，F(xiàn)在小電流控制大電流的M03FE遼已普通運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域，特別是近年來(lái)UDICM03岡訂已在mFi功放上應(yīng)用，器件的障礙已經(jīng)消除。    調(diào)制電路也是D類(lèi)功放的一個(gè)特殊環(huán)節(jié)。要把201dIz以下的音頻調(diào)制成Pq肋信號(hào)

7、，三角被的頻率至少要達(dá)到加眺5h。頻率過(guò)低達(dá)到同樣要求的11扔標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)無(wú)源比低通濾波器的元件要求就高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。頻率高，輸出波形的鋸齒小，更加接近原波形，貝扔就小，而且可以用低數(shù)值、小體積和精度要求相對(duì)差一些的電感和電容來(lái)制成濾波器，造價(jià)相應(yīng)降低。但此時(shí)晶體管的開(kāi)關(guān)損耗會(huì)隨頻率上升而上升，無(wú)源器件中的高頻損耗、射頻的趨膚效應(yīng)都會(huì)使整機(jī)效率下降。更高的調(diào)制頻率還會(huì)出現(xiàn)射頻干擾，所以調(diào)制頻率也不能高于1MHz。    同時(shí)，三角波形的形狀、頻率的準(zhǔn)確性和時(shí)鐘信號(hào)的抖晃都會(huì)影響到以后復(fù)原的信號(hào)與原信號(hào)不同而產(chǎn)生失真。所以要實(shí)現(xiàn)高保真，出現(xiàn)了很多與數(shù)字音響保真相同的考慮。

8、   還有一個(gè)與音質(zhì)有很大關(guān)系的因素就是位于驅(qū)動(dòng)輸出與負(fù)載之間的無(wú)源濾波器。該低溫濾波器工作在大電流下，負(fù)載就是音箱。嚴(yán)格地講，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把音箱阻抗的變化一起考慮進(jìn)去，但作為一個(gè)功放產(chǎn)品指定音箱是行不通的，所以D類(lèi)功放與音箱的搭配中更有發(fā)燒友馳騁的天地。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)失真要求在05以下時(shí)，用二階BunerworLh最平坦響應(yīng)低通濾波器就能達(dá)到要求。如要求更高則需用四階濾波器，這時(shí)成本和匹配等問(wèn)題都必須加以考慮。    近年來(lái)，一般應(yīng)用的D類(lèi)功放已有集成電路芯片，用戶(hù)只需按要求設(shè)計(jì)低通濾波器即可。上面授到的TPA以舊刃2有2wRIbl3功率

9、輸出462負(fù)載，1HD十N已達(dá)05，是上一世紀(jì)70年代D類(lèi)功放8一10的TI仍川所望塵莫及的。TDA7582提供的功率已高達(dá)23w，足夠任何便擄式音響產(chǎn)品使用。該機(jī)采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，直接把CD輸出的PCM數(shù)字信號(hào)變成PWM碼。這是一種DSP運(yùn)算，只要正確讀出原碼，就可無(wú)誤差地運(yùn)算出新的PVM碼。    TACT公司在這款數(shù)字功放中還采用了公司開(kāi)發(fā)的等比特變換技術(shù)?？驁D中看不到模擬電路的傳統(tǒng)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，它是在DSP中把輸出脈沖的寬度進(jìn)行再計(jì)算，然后去補(bǔ)償從抓rM變換到模擬輸出時(shí)出現(xiàn)的非線(xiàn)性失真。變換器也采用了CD的超取樣和噪聲整形技術(shù)。先把PCM信號(hào)通過(guò)八倍超取樣數(shù)

10、字濾波器，然后把數(shù)據(jù)的16Nt字長(zhǎng)截尾到8bit，以重建動(dòng)態(tài)范圍。而從截去的最后8bit中產(chǎn)生一個(gè)校正信號(hào)，用以進(jìn)行噪聲和失真的補(bǔ)償，最終把噪聲和失真推到可聽(tīng)域以外的頻段。    從PCM碼直接變換到PWM碼的一大好處是CD的數(shù)碼輸出不再需要進(jìn)行DA變換。無(wú)論從降低造價(jià)還是“簡(jiǎn)單即好”的發(fā)燒理念來(lái)看都是有利的。DA變換器是影響數(shù)字音頻還原質(zhì)量的一大關(guān)鍵，而“黃金時(shí)代”的D類(lèi)功放把CD解碼器的整個(gè)工序完全頂替，對(duì)整個(gè)還原系統(tǒng)的保真度十分有利?！包S金時(shí)代”功放只有數(shù)字音頻輸入口，不設(shè)模擬輸入，要求周邊設(shè)備定位檔次較高。對(duì)于數(shù)字音頻直接由轉(zhuǎn)盤(pán)供給信號(hào)，不考慮中低檔CD唱

