大功率開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

大功率開關(guān)電源的設(shè)計(jì)摘要電源是設(shè)計(jì)電路的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)開關(guān)電源必須綜合考慮成本、解決方案、尺寸、電源大小與所需輸出功率等因素，在使用開關(guān)電源的過程中要運(yùn)用正確的方法并注意安全。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定的輸出電壓的一種電源。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化是開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。通過比較電壓控制型和電流控制型PWM控制芯片的控制模式，針對寬輸入，多路輸出的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出了基于電流控制型PWM控制芯片UC3846、UC3842的兩級變換器的組合式開關(guān)電源。第一級采用BUCK變換，第二級采用半橋推挽式變換器。關(guān)鍵詞電流脈寬調(diào)制；降壓式；推挽式；多路輸出；設(shè)計(jì)。ABSTRACTTHEPOWERSUPPLYISTHEFOUNDATIONOFTHEELECTRICCIRCUITDESIGNTHESWITCHPOWERSUPPLYSHOULDBECONSIDEREDTHECOST,SOLUTION,SIZE,VALUE,POWERANDSOONINTHEDESIGNSWITCHINGPOWERSUPPLYISTHEUSEOFMODERNPOWERELECTRONICTECHNOLOGY，OPENINGOFCONTROLSWITCHTRANSISTORTURNOFFTIMEANDTHERATIOOFTHEOUTPUTVOLTAGETOMAINTAINASTABEPOWERSUPPLYHIGHFREQUENCYSWITCHINGPOWERSUPPLYISTHEDIRECTIONOFITSDEVELOPMENT，HIGHFREQUENCYSWITCHINGPOWEROFMINIATURIZATION，ANDSWITCHINGPOWERSUPPLYTOENTERAWIDERRANGEOFAPPLICATIONAREAS，ESPECIALLYINTHEHIGHTECHFIELDS，ANDPROMOTETHEMINIATURIZATIONOFHIGHTECHPRODUCTS，LIGHTOFBASEDONTOPOLOGYANDCONTROLAVARIETYOFTECHNICALMATURITY，ELECTRICALPERFORMANCE，ASWELLASCOMPARATIVEINDICATORSOFCOST，THROUGHTHEUNDERSTANDING，COMPARISONANDCURRENTCONTROLLEDVOLTAGECONTROLLEDPWMCONTROLMODETOCONTROLCHIPFORWIDEINPUT，MULTICHANNELOUTPUTOFTHEDESIGNREQUIREMENTSDESIGNEDBASEDONTHECURRENTCONTROLLEDPWMCONTROLCHIPUC3864，UC3842LEVELSOFTHEMODULARCONVERTERSWITCHINGPOWERSUPPLYBUCKTHEINTRODUCTIONOFTHEFIRSTTRANSFORMATION，THEUSEOFTWOPUSHPULLHALFBRIDGECONVERTERKEYWORDSCURRENTPWMBUCKPUSHPULLMULTIOUTPUTDESIGN目錄摘要IABSTRACTII目錄III緒論1第1章音頻功率放大器的基礎(chǔ)知識311聲音的基本特性312音頻功率放大器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)313音頻功率放大器的技術(shù)指標(biāo)3131額定功率3132頻率響應(yīng)3133輸入靈敏度3134噪聲電壓414放大器的種類4141A類放大器4142B類放大器4143C類功率放大器5144D類功率放大器6第2章D類放大器的設(shè)計(jì)721一般D類功率放大器的組成情況和分類722各單元電路的作用介紹8221前置放大器8222脈沖寬度調(diào)制（PWM）電路8223三角波發(fā)生器8224驅(qū)動控制電路8225H橋式功率放大電路（功率輸出電路）8226輸出低通濾波器9227負(fù)反饋電路9228電平指示電路10229音頻功率放大器的供電電源1023部分電路結(jié)構(gòu)概念10231死區(qū)校正和全橋驅(qū)動10232自舉11233全橋結(jié)構(gòu)11第3章D類功率放大器的單元電路設(shè)計(jì)1331前置放大電路1332三角波產(chǎn)生電路1433脈沖調(diào)制電路1534驅(qū)動控制電路如下圖所示1735功率輸出電路1736濾波器電路1837電平指示電路（音量顯示電路）1938供電電源電路20381非調(diào)整電源20382線形調(diào)整電源21383開關(guān)模式電源21第4章D類音頻功率放大器的整體電路結(jié)構(gòu)24結(jié)論26致謝27參考文獻(xiàn)28附錄一29附錄二30緒論開關(guān)電源具有效率高、體積小、重量輕等特點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛，從70年代開始，高效的開關(guān)電源飛速發(fā)展，逐步替代傳統(tǒng)的線性電源，開關(guān)電源不需要較大的散熱器，并用輕量高頻變壓器替代笨重的工頻變壓器。輸出輸入之間需要采用高頻變壓器隔離。高頻開關(guān)電源技術(shù)，是各種大功率開關(guān)電源（逆變焊機(jī)、通信電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等）的核心技術(shù)。高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢是1、高頻化，由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化，帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益。2、模塊化，在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求，而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊，極大地提高系統(tǒng)可靠性，即使萬一出現(xiàn)單模塊故障，也不會影響系統(tǒng)的正常工作，而且為修復(fù)提供充分的時間。