防空警报专用D类功放模块的设计.pdf

《防空警报专用D类功放模块的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、机机电工程技术电工程技术2011年第40卷第03期研究与开发防空警报专用D类功放模块的设计何晓波，任豪，毕君，罗宇强，潘俊峰（广州市光机电技术研究院广东省现代控制与光机电技术公共实验室，广东广州510663）摘要：防空警报的D类放大器，既能提供高效率大功率又能实现高保真的音频性能。详细阐述了各种功率放大器的原理和特点，并对比分析各自的优缺点，在此基础上提出了所研究的基于CMOS结构的D类音频功率放大器，并详细介绍了其工作原理；并设计出了一千瓦的高效率D类音频功率放大器。关键词：D类；音频功放；防空警报；高效率中图分类号：TN7文献标识码：A文章编号：1

2、009－9492(2011)03－0091－051引言很多种调制拓扑结构，最常用的拓扑结构是带有三角波防空警报器终端设备是人防警报系统中的重要部分，（或者锯齿波）振荡器的脉冲宽度调制（PWM）。基本组成它是一种语音信号发放设备，发布音响警报信号，提示人结构如图1所示。们及时疏散，其中大功率功放技术是该设备中的核心技工作原理是：基于Nyquist采样定理，采用脉宽调制术，随着现代电子技术的不断发展，功率放大电路也得到（PWM）方式对经预放大的输入信号进行采样变换，变换了飞速的发展和应用。特别是半导体技术的进步，使功率所产生的数字信号的脉宽与对应采样点信号

3、的幅值按一定放大电路向模块化、小型化、集成化的方向不断发展。线关系变化，再以此数字信号来驱动功率开关晶体管，使之性放大器，其效率普遍不高，通常AB类放大器的效率不产生具有输出功率的变脉宽数字信号，然后经滤波器还原会超过60％。D类功放属于非线性功率放大器，它的特点出功率放大后的模拟信号。实际D类放大器存在着各种线是，输出级MOS管工作于相继开关状态，这对功率放大性失真和非线性失真，失真成分主要为输入信号的谐波成器效率有极大提高。采用D类开关放大电路可明显提高功分和高频成分。高频成分可以通过高阶滤波器或谐振回路放的效率。将音频信号转变为宽度随信号幅度变化

4、的高频脉冲，控制功率MOS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态，功率损耗很小，其效率可达90％以上。这种高效的数字功放技术的应用显著提高了警报器的音响性能，使得警报信号的分贝更高，更具震撼力，覆盖范围更大，更有力地保障人民的生命财产安全。2系统方案2．1D类功放原理现在所使用的D类放大器有图1D类功放原理基本框图收稿日期：2010－10－2691研究与开发机机电工程技术电工程技术2011年第40卷第03期来抑制，而输入信号的谐波成分需通过负反馈回路来抑2．2系统驱动芯片IRS

5、2092制。图1显示了基于PWM的D类放大器模块图，它包括国际整流器公司（InternationalRectifier，简称IR）推脉冲宽度调制器，栅极驱动，两个MOSFET所构成的功率出了采用IRS2092集成式音频驱动器IC的芯片组，具有输出级，一个用来恢复放大的音频信号的LC低通滤波器。保护式脉宽调制（PWM）开关和IR完整的数字音频功率输出级的P沟道和N沟道的MOSFET交替连接到MOSFET等特性。该芯片组主要针对从50W～1000W的中VDD或者GND而成为电流转换开关，这样D类放大器的高功率、高性能D类音频放大器应用。新型芯片形成的D输出

6、就是一个频率较高的方波信号。多数D类放大器。开类音频解决方案要比AB类设计方案的面积更小。例如，关频率的典型值为200kHz～1MHz。输出的方波是由输入信在100W的应用中，IRS2092IC和IRF6645DirectFET号进行调制的，把输入信号与三角波(或者锯齿波)相比MOSFET可以减少60％线路板面积，也比典型材料表减少较而产生PWM信号。当三角波振荡器作为采样时钟时，20％的器件数量。新的音频驱动IC基于半桥和全桥拓扑构这种调制方式也被称为“自然采样”。当没有输入信号时，架，集成了D类设计实现所需的四个基本功能，其中包括输出波形的占空比为

7、50％。采用自然采样双边调制PWM误差放大器、PWM比较器、栅极驱动器和强大的保护电的D类放大器的原理框图如图2所示，说明了所得到的路。因此，这款紧凑型16引脚IC具有极高的抗噪性，可PWM输出波形随着输入信号的变化而变化。以降低开始和结束时的破音，同时极大地减少一些诸如过负载保护等非常复杂而又昂贵的设计工作。IRS2092的主要功能包括：频率可达800kHz的模拟PWM调节器、具有自复位控制功能的可编程双向过电流保护（OCP）、欠压锁定保护（UVLO），以及可以扩展功率设计的可编程预置死区时间等。该芯片还备有丰富的数字音频MOSFET，可满足从50W

8、到1000W的输出功率。作为IR的IRFI4x、IRFB422x和DirectFET系列的一部