功率電子設(shè)計競賽講座D-數(shù)字功放

2011年大學生電子競賽培訓功率電子電路設(shè)計主講：蔣守光電子實驗中心12/7/20221只因準備不足，才導致失敗第九部份

數(shù)字功放設(shè)計專題2011年大學生電子競賽培訓12/7/20222只因準備不足，才導致失敗一、數(shù)字功放原理2011年全國大學生電子競賽培訓12/7/20223只因準備不足，才導致失敗1、簡介

D類放大器是用音頻信號的幅度去線性調(diào)制高頻脈沖的寬度，功率輸出管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)。由于輸出管工作在開關(guān)狀態(tài)，故具有極高的效率。理論上為100%，實際電路也可達到80%～95%。高效D類功放實現(xiàn)電路主要由PWM調(diào)制器、高速開關(guān)電路組成。2011年全國大學生電子競賽培訓12/7/20224只因準備不足，才導致失敗2、原理框圖（1）12/7/20225只因準備不足，才導致失敗原理框圖（2）12/7/20226只因準備不足，才導致失敗二、單元電路設(shè)計1、脈寬調(diào)制電路設(shè)計

（1）PWM調(diào)制12/7/20227只因準備不足，才導致失?。?）SPWM調(diào)制12/7/20228只因準備不足，才導致失敗

（2）SSPWM調(diào)制電路

SSPWM指調(diào)制信號正負半周分別進行獨立的正弦脈沖調(diào)制+-+-三角波1正弦波三角波2參數(shù)正弦波電位三角波1電位三角波2電位正弦波幅值三角波幅值調(diào)整原則固定5V5V以下粗調(diào)5V以上連續(xù)調(diào)整調(diào)整固定實現(xiàn)負極性（低電平脈沖寬度）調(diào)制的電平關(guān)系和電路結(jié)構(gòu)12/7/20229只因準備不足，才導致失敗SSPWM調(diào)制電路12/7/202210只因準備不足，才導致失敗設(shè)計要點1、音頻信信號的電壓壓幅度不能能大于載波波，否則會會使功放產(chǎn)產(chǎn)生失真。。2、產(chǎn)生單單極性PWM信號比比雙極性的的好，在濾濾波后產(chǎn)生生的紋波小小。3、通過分分壓電路，，分別給同同相輸入端端和反相輸輸入端提供供2.5V的靜態(tài)電電位，為精精確調(diào)整在在2.5V電位，應(yīng)應(yīng)選用精密密可調(diào)電位位器。12/6/202211只因因準準備備不不足足，，才才導導致致失失敗敗2、、載載波波發(fā)發(fā)生生器器－－－采采用用寬寬帶帶運運放放12/6/202212只因因準準備備不不足足，，才才導導致致失失敗敗設(shè)計計要要點點三角角波波的的幅幅值值為為三角角波波頻頻率率為為12/6/202213只因準準備不不足，，才導導致失失敗12/6/202214只因準準備不不足，，才導導致失失敗3、前置放放大電電路設(shè)設(shè)計12/6/202215只因準準備不不足，，才導導致失失敗設(shè)計要要點1、選選用寬寬頻帶帶、低低漂移移的運運放。。對于于uA741和和OP07在相相同輸輸入條條件下下，當當電壓壓增益益為100時，，對應(yīng)應(yīng)的帶帶寬為為10KHz；；對于于NE5532，當當電壓壓增益益為100倍時時，帶帶寬為為130KHz；對對于TLC4502，當當電壓壓增益益為100倍時時，帶帶寬為為1.3MHz。2、整整個功功放的的電壓壓增益益程控控，在在這部部分進進行音音量調(diào)調(diào)節(jié)。。12/6/202216只因準準備不不足，，才導導致失失敗4、整整形、、延時時、驅(qū)驅(qū)動及及功放放輸出出電路路設(shè)計計特點：：單邊邊驅(qū)動動參考電電路一一：H橋12/6/202217只因準準備不不足，，才導導致失失敗適合SSPWM波的的脈沖沖功率率電路路參考電電路二二：為了采采用比比較簡簡單的的激勵勵電路路，SSPWM波的的脈沖沖功率率電路路選用用下圖圖所示示結(jié)構(gòu)構(gòu)。電電路工工作的的特點點是對角聯(lián)聯(lián)合激激勵。