電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會開拓更多更新的引用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化等的實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。目前，各國正在努力開發(fā)新器件、新材料以及改進(jìn)生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步提高效率、縮小體積、降低成本，以解決開關(guān)電源面臨的新課題。設(shè)計(jì)開關(guān)電源首先要考慮的事選用合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型選擇與電源各個組成部分的布置有關(guān)，這種布置與電源可以在何種環(huán)境下安全工作以及可以給負(fù)載提供的最大功率密切相關(guān)。電源技術(shù)發(fā)展到今天，已融匯電子、功率集成、自動控制、材料、傳感、算機(jī)、電磁兼容、熱工等諸多技術(shù)領(lǐng)域的精華，已從多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科成長為獨(dú)樹一幟的功率電子學(xué)。開關(guān)電源是一種采用開關(guān)方式控制的直流穩(wěn)壓電源，通過控制開關(guān)的占空比來調(diào)整輸出電壓。它以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源形式。廣義地說凡用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成另一形態(tài)的主電路都叫做開關(guān)變換電路；轉(zhuǎn)變時用自動控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)的稱開關(guān)電源。開關(guān)電源主要是用一個半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，使帶有濾波器的負(fù)載電路與直流電壓一會相接一會斷開。主回路使用的元件是電子開關(guān)、電感、電容。電子開關(guān)只有快速地開通、快速地關(guān)斷這兩種狀態(tài)，并且快速地進(jìn)行轉(zhuǎn)換；電感常為儲能元件，也常與電容共用在輸入輸出濾波器上，用于平滑電流；電容與電感一樣也是儲存電能和傳遞電能的元件，但對頻率的特性卻剛好相反，主要是“吸收”紋波，具有平滑電壓波形的作用。近年來，在高壓大功率的應(yīng)用場合，開關(guān)電源作為一種高效好型、高性能的電源已廣泛用于家用電器、電子計(jì)算機(jī)、變頻器等電子設(shè)備中。采用開關(guān)電源后，可以使相關(guān)裝置體積小、重量輕、功耗低、穩(wěn)壓范圍寬，大大地改善了裝置的控制可靠性及保護(hù)性能。第1章開關(guān)電源11開關(guān)電源的基本概念電源是將各種能源轉(zhuǎn)換成為用電設(shè)備所需電能的裝置，是所有靠電能工作的裝置的動力源泉。直流開關(guān)電源是一種由占空比控制的開關(guān)電路構(gòu)成的電能變換裝置，用于交流直流或直流直流電能轉(zhuǎn)換，通常稱其為開關(guān)電源（SWITCHEDMODEPOWERSUPPLYSMPS）其功率從零點(diǎn)幾瓦到數(shù)十千瓦，廣泛用于生活、生產(chǎn)、科研、軍事等各個領(lǐng)域。彩色電視機(jī)、VCD播放機(jī)等家用電器、醫(yī)用X光機(jī)、CT機(jī)，各種計(jì)算機(jī)設(shè)備，工業(yè)用的電解、電鍍、充電、焊接、激光等裝置，以及飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、艦船中，都大量采用了開關(guān)電源。開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高這幾個優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榫哂羞@些優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)電源的應(yīng)用越來越廣泛，大有取代線性電源和相控電源的趨勢。值得注意的是，開關(guān)電源的輸出噪聲和紋波一般比線性電源大，所以在需要非常低的噪聲與紋波（如文波峰峰值要小于510MV）的情況下，仍需要線性電源，由于大功率全功率非常大1MW以上時，仍需采用相控電源。但隨著控制技術(shù)和元器件技術(shù)的不斷發(fā)展，開關(guān)電源的各方面的性能都在不斷提高，容量也在不斷擴(kuò)大。12開關(guān)電源的發(fā)展隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，他們對電源的要求也越來越高。20世紀(jì)50年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電源。20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代。20世紀(jì)90年代，開關(guān)電源在電子、電氣設(shè)備、家庭領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源進(jìn)入快速發(fā)展期。開關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展動向是高可靠、高穩(wěn)定、低噪聲、抗干擾和實(shí)現(xiàn)模塊化。1小型、薄型、輕運(yùn)化。由于電源輕、小、薄的關(guān)鍵是高頻化，因此國外目前都在致力于同步開發(fā)新型高智能元器件，特別是改善二次整流管的損耗、變壓器電容器小型化，并同時采用SMT技術(shù)在電路板兩面布置元件以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。2高效率為了是開關(guān)電源輕、小、薄，高頻化（開關(guān)頻率達(dá)到兆赫茲）是必然發(fā)展趨勢。而高頻化又必然使傳統(tǒng)的PWM開關(guān)（屬硬開關(guān)）功耗加大，效率降低，噪聲也提高了，達(dá)不到高頻、高效的預(yù)期效益，因此實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通、本電流關(guān)斷的軟開發(fā)技術(shù)將成為開關(guān)電源產(chǎn)品未來的主流。