11、機(jī)輸入。若是U等模擬音源再后接一個(gè)數(shù)字音頻導(dǎo)向器或A仍轉(zhuǎn)換器等，則可避免系統(tǒng)中出現(xiàn)AD和DA變換等互補(bǔ)的多余環(huán)節(jié)。    但直接數(shù)字輸入需要解決音量控制方法，PCM碼是滿(mǎn)幅度量化的，音量處于0dB位置。    傳統(tǒng)放大器的音量控制是以改變輸入信號(hào)幅度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于D類(lèi)功放來(lái)說(shuō)有以下兩點(diǎn)：第一，必須把PCM碼經(jīng)財(cái)A變換成模擬量再加以衰減：第二，大信號(hào)輸入時(shí)用三角形波對(duì)其調(diào)制，調(diào)制的幅度能充分利用，信噪比最高，而小信號(hào)時(shí)調(diào)制幅度小，調(diào)制噪聲占有的比重上升，可用的動(dòng)態(tài)范圍沒(méi)有充分利用，實(shí)際信噪比較低。    當(dāng)

12、然也可把衰減網(wǎng)絡(luò)放到輸出的大電流電路中，但卻會(huì)白白消耗大量電能，D類(lèi)功放的高效率全部喪失?！包S金時(shí)代”采用改變電源電壓的方法來(lái)控制音量。整機(jī)由開(kāi)關(guān)電源供電，音量調(diào)節(jié)實(shí)際上是通過(guò)改變開(kāi)關(guān)電源振蕩脈沖的占空比來(lái)改變輸出電壓。當(dāng)電源電壓為滿(mǎn)幅度時(shí)，電源通過(guò)低通濾波器加到負(fù)載上的功率最大。若占空比下降到原來(lái)的1煌，電壓就降至原來(lái)的一半，負(fù)載上的功率就降至14。但對(duì)原信號(hào)的調(diào)制還是在滿(mǎn)信號(hào)輸入時(shí)進(jìn)行，所以音頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)、細(xì)節(jié)分辨率都得到充分利用。概述D類(lèi)功放電路工作原理D類(lèi)功放電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。由PWM調(diào)制器、半橋開(kāi)關(guān)器件的MOSFET、LC低通濾波器和揚(yáng)聲器負(fù)載等組成。由圖1中可見(jiàn)，輸出端的PW

13、M信號(hào)，再經(jīng)R1、CR構(gòu)成的積分器反饋后與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，基準(zhǔn)信號(hào)為輸入音頻信號(hào)的取樣信號(hào)，其頻率下限應(yīng)是最高音頻信號(hào)頻率的兩倍以上，上限為500kHZ。輸出端LC組成的低通濾波器濾除輸出信號(hào)中的調(diào)制脈沖信號(hào)成分。D類(lèi)功放的基本電路結(jié)構(gòu)電路設(shè)計(jì)時(shí)，如果取樣頻率選擇不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致輸出波形的變化，動(dòng)態(tài)范圍變窄，工作中當(dāng)電感L出現(xiàn)磁飽和時(shí)，信號(hào)失真度將會(huì)驟然增大。1.補(bǔ)償型PWM調(diào)制方式此調(diào)制方式為PWM常見(jiàn)的類(lèi)型。為了充分抑制PWM方式輸出信號(hào)中的紋波，當(dāng)取樣頻率較高，要求低通濾波器有足夠的帶外衰減量，其中的一種電路如圖2所示。該電路在PWM調(diào)制器中設(shè)置反饋環(huán)路，有效地抑制了輸出信號(hào)中的脈沖成分。