12/6/202218只因準準備不不足，，才導導致失失敗驅(qū)動電電路（（IR2130）特點：：對角角驅(qū)動動參考電電路三三：全全橋12/6/202219只因準準備不不足，，才導導致失失敗全橋電路12/6/202220只因準備備不足，，才導致致失敗5.低低通濾波波器設(shè)計計1）歸一一化LPF設(shè)計計方法歸一化低低通濾波波器設(shè)計計數(shù)據(jù)，，指的是是特征阻阻抗為且且截截止頻率率為的的基基準低通通濾波器器的數(shù)據(jù)據(jù)。在設(shè)計巴巴特沃思思型的歸歸一化LPF的的情況下下，以巴巴特沃思思的歸一一化LPF設(shè)計計數(shù)據(jù)為為基準濾濾波器，，將它的的截止頻頻率和特特征阻抗抗變換為為待設(shè)計計濾波器器的相應(yīng)應(yīng)值。12/6/202221只因準備備不足，，才導致致失敗對濾波器器截止角角頻率的的變換是通過先先求出待待設(shè)計濾濾波器截截止角頻頻率與基基準角頻頻率的比比值M，，再用這這個M去去除濾波波器中的的所有元元件值來來計算所所需參數(shù)數(shù)，其計計算公式式如下：：12/6/202222只因準備備不足，，才導致致失敗對濾波器器的特征征阻抗的的變換時通過先先求出待待設(shè)計濾濾波器特特征阻抗抗與基準準濾波器器特征阻阻抗的比比值中K，再用用這個K去乘基基準濾波波器中的的所有電電感元件件值和用用這個K去除基基準濾波波器中所所有電容容元件值值來計算算所需參參數(shù)。其其計算公公式如下下：12/6/202223只因準備備不足，，才導致致失敗對于待設(shè)設(shè)計的LPF濾濾波器而而言，其其計算公公式為：：基準電感感、電容容如下表表所示：：12/6/202224只因準備備不足，，才導致致失敗12/6/202225只因準備備不足，，才導致致失敗歸一化LPF設(shè)設(shè)計濾波波器的步步驟12/6/202226只因準備不足足，才導致失失敗2）參數(shù)計計算由設(shè)計要求，，通頻帶為300Hz－－20KHz，濾波器截止頻頻率應(yīng)為40KHz。。低通濾波器的的負載為4，，故按最大大功率傳輸原原則，四階巴特沃思思低通濾波器器的特征阻抗抗選為4。截止頻率變換換特征阻抗變換換四階Butterworth低通濾濾波器的電感感電容參數(shù)12/6/202227只因準備不足足，才導致失失敗四階Butterworth低通濾濾波器的歸一一化LPF基基準濾波器的的參數(shù)，設(shè)得：待設(shè)計LPF的電容參數(shù)數(shù)為：、12/6/202228只因準備不足足，才導致失失敗電感采用無損損磁芯及細包包漆線繞制而而成，其電感感值可用數(shù)字字電橋測量儀儀器測量得到到。，12/6/202229只因準備不不足，才導導致失敗6、信號變變換電路電路采用寬寬帶放大器器NE5532，增增益為1，，將功率放放大器雙端端輸出的信信號轉(zhuǎn)換為為單端輸出出，經(jīng)RC濾波供外外接功率測測試用。電電路圖如下下：（雙入單單出）12/6/202230只因準備不不足，才導導致失敗7、功率測測量及顯示示電路功率測量及及顯示電路路由真有效效值轉(zhuǎn)換電電路和單片片機系統(tǒng)組組成真有效效值轉(zhuǎn)換器器選用高精精度的AD637芯芯片，其外外圍元件少少，頻帶寬寬，精度高高于0.5%。12/6/202231只因準備不不足，才導導致失敗8、短路保保護電路峰值檢波電電路取樣放大比較自鎖12/6/202232只因準備不不足，才導導致失敗三、整機電電路欣賞12/6/202233只因因準準備備不不足足，，才才導導致致失失敗敗1、、采采用用SSPWM調(diào)調(diào)制制12/6/202234只因因準準備備不不足足，，才才導導致致失失敗敗2、、三三極極管管、、場場管管混混合合驅(qū)驅(qū)動動12/6/202235只因因準準備備不不足足，，才才導導致致失失敗敗12/6/202236只因因準準備備不不足足，，才才導導致致失失敗敗3、、基基于于互互補補驅(qū)驅(qū)動動的的音音頻頻數(shù)數(shù)字字功功放放12/6/202237只因準備不足足，才導致失失敗12/6/2022