3高可靠開關(guān)電源比連續(xù)工作電源使用的元器件多數(shù)十倍，因此降低了可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定電源的壽命。追求壽命的延長要從設(shè)計(jì)方面著眼，而不是從使用方面著想。美國一公司通過降低給溫、減少器件的電應(yīng)力、降低運(yùn)行電流等措施使其DC/D開關(guān)電源系列產(chǎn)品的可靠性大大提高。4低噪聲開關(guān)電源的有一缺點(diǎn)就是噪聲大，單純追求高頻化，噪聲也隨之增大，采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以高頻化，又可以低噪聲。但諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)也有其難點(diǎn)，如很難準(zhǔn)確地控制開關(guān)頻率、諧振時增大了器件負(fù)荷、場效應(yīng)管的寄生電容易引起適中損耗、元件熱應(yīng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)管等問題難以解決。日本吧變壓器設(shè)計(jì)成初級分離阻燃密封，自身具備對體噪聲功能的模無噪聲隔離變壓器，既節(jié)省了噪聲濾波器，又減少了噪聲。5抗電磁干擾（EMI）當(dāng)開關(guān)電源在高頻下開關(guān)時，其噪聲通過電源線產(chǎn)生對其它電子設(shè)備的干擾，世界各國已有抗EMI的開關(guān)電源日益顯形生要。6電源系統(tǒng)的管理和控制應(yīng)用微處理器或微機(jī)集中控制與管理，可以及時反映開關(guān)電源環(huán)境的各種變化，中內(nèi)處理單元實(shí)現(xiàn)智能控制，可自動診斷故障、減少維護(hù)工作量，確保正常運(yùn)行。7計(jì)算機(jī)輔助（CAD）利用計(jì)算機(jī)對開關(guān)電源系統(tǒng)、穩(wěn)定性分析、電路仿真、印刷電路板、熱傳導(dǎo)分析、EMI分析以及可靠性等進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)和模擬試驗(yàn)，十分有效，是最為快速經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方法。13開關(guān)電源的分類從推動功率管的方式來分可分為自激式和它激式；按開關(guān)管的個數(shù)及連接方式可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式；按開關(guān)管的連接方式，開關(guān)電源分為串聯(lián)型與并聯(lián)型開關(guān)電源。1自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖所示當(dāng)接入電源后在R1給開關(guān)管VT1提供啟動電流，使VT1開始導(dǎo)通，其集電極電流IC在L1中線性增長，在L2中感應(yīng)出使134噪聲電壓使輸入為零時，輸出負(fù)載上的電壓稱為噪聲電壓。LR測量使輸入端對地短路，音量電位器為最大值，用示波器觀察輸出負(fù)載的LR電壓波形，用交流電壓表測量其有效值。14放大器的種類功率放大器按照信號導(dǎo)通角，可分為A，B，C和AB類四類，其情況簡述如下141A類放大器我們省略電路的構(gòu)造直接從特性曲線來討論工作狀態(tài)，見圖11中左邊為晶體管輸入特性，固定置偏所形成的工作點(diǎn)在Q點(diǎn)，當(dāng)正弦音頻信號輸入時，其幅度未超出線形范圍，集電極工作狀態(tài)處于截止區(qū)和飽和點(diǎn)之內(nèi)，集電極電流為完整的全周導(dǎo)通的正弦波，此時導(dǎo)通角為180度，（導(dǎo)通角是以最小值至最大值之間占全周的部分來計(jì)算，全周導(dǎo)通時為180度）。這種放大狀態(tài)失真度較小，但是，當(dāng)無交流輸入時，有約一半幅度（Q點(diǎn)）的直流電流，其損耗為，故效率是最低的，低COVI于50，所以這種A類功率放大器僅用于很小功率的收音機(jī)、助聽器中，也可用于高級的HIFI功率放大器中。圖11A類音頻功率放大器，在輸入信號最大時，為了晶體管不截止，而設(shè)定VB142B類放大器如圖12所示，圖12B類音頻功率放大器，晶體管截止極限設(shè)定VB靜態(tài)置偏為Q點(diǎn)，處于截止點(diǎn)上，因此信號輸入時，只有半周導(dǎo)通（導(dǎo)通角為90度）。集電極輸出半個正弦波。這種狀態(tài)失真度就很大了，所以一般B類放大器都用雙管做成推挽式，每個管子工作半周構(gòu)成完整的正弦波以減少失真。B類狀態(tài)的最大優(yōu)點(diǎn)是無信號時原則上沒有直流電流，因而沒有直流功率損耗，效率超過50，但是由于曲線起始端的非線形，常將推挽放大器的兩管均少量正向置偏，其導(dǎo)通角大于半周，故效率不能做得很高達(dá)6070，工作介于A、B類之間，故又稱為AB類功率放大器。其情況如圖13，14。圖13SEPP電路，（在一般的音頻功率放大器的輸出級經(jīng)常使用）圖14AB類放大和B類放大143C類功率放大器情況如圖15所示圖15C類放大，僅必要導(dǎo)通期間設(shè)定VB靜態(tài)置偏點(diǎn)在截止點(diǎn)之下，當(dāng)信號輸入時只有超過偏置點(diǎn)部分的管子才能導(dǎo)通，效率更高，但由于失真過大，難用于音頻功放，一般多用于高頻功放做為陪頻器使用，集電極電流呈脈沖狀，諧波豐富，再用高Q電路調(diào)諧于二次諧波輸出完整波形的倍頻正弦波。144D類功率放大器以上各類放大器介紹可知，影響放大器效率的基本因素是無信號時的工作電流所形成的直流功率損耗。無信號時電流愈大則直流損耗越大，效率越低。為此，要提高效率則應(yīng)降低工作點(diǎn)，使無信號輸入時，也沒有直流損耗。但是，信號導(dǎo)通角愈小波形的失真則愈大，輸出信號中諧波成分增加，這兩個要求是相矛盾的。所以如果輸入波形其他邊沿很陡峭，降低工作點(diǎn)對導(dǎo)通角影響很小，那么就可以做到失真率不大而效率又可以得到提高。波形陡峭的極端狀態(tài)時輸入信號為矩形波，這種波形，無論偏置如何變化，由于前后邊沿是垂直升降的，導(dǎo)通狀態(tài)都不會發(fā)生變化，這樣就誕生了工作于脈沖放大狀態(tài)的D類功率放大器。D類放大器工作于開關(guān)狀態(tài)，無信號輸入時無電流，而導(dǎo)通時，沒有直流損耗。事實(shí)上由于關(guān)斷時器件尚有微小漏電流，而導(dǎo)通時器件并沒有完全短路，尚有一定的管壓降，故存在較少直流損耗，效率不能達(dá)到100，實(shí)際效率在8090，是實(shí)用放大器中效率最高的。