14、輸出端采用小型變換器作為檢測(cè)器件，檢測(cè)出的輸出脈沖信號(hào)與音頻輸入信號(hào)進(jìn)行比較后的誤差信號(hào)對(duì)電壓控制器起反饋調(diào)節(jié)作用，大大減少了殘留的0脈沖成分。圖2中的延時(shí)電路D對(duì)輸入輸出信號(hào)間的延遲進(jìn)行補(bǔ)償；延時(shí)電路T對(duì)PWM調(diào)制和開(kāi)關(guān)器件的延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。圖反饋環(huán)路式PWM調(diào)制方式電路框圖2.調(diào)制方式調(diào)制是1bit調(diào)制的經(jīng)典方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于取樣頻率非常高，量化脈沖分散在很寬的頻帶中，信號(hào)頻帶內(nèi)的脈沖密度低。兩級(jí)量化脈沖發(fā)生電路框圖如圖3所示。圖PWM調(diào)制方式電路框圖量化脈沖發(fā)生器的組合可以降低噪聲。該電路使頻帶內(nèi)的殘余脈沖分布在很寬的頻帶里，在使用濾波器后，抑制噪聲能力大為提高。為了得到更好的動(dòng)態(tài)特

15、性，增加量化次數(shù)是行之有效的方法。圖4(a)是4次量化脈沖發(fā)生器LSI芯片的內(nèi)部電路框圖及應(yīng)用電路。它的輸出失真特性曲線(xiàn)如圖4(b)所示。這種實(shí)用芯片對(duì)D類(lèi)功放的開(kāi)發(fā)和普及大有幫助。該芯片的型號(hào)為L(zhǎng)M4663MT，采用24腳TSSOP封裝。圖次量化脈沖LSI芯片框圖及其失真特性曲線(xiàn) 基于D類(lèi)功放的寬范圍可調(diào)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)摘要：結(jié)合PWM開(kāi)關(guān)電源的原理對(duì)D類(lèi)功放的工作原理進(jìn)行了分析，提出了在D類(lèi)功放基礎(chǔ)上構(gòu)建PWM正負(fù)可調(diào)開(kāi)關(guān)電源的方法，并在成品D類(lèi)功放器件基礎(chǔ)上，成功地實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的開(kāi)關(guān)電源。  關(guān)鍵詞：D類(lèi)功放；PWM開(kāi)關(guān)電源；反饋；穩(wěn)壓 0   

16、引言     很多電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中，都需要各種各樣的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試用通用穩(wěn)壓電源。這一類(lèi)電源要求有較寬的調(diào)節(jié)范圍、一定的輸出功率以及完善的保護(hù)功能。以往的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試用電源，為了實(shí)現(xiàn)輸出的寬范圍調(diào)節(jié)，大多使用基于模擬串、并聯(lián)電路的穩(wěn)壓方式，其效率低下已是人們的共識(shí)。PWM脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)電源的出現(xiàn)，大大提高了電源的效率，可是，現(xiàn)在的PWM開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)用，大多局限在成品電器設(shè)備的固定電壓的輸出模式，其電壓可調(diào)范圍十分有限，而開(kāi)關(guān)電源在通用電源的寬范圍可調(diào)應(yīng)用上并不普遍，特別是在對(duì)稱(chēng)的正負(fù)范圍輸出的可調(diào)應(yīng)用上，即使有這樣的產(chǎn)品其價(jià)格也相對(duì)較高。   

17、  整理結(jié)合PWM開(kāi)關(guān)電源的原理對(duì)D類(lèi)功放的工作原理進(jìn)行了分析，認(rèn)為利用D類(lèi)功放可以在較為經(jīng)濟(jì)的條件下，方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍可調(diào)的PWM開(kāi)關(guān)電源。 1    D類(lèi)功率放大器的工作原理     如圖1所示，D類(lèi)音頻功率放大器由兩部分構(gòu)成。第一部分是輸入比較和PWM信號(hào)形成電路，該電路中的三角波發(fā)生器產(chǎn)生固定頻率和幅度的三角波信號(hào)作為脈寬調(diào)制的比較標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)比較器和輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行比較后輸出PWM信號(hào)，該信號(hào)的脈寬是隨著音頻信號(hào)幅度的變化而成正比例地變化。放大器中的三角波、音頻正弦信號(hào)產(chǎn)生的PWM波形及關(guān)系如圖2所示。第二部分是H

18、橋脈寬功率放大電路和輸出大功率濾波電路，如圖3所示。 圖1    D類(lèi)功放原理框圖 圖2    放大器中的三角波、音頻正弦信號(hào)產(chǎn)生的PWM波形及其相互關(guān)系 圖3    大功率輸出部分（H橋和濾波電路）     第一部分電路得到的PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)整形放大，驅(qū)動(dòng)H橋中與高壓大功率電源相連的的4只大功率CMOS開(kāi)關(guān)管輪流導(dǎo)通，控制末級(jí)電源向負(fù)載提供的電流，從而獲得大功率的PWM信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)負(fù)載前的LC濾波器，利用電感電容的充放電效應(yīng)在負(fù)載上獲得大功率的音頻信號(hào)。D類(lèi)功放中H橋輸

