增強高功率D類(lèi)音頻放大器設計中的性能和可靠性
加入技術(shù)交流群
綠色能源標準、更低成本和更高音頻保真度的需求正在推動(dòng)D類(lèi)放大器在高功率音頻中的應用。傳統的模擬實(shí)現（例如AB類(lèi)拓撲結構）比較復雜且效率低，但由于其對音頻的高保真性能，占據了高端音頻市場(chǎng)。D類(lèi)系統設計更簡(jiǎn)單、更高效，且提供媲美模擬放大器的高保真能力，正在迅速縮小在高端音頻市場(chǎng)中的差距。
典型的D類(lèi)音頻系統先把模擬音頻輸入信號轉換為數字PWM信號，在數字域進(jìn)行功率放大，然后再把數字信號轉換成模擬音頻信號輸出。如圖1所示，輸入的音頻信號被送到一個(gè)脈沖寬度調制器（PWM），它由運算放大器和比較器組成，調制器通過(guò)生成與音頻輸入信號瞬時(shí)值成正比的調制占空比信號對音頻數字化。
圖1：D類(lèi)放大器的基本框圖
PWM信號進(jìn)行適當的電平變換，然后送到柵極驅動(dòng)器，這個(gè)驅動(dòng)器控制由MOSFET（M1和M2）組成的雙態(tài)功率電路。放大后的信號然后通過(guò)輸出濾波器（消除PWM載波頻率），最終僅僅放大了的模擬音頻信號驅動(dòng)揚聲器。通過(guò)把濾波器輸入信號反饋到錯誤放大器輸入端，進(jìn)行外部環(huán)路濾波，降低了失真和噪聲，進(jìn)一步提高了音頻輸出保真度。
D類(lèi)放大器設計
功效
傳統的模擬功率放大器依賴(lài)于線(xiàn)性放大電路，很容易造成高功率損失。而相比之下，D類(lèi)放大器的功率效率可以達到90％或更高（這取決于設計）。這種高效率的益處是D類(lèi)放大器技術(shù)所固有的，放大機制使用二進(jìn)制轉換(通常是功率MOSFET)。這些開(kāi)關(guān)或者完全導通或者完全關(guān)閉，只有很少的時(shí)間花費在狀態(tài)轉換上。離散的開(kāi)關(guān)動(dòng)作和低MOSFET導通阻抗，減少了I2R損耗，提高了效率。然而，在實(shí)踐中，開(kāi)關(guān)轉換時(shí)間（死區時(shí)間）必須足夠長(cháng)以避免兩開(kāi)關(guān)同時(shí)運行時(shí)效率急劇下降。
高保真
音頻保真度可以被定義為聲音再生后的完整性，對于音頻系統，保真度一直是聲音質(zhì)量的代名詞。同時(shí)其他指標也被用于衡量保真度，部分指標的測量對設計人員來(lái)說(shuō)特別具有挑戰性。最具挑戰性的兩個(gè)指標是：總諧波失真（THD）和噪聲（N），統稱(chēng)為T(mén)HD+N。
THD是對音頻系統的精確測量，非常類(lèi)似于高保真本身。再生信號的誤差來(lái)自于其他元件產(chǎn)生的輸入頻率諧波，明顯的區別于純輸出信號。THD是所有多余的諧波頻率能量與基本輸入頻率能量的比值，典型的在給定系統的半功率下測量獲得。THD性能對于大多數非高保真音頻應用來(lái)說(shuō)通常小于0.1%，挑剔的聽(tīng)眾通常需要THD等級低至0.05％甚至更低。
輸出噪聲等級是對沒(méi)有信號輸入的放大器輸出的本底噪聲電平的測量。對于大多數揚聲器來(lái)說(shuō)，100-500µV的本底噪聲在正常的收聽(tīng)距離內是聽(tīng)不到的，而達到1mV的本底噪聲就太吵了，所以，THD+N是衡量放大器音頻保真度的很好指標。
D類(lèi)驅動(dòng)器IC：特性和益處
可編程死區時(shí)間
D類(lèi)放大器死區時(shí)間（即兩個(gè)開(kāi)關(guān)均處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的時(shí)間段）直接影響到效率和THD。過(guò)于短暫的死區時(shí)間會(huì )引起直通電流，降低效率，過(guò)長(cháng)的死區時(shí)間又會(huì )增大THD，這會(huì )給音頻保真度帶來(lái)不利影響。
必須精確設定死區時(shí)間，找到使功率效率和THD都最優(yōu)的“最佳位置”。當前典型高電壓音頻驅動(dòng)器具有不精確的、重疊的死區時(shí)間設置（即1/n延遲值）。因此，多數設計人員都選擇采用分立元件來(lái)處理死區時(shí)間，這不僅花費高而且耗時(shí)間。一個(gè)簡(jiǎn)潔且經(jīng)濟的解決方法是集成具有高精度死區發(fā)生器的柵極驅動(dòng)器。
關(guān)鍵詞：
高功率
D類(lèi)音頻放大器
性能
可靠性
相關(guān)推薦
技術(shù)專(zhuān)區
- FPGA
- DSP
- MCU
- 示波器
- 步進(jìn)電機
- Zigbee
- LabVIEW
- Arduino
- RFID
- NFC
- STM32
- Protel
- GPS
- MSP430
- Multisim
- 濾波器
- CAN總線(xiàn)
- 開(kāi)關(guān)電源
- 單片機
- PCB
- USB
- ARM
- CPLD
- 連接器
- MEMS
- CMOS
- MIPS
- EMC
- EDA
- ROM
- 陀螺儀
- VHDL
- 比較器
- Verilog
- 穩壓電源
- RAM
- AVR
- 傳感器
- 可控硅
- IGBT
- 嵌入式開(kāi)發(fā)
- 逆變器
- Quartus
- RS-232
- Cyclone
- 電位器
- 電機控制
- 藍牙
- PLC
- PWM
- 汽車(chē)電子
- 轉換器
- 電源管理
- 信號放大器
評論