正是由于D類放大器的效率高，100瓦輸出的設(shè)備，直流功耗就十幾瓦，故散熱器就幾個平方厘米，連電路板都可以做的很小，大大減小了體積和重量。并且由于工作在比音頻高10余倍的脈沖狀態(tài)，電源整流紋波對電路工作影響會很小。第2章D類放大器的設(shè)計(jì)當(dāng)前的電子器件傾向于便攜和小的尺寸，音頻功率放大器采用了D類技術(shù)，D類功率放大器由于它的高效率，理論上可以達(dá)到100，而受到關(guān)注。D類放大器的輸出級是CMOS的功率晶體管組成，提供揚(yáng)聲器負(fù)載需要的大量的電流，這些晶體管工作在或者是截止?fàn)顟B(tài)，或者是線形區(qū)，而不是飽和區(qū)，由于晶體管只有工作在周期間的一小部分是激活的，減小了開關(guān)的導(dǎo)通損耗，高的效率也因此成為可能，效率受D類輸出級的晶體管的導(dǎo)通電阻（RON）影響。INPUTPREAMPPWMGAMERATORLPFSPEAKER圖21D類功率放大器的框圖圖21是D類功率放大器的簡單框圖，D類音頻功率放大器在工作方式上與產(chǎn)生控制PWM電壓信號的開關(guān)電源相似。D類功率放大器的工作過程是當(dāng)輸入模擬音頻信號時，模擬音頻信號經(jīng)過PWM調(diào)制器變成與其幅度相對應(yīng)脈寬的高頻率PWM脈沖信號，經(jīng)脈沖推動器驅(qū)動脈沖功率放大器工作，然后經(jīng)過功率低通濾波器帶動揚(yáng)聲器發(fā)聲。當(dāng)輸入PCM數(shù)字信號時，數(shù)字信號經(jīng)PCMPWM轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)變成PWM脈沖信號，經(jīng)脈沖推動器驅(qū)動脈沖功率放大器工作，然后經(jīng)低通功率濾波器帶動揚(yáng)聲器工作。21一般D類功率放大器的組成情況和分類22所示為一般的D類音頻功率放大器的組成情況，它主要是由PWM波產(chǎn)生電路、功率放大電路、濾波電路和負(fù)反饋電路四部分組成。圖22一般D類功率放大器的總體結(jié)構(gòu)D類音頻功率放大器根據(jù)開關(guān)放大器的工作方式不同，又分為兩種類型1電壓開關(guān)型D類功率放大器使放大器工作時，開關(guān)上的電壓波形為方波。2電流開關(guān)型D類功率放大器使放大器工作時，開關(guān)上的電流波形為方波。22各單元電路的作用介紹221前置放大器前置放大器是在功率放大器之前而加入的一級放大電路。其目的是對輸入的功率放大器的各種信號源進(jìn)行加工處理，或放大、或衰減、或進(jìn)行阻抗變換，使其和功率放大器的輸入靈敏度相匹配。對其要保證低噪聲、高信噪比、高轉(zhuǎn)換速率、輸出電阻要小及頻帶要寬等要求。為此在差分輸入對管要選用低噪聲優(yōu)質(zhì)的結(jié)型場效應(yīng)管，運(yùn)算放大器應(yīng)選用低噪聲、高速器件，電阻電容選用高精度、高穩(wěn)定度及高質(zhì)量元件。222脈沖寬度調(diào)制（PWM）電路PWM調(diào)制器也稱為脈沖寬度調(diào)制器。該電路的作用是把加在它的輸入端的模擬信號變成寬度或者占空比與輸入信號成正比的脈沖。它由三角波產(chǎn)生器有的公司生產(chǎn)的D類功率放器中使用鋸齒波發(fā)生器、電壓比較器和驅(qū)動功率場效應(yīng)晶體管的柵極驅(qū)動電路組成。三角波產(chǎn)生器是利用恒定電流對一個電容器的充電和放電而形成三角波。三角波的頻率就是D類音頻功放的振蕩器頻率，它是固定的。223三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器電路采用遲滯過零比較器加反相積分器組成的典型電路結(jié)構(gòu)，為了保證三角波在高頻輸出信號下的線形度及PWM脈沖信號邊沿的陡峭度，運(yùn)算放大器及電壓比較器均采用高速的器件。224驅(qū)動控制電路對于驅(qū)動控制電路的要求一是把PWM信號整形成前后沿更加陡峭的脈沖；二是能倒相形成PWM和兩個脈沖以滿足H橋功率開關(guān)管的要求；三是為防PWM止同一橋臂上兩功率管直通，PWM和兩脈沖之間要有一定的死區(qū)時間；四是應(yīng)具有保護(hù)功能，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)過流或短路時，應(yīng)封鎖PWM和脈沖信號輸出。PWM225H橋式功率放大電路（功率輸出電路）功率輸出電路一般我們采用H橋式功率放大器。H橋式功率放大器的簡單電路圖如圖23所示。圖23H橋式功率放大電路典型圖H橋式功率放大器的任務(wù)就是把PWM信號中的調(diào)制信號解調(diào)出來，即開關(guān)式功率放大器就是一逆變器電路。對于逆變器的設(shè)計(jì)首先要選擇開關(guān)頻率高、導(dǎo)通電阻小的場效應(yīng)管；其次應(yīng)采用H橋式逆變電路，目的是使輸出電壓擺幅可以升高到接近于兩倍的電源電壓，增大功率放大器的最大不失真輸出功率；再者為了減少輸出電壓的非線性失真，逆變器的輸出端應(yīng)接入LC低通濾波器。226輸出低通濾波器功率輸出電路送到負(fù)載的信號是一串脈沖，脈沖的占空比和加在脈沖寬度調(diào)制器輸入端的模擬信號幅度成正比，但是脈沖包含的基頻和諧波是有害的，必須通過低通濾波器LOWPASSFILTER把基頻和諧波超高頻信號濾除，僅留調(diào)制音頻信號模擬信號的部分，用以驅(qū)動揚(yáng)聲器。所以在H橋功率放大器及負(fù)載之間加一個低通濾波器是必須的。如果沒有低通濾波器，在負(fù)載上的紋波電流會顯著地降低效率，并且會干擾其它電子設(shè)備。一種簡單的LC低通濾波器如圖24所示圖24簡單的LC低通濾波器該低通濾波器在負(fù)載阻抗為4時，L1L215H，C1C22F，負(fù)載阻抗增加時，C1，C2可適當(dāng)?shù)臏p小。227負(fù)反饋電路為了穩(wěn)定D類音頻功率放大器的增益并優(yōu)化頻率特性，D類音頻功率放大器通常設(shè)計(jì)有反饋放大器如圖25所示。圖25負(fù)反饋電路結(jié)構(gòu)228電平指示電路電平指示電路是性能比較優(yōu)良的收錄機(jī)，錄音機(jī)常有的電路。結(jié)構(gòu)簡單的電平指示電路如圖可見，信號由左端輸入，驅(qū)動LED顯示。BT201CGND圖26簡單的電平指示電路也可采用加了放大器的電平指示電路如圖27所示，由于加入了放大器，指示燈與負(fù)載隔離，同時提高了指示靈敏度。3DG12120RES210RES2LEDVCCGND10CAPGND圖27帶放大器的電平指示電路229音頻功率放大器的供電電源音頻功率放大器的供電問題，大都采用50HZ交流電力網(wǎng)供給，然而其內(nèi)部的用電器件卻都采用直流供電。音頻功率放大器的供電電源，主要有三種類型，即非調(diào)整電源、線性調(diào)整電源和開關(guān)模式電源。