D类功放开关电源的设计与实现.Stamped

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1、第11卷第11期2011年4月科学技术与工程Vo1．11No．11Apr．2011167l一1815(2011)11—2483—06ScienceTechnologyandEngineering⑥2011Sci．Tech．Engng．机电技术D类功放开关电源的设计与实现史延东王泊洋宁飞(西北工业大学，西安710072)摘要介绍了一种具有变频启动功能、可驱动超大电容负载的功放开关电源；同时在前级添加了有源PFC。另外为了更好地辅助硬件电路参数的设计，还分别针对PFC及功放电源两部分进行了Pspice电路仿真。仿真

2、及实验结果表明：这种功放开关电源可以稳定推动4万F大电容负载，而前级的PFC环节功率因数近乎为1，且总谐波失真度小于3％。关键词功放开关电源大电容负载PFCPspice仿真中图法分类号TM564．2；文献标志码A开关电源虽然有无可比拟的优点，但在音响功率放大器中的应用却不尽人意。究其原因：首先，1D类功放开关电源简介是可靠性欠佳，加之价格偏高；其次，是开关电源的纹波干扰和反应速度对音质也有影响。因为开关2．1D类功放专用开关电源的特点电源工作在矩形脉冲状态，其谐波分量频谱极宽，D类功放，即数字功放，其功率管的驱

3、动信号是要消除空间电磁场辐射和输出电路中残余纹波比由信号源与锯齿波信号比较得到，而其工作电流则较困难。由前级的功放电源提供，图1便是典型的功放电源D类功放电源与一般的开关电源相比最大的不的组成示意图。同之处在于功放电源的滤波电容一般非常大，可以达到几万甚至几十万。这种情况下一般的开关电源由于其输出电流所限，无法快速地使得输出电压建立起来。而本文中提出了变频启动的方案有效地解决了这个问题。另一方面，为了提高整个电子整流器的功率因数，适应高要求的工作场合，减少对电网的污染，通常需要结合功率因数校正环节。本文中采用的

4、是基于IR1150的有源功率因数校正电路，这一款芯片采用的是单周期控制技术，因此动态响应图1功放开关电源基本构成图迅速，输出稳定，校正后的功率因数可达到0．99以D类功放用电源与普通开关电源主电路结构是上。下面首先介绍功放开关电源的设计。相同的，不同之处在于功放电源的滤波电容较普通电源要大很多，这是因为功放电源的滤波电容不仅2011年1月19日收到第一作者简介：史延东(1962一)，男，陕西西安人，研究生导师，副仅只起到滤波的作用，它还有一些其他作用：教授，研究方向：模式识别，开关电源技术，电声技术等。(1)根

5、据电容“隔直通交”的特性，较大的滤波通信作者简介：王泊洋(1986一)，男，陕西西安人，硕士研究生，研电容可以有效滤掉交流信号，使得电压波形更为平究方向：电力电子与电力传动。滑。更为重要的是这些交流干扰信号如果不经滤科学技术与工程11卷除，给后级的功放引入干扰，严重时甚至影响音质。过程又是十分缓慢的，并且充电时的冲击电流也非(2)出于对声音音色的要求，不同频段的信号常大，普通电源根本无法承受如此巨大的电流。本源可能需要功放输出不同的功率，有时需要电源瞬文中采用的变频启动可以很好地解决这一问题。时提供大电流。这就

6、需要滤波电容足够大以保证电流输出同时电压的平稳。2D类功放开关电源的主电路设计(3)为音频信号提供通路，只有滤波电容足够大，其寄生电感足够小时，音频信号中的高频信号2．1半桥式逆变的主电路结构才能通过，使得经过功放后的音质及音色得以保主电路部分采用半桥式逆变电路，针对上文提证。因此功放滤波电容应当采用小电容并联的方到的上电时的冲击电流大的问题，振荡器选择了式以减小寄生电感的影响。IR2156。图2即是基于这一款芯片的半桥式逆变以但是如此之大的滤波电容在电源启动时充电及整流滤波电路图。CvcclT图2基于IR21

7、56的半桥式逆变及整流滤波电路IR2156本是一款荧光灯专用的驱动芯片，但是容的充电过程，使电压迅速升高到稳定工作电压。由于荧光灯点亮过程中一样需要通过很大电流，因另外，根据不同的负载，IR2156的高频启动时此IR2156非常适合驱动功放开关电源。IR2156最间可以通过C。电容的取值来改变。大的特点在于：通过外部电路参数的配置可以设定2．21112156高频启动过程的仿真启动时的工作频率以及维持的时间，而在启动完成为了更好地指导硬件电路的设计，本文使用内时则工作在另一频率。依据这一功能，采用高频嵌Pspie

8、e模型的Oread电力电子仿真软件对IR2156启动就可以安全迅速地启动，具体原理如下：的高频启动推动大电容负载的工作状态进行了仿假定高频启动时功率管开关频率为200kHz，真验证。仿真原理图如图2在DC／DC开关电源的正常工作时频率为50kHz，上下桥死区时间为500应用中，输出负载端外接电容能起到滤波、抑制干ns。那么200kHz时实际占空比为40％，50kHz时扰的作用，在某些大