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高效数字功率放大器优化设计

作　者: 赵亚东
导　师: 吕幼新；李斌
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 数字功率放大器开关放大器 Dead-Time 双边带三电平自然采样法脉宽调制技术损耗
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

数字音频功率放大技术是近年发展起来的高效率音频放大技术,其高效率的特点受到了广泛的关注。它采用了全新的放大体制,功放管工作于D类开关状态,与传统模拟功放相比,具有体积小、重量轻、效率高、可靠性高的特点,发展前景非常广阔。不仅适合DVD内置功放、汽车功放、桌面音响、计算机多媒体、大功率专业功放以及各种多通道AV功放;同时,在军用行业:如电台、声纳系统等也有良好的发展前景。数字功率放大器的理论效率可以达到100%,但由于器件并非工作在理想工作状态下,脉宽调制器、开关放大器、低通滤波器环节的设计都将影响最终的效率。目前国外的研发厂家研制的数字功放产品效率普遍在85%左右,国内的研发尚在起步阶段。在300W以上的大功率领域的开发和研制更是少之又少。就85%的效率而言,虽然比模拟功放的效率高很多(A类模拟功放效率在10%左右,AB类模拟功放效率在20%-40%左右),但随着当代社会工业的迅猛发展以及人口的不断增长,对能源的需求越来越大,我们应在各个方面节省能源,提高能源的利用率。因此,进一步提高数字功放的效率就显得尤为重要。而且影响音质的重要指标:失真度、频响、信噪比也有待进一步提高。本文提出高效数字功率放大器的优化设计方案,将双边带三电平自然采样法脉宽调制技术引入数字功放的脉宽调制设计中,不仅提高了整机的失真度指标,还降低了低通滤波器设计阶数、改善了信噪比。开关放大器优化设计中引入的Dead-Time技术,减小了开关放大器的串通损耗和漏源电容损耗,提高了整机效率。优化设计中负反馈的引入减小了系统引入的非线性失真和噪声。本论文以此方案开发了一款高效数字功率放大器,半桥单通道输出功率达到1000W,桥接成全桥输出功率达到2000W,失真度优于0.05%,信噪比大于110dB,效率达到93%。接近世界专业功放技术水平,这样大大提高了电源的利用率,节约了电能,使得数字功放功率可以做的更大、体积可以做得更小,音质更加完美,相比模拟功放更具优势。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章引言  10-15
  1.1 前言  10-11
  1.2 国内外发展现状  11-13
  1.3 项目来源及主要工作  13-14
  1.4 本课题的主要目的  14
  1.5 本文的主要内容  14-15
第二章音频功率放大器  15-19
  2.1 A类功率放大器  15
  2.2 B类功率放大器  15-16
  2.3 AB类功率放大器  16
  2.4 C类功率放大器  16-17
  2.5 D类功率放大器  17
  2.6 E类功率放大器  17-18
  2.7 F类功率放大器  18-19
第三章数字音频功率放大器  19-37
  3.1 工作原理及组成框图  19-20
  3.2 脉冲编码调制器  20-23
    3.2.1 脉冲调制技术  20-21
    3.2.2 PCM/PWM转换器  21-22
    3.2.3 PWM调制的实现  22-23
  3.3 驱动放大器  23-24
  3.4 开关放大器  24-31
    3.4.1 工作原理  24-26
    3.4.2 开关放大器的效率  26-31
  3.5 低通滤波器  31-37
    3.5.1 工作原理  31-33
    3.5.2 滤波电感  33-34
    3.5.3 滤波电容  34-35
    3.5.4 低通滤波器的损耗  35-37
第四章高效优化设计方案  37-59
  4.1 脉宽编码调制器的优化设计  37-49
    4.1.1 NPWM调制技术  38-46
    4.1.2 NBDD调制技术的实现  46-47
    4.1.3 优化后方案对比  47-49
  4.2 开关放大器的优化设计  49-55
    4.2.1 引入Dead-Time  49-53
    4.2.2 合理选取载波频率  53
    4.2.3 场管的选取  53-54
    4.2.4 优化后方案对比  54-55
  4.3 引入线性反馈控制技术  55-57
    4.3.1 基本控制原理  55-56
    4.3.2 基本控制类型  56-57
  4.4 低通滤波器的优化设计  57
  4.5 完善保护功能设计  57-59
第五章高效数字音频功率放大器设计  59-71
  5.1 概述  59
  5.2 方案实施  59-65
    5.2.1 实现原理框图  59-60
    5.2.2 基本工作原理  60-61
    5.2.3 实现方法  61-65
  5.3 指标测试  65-69
    5.3.1 测试原理及框图  66
    5.3.2 功能指标测试  66-67
    5.3.3 技术指标测试  67-69
  5.4 测试结果分析  69-71
第六章结束语  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-76

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