在這三種類型的電源中，非調(diào)整電源將是最有成本效益的選擇方案。23部分電路結(jié)構(gòu)概念231死區(qū)校正和全橋驅(qū)動當(dāng)功率放大器采用的是直流全對稱方式時，功率管直接跨接于電源兩端，任意時刻，功率管都不能同時導(dǎo)通，但由于功率管有個開啟和關(guān)斷的過程，在過渡過程中，必然有一個瞬間，一個管子沒有完全關(guān)斷，另一個管子已經(jīng)開始導(dǎo)通。此時，就有很大的電壓和電流加在兩個功率管上，功耗非常大，器件溫度升高很快，常常會燒壞管子，安全受到威脅，可靠性能降低。因此，必須進(jìn)行死區(qū)校正。死區(qū)校正其實(shí)質(zhì)就是在兩管子交替導(dǎo)通過渡期間加一段時間，在這段時間里，保證兩只管子都不導(dǎo)通，以保證一只管子在完全關(guān)斷后，另一只管子才開啟，這樣就避免了開關(guān)過程中大量的發(fā)熱和直接的危險(xiǎn)。232自舉要使功率NMOS晶體管保持開關(guān)狀態(tài)，必須保持柵電壓始終大于其閾值電壓。當(dāng)功率管的上管導(dǎo)通后，如果柵電位不穩(wěn)定，不隨之升高，就會出現(xiàn)柵源電壓低于閾值電壓而被迫關(guān)閉的情況。因此，上管應(yīng)采用所謂的“浮柵驅(qū)動”。為高壓驅(qū)動電路提供一個浮動的供電系統(tǒng)，這里采用的是自舉原理，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是方便，而且效率高，體積小。自舉電路的原理圖如圖28所示。圖28自舉電路原理圖由這個電路可以看出，12V電源串聯(lián)二極管后，再在二極管負(fù)極與功率MOSFET源極之間串聯(lián)一自舉電容，當(dāng)源極電位為零時，自舉電容從12V電源經(jīng)自舉二極管充電至12V左右。當(dāng)源極電位因MOSFET導(dǎo)通而升高時，自舉電容負(fù)端電位被提升，二極管D反相截止，自舉電容上的電荷無法排放，將保持比功率管源極電壓高12V的電壓，通過驅(qū)動電路加于MOSFET的柵極，使功率管在開啟時保持開態(tài)，實(shí)現(xiàn)自舉。233全橋結(jié)構(gòu)其功率放大器部分采用4個場效應(yīng)管的全橋結(jié)構(gòu)，如圖29所示。圖29后級功率輸出電路原理圖工作于全橋方式時，圖中的兩路場效應(yīng)管是相互獨(dú)立交替工作的，分別在負(fù)載上產(chǎn)生兩路反相的方波信號。加在負(fù)載上的最大輸出峰值電壓（不考慮管壓降）均可以到達(dá)電源電壓VCC，因此它的最大可能輸出功率為LCORVP2/從而提高了輸出功率。采用全橋方式，可以在單電源下工作，簡化了電源電路。但是，由于脈沖波的前后沿不可能理想的陡直，而形成斜坡狀，致使管子在交替工作的瞬間出現(xiàn)相互重疊的導(dǎo)通部分，上管還沒有完全關(guān)斷，下管已經(jīng)開啟，當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時，會使電源通過串聯(lián)的兩支管子直接短路而不經(jīng)過負(fù)載，稱為短路貫通，在兩個管子加上了VCC大小的電壓，由于MOS管的導(dǎo)通電阻很小，流過的電流會很大，不僅會形成能量的無效損耗，而且很容易使MOS管因短路電流過大而燒毀。如下圖210所示，所以，必須采用死區(qū)校正方案。圖210產(chǎn)生短路波形的示意圖第3章D類功率放大器的單元電路設(shè)計(jì)31前置放大電路前置功率放大器的目的在于對輸入功率放大器的各種信號進(jìn)行加工處理，使其能和功率放大器的輸入靈敏度相匹配，簡單的前置放大器的簡圖如圖31所示圖31簡單的前置放大器它由外接輸入耦合電容CIN確定放大器增益的輸入電阻RIN級反饋電阻RF及內(nèi)部提供的共模電壓VCM組成。這部分與一般的單電源前置放大器不同之處在于其共模電壓不是1/2VCC。由CIN及RIN決定了高通濾波器3DB截止頻率F3DB，F(xiàn)3DB與RIN，CIN的關(guān)系為F3DB1/2CINRIN；放大器增益AVD與RIN及RF的關(guān)系為AVDRF/RIN；經(jīng)過前置功率放大器放大后的最大輸出信號與VCM的關(guān)系如圖32所示。如VCM03VCC則前置放大器最大輸出電壓幅值為06VCM。圖32前置放大器的輸出關(guān)系圖圖33為采用差分輸入方式的前置放大器的結(jié)構(gòu)，音頻信號U1由左端輸入，經(jīng)過阻直電容輸入結(jié)形場效應(yīng)管的柵極。結(jié)形場效應(yīng)管采用3DJ4F，運(yùn)算放大器采用低噪聲，高速器件NE5532，電阻、電容選用高精度，高穩(wěn)定度及高質(zhì)量的元件。經(jīng)實(shí)際測試其技術(shù)指標(biāo)為輸出噪聲電壓小于25V；頻帶寬度5050KHZ；諧波失真小于002；轉(zhuǎn)換速率大于10S/V。圖33前置放大器電路32三角波產(chǎn)生電路三角波發(fā)生器我采用的是如圖34電路2374618HA522110KR710KR110KR31UFC3100PFC2R250K5KR610KR505UFC510KR310KR41UFC4VCC112233445566ICM7555D1N5404C601UFC1250PF圖34三角波產(chǎn)生電路本電路設(shè)計(jì)是通過使用一種定時器電路（ICM7555）來實(shí)現(xiàn)的。ICM7555在最高達(dá)10MHZ的可變頻率范圍上產(chǎn)生一個12VPP方波，然后通過集成電路變換成為三角波輸出。該電路由運(yùn)算放大器（HA5221）和電阻器電容網(wǎng)絡(luò)組成。該發(fā)生器產(chǎn)生高頻線性三角波，用以把D類功率音頻放大器中的總諧波失真（THD）減小到最低程度。這種三角波線性度很難在高頻上產(chǎn)生，這是因?yàn)榉讲ň哂胁徽R的邊沿和完整的拐角。對于這個問題，可以采用ICM7555定時器來解決。方波的斜率還取決于負(fù)載和反饋調(diào)節(jié)，以及運(yùn)放的偏移。一個問題即畸變的三角波頂部和底部問題可以用HA5221寬帶低偏移運(yùn)放IC來解決。另一個問題即對著電源總線之一的三角波漂移問題可增加兩個低通濾波器負(fù)反饋電路來解決。該電路由兩個IC電路組成；改進(jìn)型通用555定時器和運(yùn)放。三角波是通過積分器電路對方波輸出進(jìn)行積分而產(chǎn)生的。積分器電路由電容器C1、電阻器R1和寬帶底偏移HA5221運(yùn)算放大器組成。三角波的幅度值由輸入電壓除以R1C1時間常數(shù)確定。ICM7555定時器提供輪廓鮮明的，占空因數(shù)為50的對稱方波。頻率由下式確定241/CRF峰峰三角波電壓為VPP（三角波）VPP（方波）/（2FR1C1）電阻分壓器（R3和R4）對V/2的三角波中點(diǎn)。