功率電子設(shè)計(jì)(競(jìng)賽講座D-數(shù)字功放)

2011年大學(xué)生電子競(jìng)賽培訓(xùn)功率電子電路設(shè)計(jì)主講：蔣守光電子實(shí)驗(yàn)中心5/25/20241只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗第九部份

數(shù)字功放設(shè)計(jì)專題2011年大學(xué)生電子競(jìng)賽培訓(xùn)5/25/20242只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗一、數(shù)字功放原理2011年全國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽培訓(xùn)5/25/20243只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗1、簡(jiǎn)介

D類放大器是用音頻信號(hào)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(shí)際電路也可達(dá)到80%～95%。高效D類功放實(shí)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(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽培訓(xùn)5/25/20244只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗2、原理框圖（1）5/25/20245只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗原理框圖（2）5/25/20246只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗二、單元電路設(shè)計(jì)1、脈寬調(diào)制電路設(shè)計(jì)

（1）PWM調(diào)制5/25/20247只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失?。?）SPWM調(diào)制5/25/20248只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗

（2）SSPWM調(diào)制電路

SSPWM指調(diào)制信號(hào)正負(fù)半周分別進(jìn)行獨(dú)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(shí)現(xiàn)負(fù)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)5/25/20249只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗SSPWM調(diào)制電路5/25/202410只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、音頻信號(hào)的電壓幅度不能大于載波，否則會(huì)使功放產(chǎn)生失真。2、產(chǎn)生單極性PWM信號(hào)比雙極性的好，在濾波后產(chǎn)生的紋波小。3、通過分壓電路，分別給同相輸入端和反相輸入端提供2.5V的靜態(tài)電位，為精確調(diào)整在2.5V電位，應(yīng)選用精密可調(diào)電位器。5/25/202411只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗2、載波發(fā)生器－－采用寬帶運(yùn)放5/25/202412只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗設(shè)計(jì)要點(diǎn)三角波的幅值為三角波頻率為5/25/202413只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗5/25/202414只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗3、前置放大電路設(shè)計(jì)

5/25/202415只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、選用寬頻帶、低漂移的運(yùn)放。對(duì)于uA741和OP07在相同輸入條件下，當(dāng)電壓增益為100時(shí)，對(duì)應(yīng)的帶寬為10KHz；對(duì)于NE5532，當(dāng)電壓增益為100倍時(shí)，帶寬為130KHz；對(duì)于TLC4502，當(dāng)電壓增益為100倍時(shí)，帶寬為1.3MHz。

2、整個(gè)功放的電壓增益程控，在這部分進(jìn)行音量調(diào)節(jié)。5/25/202416只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗4、整形、延時(shí)、驅(qū)動(dòng)及功放輸出電路設(shè)計(jì)

特點(diǎn)：?jiǎn)芜咈?qū)動(dòng)參考電路一：H橋5/25/202417只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗適合SSPWM波的脈沖功率電路參考電路二：為了采用比較簡(jiǎn)單的激勵(lì)電路，SSPWM波的脈沖功率電路選用下圖所示結(jié)構(gòu)。電路工作的特點(diǎn)是對(duì)角聯(lián)合激勵(lì)。5/25/202418只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗驅(qū)動(dòng)電路（IR2130）特點(diǎn)：對(duì)角驅(qū)動(dòng)參考電路三：全橋5/25/202419只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗全橋電路5/25/202420只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗5.低通濾波器設(shè)計(jì)1）歸一化LPF設(shè)計(jì)方法歸一化低通濾波器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，指的是特征阻抗為且截止頻率為的基準(zhǔn)低通濾波器的數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)巴特沃思型的歸一化LPF的情況下，以巴特沃思的歸一化LPF設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)濾波器，將它的截止頻率和特征阻抗變換為待設(shè)計(jì)濾波器的相應(yīng)值。5/25/202421只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗對(duì)濾波器截止角頻率的變換是通過先求出待設(shè)計(jì)濾波器截止角頻率與基準(zhǔn)角頻率的比值M，再用這個(gè)M去除濾波器中的所有元件值來計(jì)算所需參數(shù)，其計(jì)算公式如下：5/25/202422只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗對(duì)濾波器的特征阻抗的變換時(shí)通過先求出待設(shè)計(jì)濾波器特征阻抗與基準(zhǔn)濾波器特征阻抗的比值中K，再用這個(gè)K去乘基準(zhǔn)濾波器中的所有電感元件值和用這個(gè)K去除基準(zhǔn)濾波器中所有電容元件值來計(jì)算所需參數(shù)。其計(jì)算公式如下：5/25/202423只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗對(duì)于待設(shè)計(jì)的LPF濾波器而言，其計(jì)算公式為：基準(zhǔn)電感、電容如下表所示：5/25/202424只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗5/25/202425只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗歸一化LPF設(shè)計(jì)濾波器的步驟5/25/202426只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗2）參數(shù)計(jì)算由設(shè)計(jì)要求，通頻帶為300Hz－20KHz，濾波器截止頻率應(yīng)為40KHz。低通濾波器的負(fù)載為4，故按最大功率傳輸原則，四階巴特沃思低通濾波器的特征阻抗選為4。截止頻率變換特征阻抗變換四階Butterworth低通濾波器的電感電容參數(shù)5/25/202427只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗四階Butterworth低通濾波器的歸一化LPF基準(zhǔn)濾波器的參數(shù)，設(shè)得：待設(shè)計(jì)LPF的電容參數(shù)為：、

5/25/202428只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗電感采用無損磁芯及細(xì)包漆線繞制而成，其電感值可用數(shù)字電橋測(cè)量?jī)x器測(cè)量得到。，

5/25/202429只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗6、信號(hào)變換電路電路采用寬帶放大器NE5532，增益為1，將功率放大器雙端輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出，經(jīng)RC濾波供外接功率測(cè)試用。電路圖如下：（雙入單出）5/25/202430只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗7、功率測(cè)量及顯示電路功率測(cè)量及顯示電路由真有效值轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)系統(tǒng)組成真有效值轉(zhuǎn)換器選用高精度的AD637芯片，其外圍元件少，頻帶寬，精度高于0.5%。5/25/202431只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗8、短路保護(hù)電路峰值檢波電路取樣放大比較自鎖5/25/202432只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗三、整機(jī)電路欣賞5/25/202433只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗1、采用SSPWM調(diào)制

5/25/202434只因準(zhǔn)備不足，才導(dǎo)致失敗2、三極管、場(chǎng)管混合驅(qū)動(dòng)5/25/202435只因準(zhǔn)備