19、出的穩(wěn)定程度，決定于給H橋供電電源的穩(wěn)定性，故在D類(lèi)功放末級(jí)必須使用穩(wěn)壓電源。 2    在D類(lèi)功率放大器原理基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)制開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)思路     從上面分析D類(lèi)功率放大器的工作原理可以得出下述幾點(diǎn)推理。     1）當(dāng)在音頻輸入端送入的信號(hào)是一個(gè)固定的直流電壓值時(shí)，將在功放的輸出端得到一個(gè)固定的電壓輸出值。與音頻功放的情況不同，是從不穩(wěn)定的大功率電源獲得穩(wěn)定的電壓輸出，即在H橋上連接的不是已經(jīng)穩(wěn)壓的電源，而是僅僅經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單整流濾波的非穩(wěn)壓電源。在輸入信號(hào)足夠穩(wěn)定的情況下，輸出電壓的相對(duì)穩(wěn)定要依靠

20、輸出和輸入之間構(gòu)建合適的反饋回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。     2）當(dāng)在輸出端接上一個(gè)電位器調(diào)節(jié)放大器的輸入信號(hào)在一個(gè)正負(fù)范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，放大器的輸出也在給H橋供電的電源的正負(fù)幅值之間發(fā)生著變化，輸入的一個(gè)很小的變化就可以在輸出獲得較大的從負(fù)到正的電壓調(diào)整范圍，故實(shí)現(xiàn)寬范圍正負(fù)電壓輸出調(diào)節(jié)也是可能的。     3）由于電源設(shè)計(jì)是基于D類(lèi)功放的，是工作在PWM的方式下，與PWM開(kāi)關(guān)電源有相同的能量利用效率。     基于上述思路，設(shè)計(jì)出電路的原理框圖如圖4所示。 圖4    D類(lèi)功放開(kāi)關(guān)電

21、源框圖 3    在D類(lèi)放大器的基礎(chǔ)上進(jìn)行可調(diào)穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 31    PWM脈沖基本頻率的設(shè)定     由于D類(lèi)功放的PWM信號(hào)頻率基于三角波發(fā)生器的頻率，而且是為音頻信號(hào)服務(wù)的，所以，三角波和PWM頻率一般都設(shè)計(jì)得較高，為150500kHz，這使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓的紋波小，電源的紋波系數(shù)高。因此，這一部分仍然使用原來(lái)的三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì)，可以不改動(dòng)原來(lái)的核心電路，特別是在使用成品D類(lèi)功放電路構(gòu)造開(kāi)關(guān)電源時(shí)可以不改動(dòng)原電路。     如果不用成品D類(lèi)功放電路構(gòu)造開(kāi)關(guān)電源

22、，可以使用LM556等電路來(lái)構(gòu)造三角波發(fā)生器，具體電路及振蕩頻率的計(jì)算已有很多資料介紹，不再贅述。     三角波的輸出應(yīng)有足夠的幅度，一般選±VPP=±（35）V，以給比較電路足夠的信號(hào)強(qiáng)度。 32    電壓調(diào)整部分的設(shè)計(jì)     電壓調(diào)整部分的設(shè)計(jì)就是要改造原來(lái)的D類(lèi)功放的輸入端，即去掉原來(lái)的輸入耦合電容，把一個(gè)可調(diào)穩(wěn)壓電路（如圖5所示）的輸出連接到輸入端，代替原來(lái)的音頻信號(hào)，使原來(lái)的功放輸入信號(hào)Vin=（VWVf）可以隨著WR的調(diào)節(jié)在正負(fù)區(qū)間變化。 圖5  

23、  電壓調(diào)節(jié)與采樣穩(wěn)壓部分電路設(shè)計(jì)圖 33    穩(wěn)壓部分電路的設(shè)計(jì)     作為一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，應(yīng)具有足夠的電壓穩(wěn)定度，這就要有采樣電路在輸出端進(jìn)行電壓采樣，并經(jīng)過(guò)反饋電路反相回送到輸入端，通過(guò)對(duì)輸入直流電壓大小的控制完成電源的PWM脈寬調(diào)節(jié)，控制輸出電壓穩(wěn)定在WR調(diào)節(jié)設(shè)定的電壓值上，電壓采樣與反饋實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)如圖5所示。     穩(wěn)壓工作原理可分析如下：     在D類(lèi)功放輸入端送入一個(gè)直流電壓，在輸出端得到一個(gè)濾波后的直流電壓，輸入端的正負(fù)變化將在輸出的正負(fù)相端