由于方波不會正好在V和地之間切換，因此方波由R7，R8和C3組成的濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低通濾波，并加到運(yùn)算的非倒相輸入端。這實(shí)際上是對三角波輸出的中點(diǎn)進(jìn)行細(xì)調(diào)。另一個低通濾波器是由R5，R6和C4組成的，將三角波輸出的平均值反饋到倒相求和。這就會平衡掉三角波向電源總線漂移的傾向。33脈沖調(diào)制電路PWM調(diào)制器也稱為脈沖寬度調(diào)制器。該電路的作用是把加在它的輸入端的模擬信號變成寬度或者占空比與輸入信號成正比的脈沖。它由三角波產(chǎn)生器有的公司生產(chǎn)的D類功率放大器中使用鋸齒波發(fā)生器、電壓比較器和驅(qū)動功率場效應(yīng)晶體管的柵極驅(qū)動電路組成。三角波產(chǎn)生器是利用恒定電流對一個電容器的充電和放電而形成三角波。三角波的頻率就是D類音頻功放的振蕩器頻率，它是固定的。脈寬調(diào)制電路即PWM控制電路，實(shí)質(zhì)上是一個電壓比較器，如圖35所示圖35圖36它的同相端輸入前置放大器的輸出信號電壓，它的反相端輸入鋸齒波電壓。這兩個電壓經(jīng)比較后，輸出與音頻信號幅度值成正比的脈寬信號。在A點(diǎn)以前，音頻信號電壓大于鋸齒波電壓，比較器輸出高電平（接近VCC電壓）；在A點(diǎn)以后，B點(diǎn)以前，鋸齒波電壓高于音頻信號電壓，則比較器輸出低電平；在B點(diǎn)以后C點(diǎn)以前，音頻信號電壓又高于鋸齒波電壓，則比較器輸出高電平。這樣，由比較器輸出脈沖寬度與音頻電壓信號幅度成正比的PWM信號。將音頻信號電壓、鋸齒波電壓及比較器輸出的PWM信號畫在一起如圖36所示。由圖可以看出，鋸齒波的電壓幅值是2VCM；輸出的脈沖寬度與音頻信號電壓的幅值成正比。音頻信號電壓為0時，輸出脈沖占空比為100；輸出脈沖的頻率等于鋸齒波的頻率。SOCF脈沖寬度調(diào)制電路將直接影響音頻功率放大器的性能指標(biāo)。對于高頻載波三角波，為了減小輸出音頻信號的非線形失真，要求三角波信號的兩個斜邊對稱且具有高的線形度。對于載波頻率的要求，理論分析表明，載波頻率越高，功率放大器的輸出高頻干擾越容易濾除，輸出波形失真也越?。坏β史糯笃鞯拈_關(guān)頻率也升高，這將大大的增加開關(guān)器件的開關(guān)損耗，造成功率放大器的效率下降。因此，一般載波信號（三角波）的頻率和調(diào)制信號（取正弦波）的頻率滿足如下關(guān)系TSFF201其中，為載波信號頻率，為調(diào)制信號的頻率。功率放大器的通頻帶為SFT10KHZ，取三角波信號的頻率為120KHZ。對于脈沖調(diào)制電路，我所采用的是高精密、高速度的比較器LM111。LM111是一種新型的電壓比較器。它與其他的電壓比較器不同之處在于其一，該器件的輸入誤差電流很小，故可應(yīng)用在高阻抗電路中；其二，應(yīng)用靈活，它不但能驅(qū)動DTL、TTL邏輯電路，而且還能與MOS邏輯開關(guān)和FET模擬開關(guān)接口；其三，它能由單5V電源供電去驅(qū)動DTL或TTL電路這就使得電路電源得以簡化。該器件中主要使用了輸入端的PNP晶體管的緩沖而獲得較低的輸入電流。輸出端V11為輸出管，由于該電壓比較器的輸出端與地端均與電路中其余點(diǎn)隔離，這就使得輸出方式變的極為靈活，既可以由輸出端直接輸出，亦可以從地端串入負(fù)載輸出。當(dāng)V端與地端相連時電路即可實(shí)現(xiàn)單電源供電。脈沖調(diào)制器的具體電路結(jié)構(gòu)如圖37所示32817654U3LM11110KR1210KR1310KR1410KR1510KR16圖37脈沖調(diào)制電路結(jié)構(gòu)由前置放大器輸出的音頻信號送入比較器的同相端，由三角波產(chǎn)生電路生成的鋸齒波送入比較器的反相端，供電電壓為5V的單電源，為給VV提供符合要求的靜態(tài)電位，取R12R15，R13R14，4個電阻均取10K。R16構(gòu)成負(fù)反饋電路。輸入的兩個信號經(jīng)比較器比較之后，輸出與音頻信號成正比的脈寬調(diào)制信號。34驅(qū)動控制電路如下圖所示123UA4081123UA4081123UA4081123UA4081123UA4030123UA403032UA404932UA404932UA404915KRT100PF圖38驅(qū)動控制電路為了達(dá)到驅(qū)動控制電路應(yīng)具備的四個方面的要求，即一是把PWM信號整形成前后沿更加陡峭的脈沖；二是能倒相形成PWM和兩個脈沖以滿足H橋功PWM率開關(guān)管的要求；三是為防止同一橋臂上兩功率管直通，PWM和兩脈沖之間要有一定的死區(qū)時間；四是應(yīng)具有保護(hù)功能，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)過流或短路時，應(yīng)封鎖PWM和脈沖信號輸出。根據(jù)以上要求，做出電路如圖所示。PWM該電路采用5V電源供電，所有邏輯器件均采用CMOS集成器件，當(dāng)過流保護(hù)信號為高電平“1”時，驅(qū)動電路正常工作，R、C決定死區(qū)時間；當(dāng)過流保護(hù)信號為低電平“0”時，驅(qū)動電路無脈沖輸出。35功率輸出電路功率輸出電路我們采用H橋式功率放大電路，H橋式功率放大器電路的任務(wù)是把PWM信號中的調(diào)制信號解調(diào)出來，即開關(guān)式功放就是一逆變器電路。對逆變電路的設(shè)計(jì)首先要選擇開關(guān)頻率高，導(dǎo)通電阻小的場效應(yīng)管；其次應(yīng)采用H橋式逆變器電路，目的是使輸出電壓擺幅可以升高到接近于兩倍的電源電壓，增大功率放大器的最大不失真輸出功率。再者為了減少輸出電壓的非線性失真，逆變器的輸出端應(yīng)接入LC低通濾波器。具體的功率輸出電路結(jié)構(gòu)如圖39所示。整個放大器電路由四個輸出電容小，容易快速驅(qū)動的場效應(yīng)管組成，在這里我們采用IRFD120（N溝道）和IRFD9120（P溝道）組成。左面兩個場效應(yīng)管（上為IRFD120，下面為IRFD9120）的柵極組成放大器的同相輸入端，另外兩個場效應(yīng)管（上為IRFD120，下為IRFD9120）的柵極組成功率放大器的反相輸入段。一路信號由放大器的左端（兩個場效應(yīng)管的柵極）輸入，另一路反相信號由放大器的右端（兩個場效應(yīng)管的柵極）輸入；輸出則由兩場效應(yīng)管的漏極相連接組成。Q1Q3Q2Q4圖39功率輸出電路的結(jié)構(gòu)36濾波器電路功率輸出電路送到負(fù)載的信號是一串脈沖，脈沖的占空比和加在脈沖寬度調(diào)制器輸入端的模擬信號幅度成正比，但是脈沖包含的基頻和諧波是有害的，必須通過低通濾波器LOWPASSFILTER把基頻和諧波超高頻信號濾除，僅留調(diào)制音頻信號模擬信號的部分，用以驅(qū)動揚(yáng)聲器。