d类功率放大器_详细

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1、技术资料D类提高音频放大器的效率作者：德州仪器公司MikeScoreD类采用脉宽调制(PWM)信号取代AB类放大器通常采用的线性信号。PWM信号包括音频信号以及PWM开关频率与谐波。D类音频放大器比AB类放大器效率高得多，因为输出MOSFET可从极高阻抗转变为极低阻抗，从而在作用区操作只有几纳秒。利用上述技术，输出级上损失的功率极低。此外，LC过滤器或扬声器的感应元件在各周期还能存储能量，并可确保切换功率不会在扬声器中损失。引言尽管D类放大器推出已经有一段时间了，但许多人仍不理解D类放大器工作的基本原理，也不明白其为什么会提供更高效率。本文将解释脉宽调制(PWM)信号是如何创建的，以及说

2、明您听到的是音频频率而非PWM波形的开关频率。本文将详细说明输出PWM波形为什么比输出线性波形效率高很多，还将说明为什么某些D类放大器要求LC过滤器，而某些则不需要。B>D类输出信号(PWM)如何包含音频信号？TPA3001D1结构图（见图1）有助于解释PWM信号是如何形成的。首先，模拟输入D类采用前置放大器获得输入音频信号，并确保差动信号。随后，积分器级(integratorstage)可低通过滤音频信号以实现抗失真与稳定性。音频信号而后与三角波相比较，以创建脉宽调制(PWM)信号。门驱动电路系统采用PWM驱动输出FET，其将在输出端创建高电流PWM信号。图1：TPA3001D1结构图

3、。图2显示了典型的PWM信号是如何从图1中的比较器功能块形成的。可将音频输入与250-kHz的三角波相比较。当音频输入电压大于250-kHz三角波电压时，非反相比较器输出状态为高，而当250-kHz三角波大于音频信号时，非反相比较器输出状态为低。非反相比较器输出为高时，反相比较器输出为低；而当非反相比较器输出为低时，反相比较器输出为高。平均PWM非反相输出电压VOUT+(avg)为忙闲度乘以电源电压，此外D表示忙闲度，或"开启"时间t(on)除以总周期T。VOUT+(avg)=D*Vcc(1)共享知识技术资料D=t(on)/T(2)反相输出的忙闲度VOUT-与VOUT+为1。如输入只有一

4、半，则VOUT-与VOUT+1的忙闲度为0.5。VOUT-(avg)=(1-D)*Vcc(3)图2：比较器的输入与典型D类放大器的PWM输出TPA3001D1与TPA3002D2均采用TPA2005D1中无过滤器的调制方案。利用这种调制方案，正输出VOUT+与典型D类PWM相同，但负输出VOUT-并不完全与VOUT+相反。在这种情况下，就有两个比较器，并且正积分器输出与三角波相比较可创建VOUT+的PWM，而积分器的负输出则与三角波相比较则可创建VOUT-的PWM。图3显示了用于无过滤器调制方案的比较器输入与PWM输出，这里我们假定音频信号为dc电压，因为音频信号的频率比250kHz的三

5、角波低很多。图3还显示了差动输出电压。图3：TPA3001D1与TPA3002D2输入输出与PWM。图4显示了带有20kHz音频输入信号的TPA3001D1PWM输出。请注意忙闲度是怎样随输入电压增加而增加的。图4：显示输入信号、输出前过滤器以及输出后过滤器的（正弦波与PWM）作用域图示共享知识技术资料PWM波形中的音频信号在频域中要容易发现得多。PWM信号由输入频率、开关频率以及开关频率加边频带的谐波构成。图5显示了振幅对输入的频率、PWM输出以及经过滤的输出。图5还显示了音频信号如何从PWM中通过低通过滤提取出来。已过滤的输出具备1kHz正弦波频率组件，任何作为失真出现于音频带中的1

6、kHz谐波，以及任何从开关频率中遗留的纹波电压。扬声器不能复制开关频率及其谐波，即便扬声器可以复制，耳朵也听不到。如果将经过滤与未过滤的PWM信号都直接发送给扬声器的话，听者不会发现图5中二者间的差别。图5：显示输入信号、输出前过滤器以及输出后过滤器的幅度与频率相位D类放大器的效率如何？如何计算效率？线性放大器可为所需的输出电压提供定量的电流。在桥接式负载(BTL)AB类放大器中，电源电流与输出电流相等。D类放大器是一套采样系统，可在给定周期向负载提供定量功率。D类放大器输出脉宽调制(PWM)信号，并使用去藕电容器与输出过滤电感器(filterinductor)共享知识技术资料或扬声器电

7、感（对于无过滤器调制而言）作为能量存储元素，从而能从电源向负载提供定量的功率。PWM信号在电源轨之间进行输出电压切换，从而在输出晶体管上实现极低的压降。与此相对，AB类输出FET将大多数时间花在电源轨的活动区域，从而导致大量的功耗并进而使效率低下。理想的D类放大器效率为100%，因为其目的是从电源向负载提供相同量的功率。D类放大器理想的MOSFET应为，在"开启"rDS(on)状态的漏极到源极电阻应为零，在"关闭"-rDS(off)