24、得到對(duì)應(yīng)的正負(fù)電壓輸出，從而在采樣電路的Ro上獲得一個(gè)電壓降VR，VR經(jīng)反相放大后再和參考電壓進(jìn)行疊加，形成輸入端的調(diào)節(jié)電壓Vin，送入D類(lèi)功放的輸入端。例如，當(dāng)輸出電壓的絕對(duì)值增加，則有     VRVfVin=VWVfPWM正或負(fù)相脈寬變窄輸出濾波后電壓Uout降低穩(wěn)壓。反之亦然。 34    輸出濾波電路部分的設(shè)計(jì)與改造     D類(lèi)功放的輸出通過(guò)H橋直連濾波電路，因此，在一定條件下運(yùn)用時(shí)可以省去開(kāi)關(guān)變壓器，降低整個(gè)電路的成本。     D類(lèi)功放的輸出濾波器參數(shù)（濾波電

25、感L、濾波電容C）的大小是按照音頻輸出要求選定的，故其輸出截止頻率f較高，一般在20kHz以上。但運(yùn)用到電源電路上,輸出的是一個(gè)直流電壓信號(hào)，所以，截止頻率應(yīng)該很低，故濾波電感L和濾波電容C都取得較大，這可以參照一般的PWM開(kāi)關(guān)電源的參數(shù)，比如濾波電容的容量要達(dá)到1000F以上，以盡量地濾除交流信號(hào)。這一部分的電路如圖6所示。 圖6    輸出濾波部分電路結(jié)構(gòu) 35    基于D類(lèi)功率放大器的開(kāi)關(guān)電源整體電路設(shè)計(jì)     根據(jù)上述分析與設(shè)計(jì)構(gòu)成的，基于D類(lèi)功率放大器的開(kāi)關(guān)電源整體電路設(shè)計(jì)如圖7所示，對(duì)應(yīng)的

26、輸入端的可調(diào)電壓信號(hào)、三角波及PWM波形、輸出PWM電壓波形以及濾波輸出電壓波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖8所示。 圖7    基于D類(lèi)功率放大電路開(kāi)關(guān)電源電路圖 (a)    三角波發(fā)生器輸出 (b)    Vin>0、Vout>0，PWM波形和負(fù)載上的電壓波形 (c)    Vin<0、Vout<0，PWM波形和負(fù)載上的電壓波形 圖8    輸入端的可調(diào)電壓信號(hào)、三角波及PWM波形、輸出PWM電壓波形、 濾波輸出電壓波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系

27、     由此可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)D類(lèi)功放的開(kāi)關(guān)電源的改造構(gòu)成了一個(gè)實(shí)用的PWM開(kāi)關(guān)電源。 4    D類(lèi)功率集成電路在實(shí)用寬范圍可調(diào)PWM開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)用實(shí)踐與分析     當(dāng)前的D類(lèi)功率放大器集成電路（包括前端控制電路和后級(jí)H橋）種類(lèi)繁多，功能完善，放大器內(nèi)部已具有完善的誤差反饋放大電路、保護(hù)電路、三角波發(fā)生器和比較器等。為開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、功能完善的通用開(kāi)關(guān)電源提供了極大的方便。     圖9就是在利用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司新推出的LM4651和LM4652設(shè)計(jì)的D類(lèi)超低音功率放大器電路

28、基礎(chǔ)上，改造成的一款通用開(kāi)關(guān)電源的實(shí)驗(yàn)電路（其中的括號(hào)內(nèi)的元件參數(shù)是按電源運(yùn)用而使用的）。 圖9    用LM4651LM4652D類(lèi)功放模塊構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)PWM開(kāi)關(guān)電源     LM4651是PWM控制/驅(qū)動(dòng)器IC，內(nèi)置振蕩器、PWM比較器、誤差放大器、反饋放大器、電平移位與高端驅(qū)動(dòng)器、低端驅(qū)動(dòng)器及欠壓、過(guò)熱、短路和過(guò)調(diào)制保護(hù)電路。     LM4652是采用15腳（其中腳6、8、9、11、12未連接）TO220封裝的半橋功率MOSFETIC，4只MOSFET的擊穿電壓V(BR)DSS=50V，漏極電流ID=10A，通態(tài)電阻RDS(ON)=200m（典型值），開(kāi)啟電壓VGS(th)=0.85V（典型值）。  &#