低通濾波器的截止頻率決定功放頻率響應(yīng)的高頻上限。此高頻上限隨著輸出負(fù)載不同而改變，可選3040KHZ。低通濾波器的電感器中流過的電流很大，電感線圈的電阻和電容器的等效串聯(lián)電阻都會消耗功率，也就是說，輸出低通濾波器會降低D類功率放大器的效率，必須使用等效串聯(lián)電阻小的電感器和等效串聯(lián)電阻小的電容器。用二階低通濾波器時需要的元件數(shù)量少、成本低，對高頻的衰減作用要差一些。用四階低通濾波器需要的元件數(shù)量多、成本增高，對高頻的濾波效果要好過二階低通濾波器。提高開關(guān)頻率可以降低電感器和電容器的數(shù)值，從而可以使用體積較小的電感器和電容器，便于布置印制電路板，也可以幫助降低MOSFET管的開關(guān)損耗。同樣無源元件的高頻損耗也會引起效率下降。在設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)在這些互相矛盾的因素之間進(jìn)行折衷，通常該電路采用功率損耗較小的二階低通濾波器。具體的電路結(jié)構(gòu)如圖310所示。圖310輸出低通濾波器的結(jié)構(gòu)由圖可知該濾波器由兩個電感、電容和一個電阻組成。功率輸出器輸出的信號送入該濾波器的左端的兩個輸入端，右端接揚(yáng)聲器發(fā)聲。當(dāng)然對于高電感的揚(yáng)聲器可以省去該濾波電路，而直接接功率輸出電路的輸出端。我們也可以采用四階巴特沃斯低通濾波器（如圖311所示）。濾波器的左右兩個端均接功率輸出電路的輸出端，在該濾波器中個元器件的參數(shù)如圖所示。對濾波器的要求是上限頻率20KHZ，在同頻帶內(nèi)特性基本平坦。L122UHL447UHL322UHL247UHC11UFC2068UFSPEAKERC3068UFC41UF圖311四階巴特沃斯低通濾波器37電平指示電路（音量顯示電路）為了符合整體電路要求，電平指示電路我采用的是5端LED顯示，也及帶放大器電平指示的電路，具體的電路結(jié)構(gòu)如圖312所示。Q13DG201Q23DG201Q33DG201Q43DG201Q53DG2015006025D12CP106D2D3D4D5GNDD633UFGNDVCC圖312五段電平指示電路該電平指示電路可以認(rèn)為是一個結(jié)果顯示電路接在功率輸出放大器的輸出端，功率放大器的輸出信號由最左邊的三極管的基極送入。該電路由分立元件組成，經(jīng)倍壓整流的音頻電壓達(dá)到05V，最右邊的晶體管先導(dǎo)通，其集電極上的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。隨著輸入信號的增大，從右到左，發(fā)光二極管依次發(fā)光。我們也可以采用現(xiàn)成的集成電路來實(shí)現(xiàn)電平指示，圖313就是采用集成電路LB1405驅(qū)動，可以做輸出電平指示或錄音電平指示。調(diào)節(jié)電位器（10K）可控制指示靈敏度，改變集成電路15角外接的47F電容大小，可以改變閃燈的響應(yīng)頻率。18169270VCC2K133GND15K100K47100K51P10K4720KSPLB1405圖313采用集成電路LB1405的電平指示電路38供電電源電路音頻功率放大器的供電問題，大都采用50HZ交流電力網(wǎng)供給，然而其內(nèi)部的用電器件卻都采用直流供電。顯然，這就需要將電力網(wǎng)供給的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以按照各自用電器件規(guī)定的電壓和電流供給。這就是我們將要介紹的音頻功率放大器的供電電源。其內(nèi)容涉及到供電電源類型及優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)時需考慮的問題以及抗干擾等。音頻功率放大器的供電電源，主要有三種類型，即非調(diào)整電源、線性調(diào)整電源和開關(guān)模式電源。在這三種類型的電源中，非調(diào)整電源將是最有成本效益的選擇方案。下面就介紹以下三種供電電源的特性381非調(diào)整電源非調(diào)整電源是由變壓器、整流器和濾波電容器組成的，屬于線性調(diào)整電源最簡單的一種供電電源。它的優(yōu)點(diǎn)主要是1簡單可靠，而且便宜相對來說，傳統(tǒng)的銅線鐵芯電源變壓器也許是放大器中最昂貴的部件。2不存在開關(guān)頻率而帶來的不穩(wěn)定性和高頻干擾的可能性。3放大器可在瞬態(tài)峰值上饋送較高的功率。這一點(diǎn)正是放大器所需要的特性。它的缺點(diǎn)主要是1在直流輸出電壓中呈現(xiàn)有值得注意的紋渡。這對放大器來說，需要考慮電源抗干擾比這一指標(biāo)。2電源變壓器相對地將是沉重且大體積的部件。同時變壓器初級線圈的接頭需根據(jù)不同國家及它們的電源電壓而作改變。3橋式整流器在二極管關(guān)閉的瞬間將100HZ的重復(fù)率產(chǎn)生脈沖，且隨著供電電流的增大這一情況將進(jìn)一步惡化，這說明采用非調(diào)整電源而不采用開關(guān)電源，并不意味著射頻干擾會全部沉寂。382線形調(diào)整電源線性調(diào)整電源是在非調(diào)整電源亦即整流部分的基礎(chǔ)上，再增設(shè)自動調(diào)壓器部分而構(gòu)成的。其中，非調(diào)整電源提供一個非穩(wěn)定的直流電壓，而自動調(diào)壓器部分則將此非穩(wěn)定的直流電壓通過調(diào)整元件后在負(fù)載上得到一個穩(wěn)定的直流電壓。通常又稱為穩(wěn)壓電源。它的優(yōu)點(diǎn)主要是1直流輸出電壓穩(wěn)定、紋波很小，可以放寬放大器對電源干線抗干擾的要求。2面對電網(wǎng)電壓的變化可提供恒定的音頻功率輸出。3為了防止放大器出現(xiàn)直流事故時存在的電子線路失效的幾率，可配置保護(hù)電路，以免供給電源受損。它的缺點(diǎn)主要是1電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，潛在地較為不可靠。因?yàn)樵骷脑龆啾厝粫档涂偟目煽啃?，再加上保護(hù)電路本身也將需要某些種類的反饋保護(hù)特性，如果放大器因輸出器件遭到損壞則調(diào)壓器部分也可能被損壞。2造價(jià)相對比較昂貴。一般來說，它至少需要增加兩個大功率晶體管，還要增加相關(guān)的控制電路和過流保護(hù)。這些功率器件都還需要散熱和硬件安裝以及短路檢測電路等，必然會使造價(jià)昂貴。3對于不同的電網(wǎng)電壓，電源變壓器的初級接線端接線，也必須予以改變，4集成電路式的調(diào)壓器根據(jù)電壓和電流的要求，通常是不可使用的。必須采用分離元件的電路設(shè)計(jì)，且通常不能以O(shè)EM方式購置除非以不經(jīng)濟(jì)的高成本作為代價(jià)。5可能出現(xiàn)嚴(yán)重的高頻不穩(wěn)定性問題，或者是本身出問題，也可能是與被供電的放大器一道出問題。其原因可能是變壓器的輸出阻抗大概會隨頻率升高而增大，這會導(dǎo)致某些高頻的不穩(wěn)定性。6放大器不再能對瞬態(tài)峰值信號饋送更高的功率。7對于瞬態(tài)電流需求的反應(yīng)大概是慢速的，因此影響了轉(zhuǎn)換效率指標(biāo)。383開關(guān)模式電源開關(guān)模式電源是一種采用脈寬調(diào)制或脈沖頻率調(diào)制式的開關(guān)電源。其調(diào)整元件工作在開關(guān)狀態(tài)，通常是由取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后得到的差動信號，去控制振蕩器輸出的脈沖寬度或脈沖頻率，并將這些脈沖串放大后去控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止。于是得到一系列寬度可變的矩形渡電壓，最后通過高頻濾波即得到平滑的直流電壓輸出。它的優(yōu)點(diǎn)主要是1紋波比非調(diào)整電源要小得多，與線性調(diào)整電源相比，雖然不如好的線性調(diào)整電源設(shè)計(jì)更好，但典型值為20MV峰一峰值。2沒有笨重的電源變壓器，在總的設(shè)備重量上顯著地減輕了，這對于廣播設(shè)備來說是重要的。3能夠以O(shè)EM方式購置。因?yàn)殚_關(guān)模式的設(shè)計(jì)是專家們的特殊性工作，OEM方式購置幾乎是強(qiáng)制性的。4在放大器出現(xiàn)危險(xiǎn)的直流偏調(diào)情況下，開關(guān)模式電源可設(shè)計(jì)成使其進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。5對于整個世界范圍內(nèi)可提供的電網(wǎng)電壓，無需調(diào)節(jié)就可以正常地工作，即使電壓不同，仍能給出相同的音頻功率使其適應(yīng)電壓范圍，一般為90260V。它的缺點(diǎn)主要是1屬高頻干擾的多發(fā)源，欲從音頻輸出中全部消除高頻干擾是極端困難的。2100HZ紋渡不可忽視，必需在放大器中采取電源抗干擾預(yù)防措施。3電路結(jié)構(gòu)要比非調(diào)整電源復(fù)雜得多，因此可靠性要下降。4對瞬態(tài)電流需求的反應(yīng)可能是比較慢的?？傊?，從上述的三種類型電源來看，似乎已清楚地認(rèn)識到調(diào)整電源對于功率放大器來說，并不是很有利的。實(shí)際上，對于三種類型的電源來說，如果認(rèn)真設(shè)計(jì)的話，均可給出極好的聲音。顯然，采用非調(diào)整電源將是最具經(jīng)濟(jì)效益的一種方案，不過其主要關(guān)鍵在于設(shè)法消除頻域的紋波。對于線性調(diào)整電源而言，其方案表現(xiàn)出來的挑戰(zhàn)，將在于設(shè)計(jì)兩個復(fù)雜的負(fù)反饋系統(tǒng)，如果其中有一個出現(xiàn)任一高頻不穩(wěn)定性的話，則兩個負(fù)反饋系統(tǒng)的緊密耦合將極易使二者成為致命的結(jié)合。再者，從考察的典型放大器設(shè)計(jì)角度來看，通常典型放大器的設(shè)計(jì)都具有極好的電源干線抗干擾能力，這樣采用簡單的非調(diào)整電源就可以完美地適用于放大器使用，而調(diào)整電源的使用就沒有必要了。因?yàn)椴捎谜{(diào)整電源，即使取得了最好的結(jié)果，但在高頻電路的購置、制造和測試的成本上就已經(jīng)加了倍，尤其是在某些情況下，將可能碰到難以駕馭的高頻穩(wěn)定性、特殊的轉(zhuǎn)換限制以及某些昂貴器件的失效等問題由于整個系統(tǒng)即包括模擬電路，也有數(shù)字電路，為了減少相互干擾，故采用自帶4路電源5V，5V，12V，12V，分別對各部分電路供電。電路圖如下圖2000UF/25V470UF/25F470F/25V01UF01UF132VVGNDINOUT78L12132VVGNDINOUT79L1201UF01UF132VVGNDINOUT78L05132VVGNDINOUT78L0501UF01UF01UF5V1234220V12V12V5V12432200F/25V01UF圖314音頻放大器供電電源電路結(jié)構(gòu)第4章D類音頻功率放大器的整體電路結(jié)構(gòu)D類音頻功率放大器的總體結(jié)構(gòu)電路如下圖所示，32817654U3LM11110KR1210KR1310KR1410KR1510KR161UFC31UFC62374618HA522110KR710KR110KR31UFC3100PFC2R250K5KR610KR505UFC510KR310KR41UFC4VCC123UA4081123UA4081123UA4081123UA4081123UA4030123UA403032UA404932A404932UA404915KRT100PFQ1Q3Q2Q41UF06810KQ13DG201Q23DG201Q33DG201Q43DG201Q53DG2015006025D12CP106D2D3D4D5GNDD633UFGND112233445566ICM7555D1N5404C601UF2000UF/25V470UF/25F470F/25V01UF01UF132VVGNDINOUT78L12132VVGNDINOUT79L1201UF01UF132VVGNDINOUT78L05132VVGNDINOUT78L0501UF01UF01UF5V1234220V12V12V5VC1250PF3DG4F3DG4F15K15K51K20K2K20K300PF10UF56K100UFNE5532470K10UF12432200F/25V01UF圖41D類音頻功率放大器的整體結(jié)構(gòu)電路圖由圖中可以看到，該D類功率放大器包含供電電源電路、三角波產(chǎn)生電路、前置放大電路、PWM脈沖調(diào)制電路、驅(qū)動電路、H橋式功率放大電路、5段LED電平顯示電路、低通濾波電路。各個電路的功用和組成已經(jīng)在前面的章節(jié)中詳細(xì)敘述了，在此就不羅嗦了。該D類音頻功率放大器的工作過程是輸入的音頻信號先經(jīng)過前置功率放大器的篩選，送入PWM放大器的同相輸入端，同時有555定時電路生成的方波信號經(jīng)HA5221生成三角波信號送入PWM放大器的反相輸入端；經(jīng)驅(qū)動電路送入H橋式功率放大電路，送揚(yáng)聲器輸出發(fā)出聲音；5段LED電平顯示電路的作用是根據(jù)音量的大小同步的顯示。電源供電電路提供該D類音頻功率放大器內(nèi)的所有晶體管、邏輯電路、集成電路的電源、交變電流