增强高功率D类音频放大器性能和可靠性的设计方案

2021-02-27 23:54 冰球突破正规网站

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本文摘要:绿色能源标准、更加低成本和更高音频保真度的市场需求正在推展D类放大器在高功率音频中的应用于。传统的仿真构建(例如AB类流形结构)比较复杂且效率较低,但由于其对音频的高保真性能,占有了高端音频市场。D类系统设计更加非常简单、更加高效,且获取相媲美仿真放大器的高保真能力,正在很快增大在高端音频市场中的差距。 典型的D类音频系统再行把仿真音频输出信号切换为数字PWM信号,在数字域展开功率放大,然后再行把数字信号转换成仿真音频信号输入。

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绿色能源标准、更加低成本和更高音频保真度的市场需求正在推展D类放大器在高功率音频中的应用于。传统的仿真构建(例如AB类流形结构)比较复杂且效率较低,但由于其对音频的高保真性能,占有了高端音频市场。D类系统设计更加非常简单、更加高效,且获取相媲美仿真放大器的高保真能力,正在很快增大在高端音频市场中的差距。

  典型的D类音频系统再行把仿真音频输出信号切换为数字PWM信号,在数字域展开功率放大,然后再行把数字信号转换成仿真音频信号输入。如图1右图,输出的音频信号被送往一个脉冲宽度调制器(PWM),它由运算放大器和较为器构成,调制器通过分解与音频输出信号瞬时值成正比的调制频率信号对音频数字化。    图1:D类放大器的基本框图  PWM信号展开必要的电平转换,然后送往栅极驱动器,这个驱动器掌控由MOSFET(M1和M2)构成的双态功率电路。

缩放后的信号然后通过输入滤波器(避免PWM载波频率),最后意味着缩放了的仿真音频信号驱动扬声器。通过把滤波器输出信号对系统到错误放大器输出末端,展开外部环路滤波,减少了杂讯和噪声,进一步提高了音频输入保真度。  D类放大器设计  功效  传统的仿真功率放大器依赖线性缩放电路,很更容易导致高功率损失。

而相比之下,D类放大器的功率效率可以超过90%或更高(这各不相同设计)。这种高效率的益处是D类放大器技术所固有的,缩放机制用于二进制切换(一般来说是功率MOSFET)。这些电源或者几乎导通或者几乎重开,只有很少的时间花费在状态切换上。线性的电源动作和较低MOSFET导通电阻,增加了I2R损耗,提升了效率。

然而,在实践中,电源切换时间(杀区时间)必需充足长以防止两电源同时运营时效率急剧下降。  高保真  音频保真度可以被定义为声音再造后的完整性,对于音频系统,保真度仍然是声音质量的代名词。

同时其他指标也被用作取决于保真度,部分指标的测量对设计人员来说尤其具备挑战性。最不具挑战性的两个指标是:总谐波杂讯(THD)和噪声(N),总称为THD+N。

  THD是对音频系统的精确测量,十分类似于高保真本身。再造信号的误差来自于其他元件产生的输出频率谐波,显著的区别于显输入信号。

THD是所有多余的谐波频率能量与基本输出频率能量的比值,典型的在等价系统的半功率下测量取得。THD性能对于大多数非高保真音频应用于来说一般来说大于0.1%,老实的听众一般来说必须THD等级低至0.05%甚至更加较低。

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  输入噪声等级是对没信号输出的放大器输入的本底噪声电平的测量。对于大多数扬声器来说,100-500uV的本底噪声在长时间的收看距离内是听得将近的,而超过1mV的本底噪声就太吵了,所以,THD+N是取决于放大器音频保真度的很好指标。

  D类驱动器IC:特性和益处  可编程杀区时间  D类放大器杀区时间(即两个电源皆正处于重开状态时的时间段)直接影响到效率和THD。过分一段时间的死区时间不会引发直通电流,减少效率,过长的死区时间又不会减小THD,这不会给音频保真度带来不利影响。  必需准确原作杀区时间,寻找使功率效率和THD都拟合的最佳方位。

当前典型低电压音频驱动器具备不准确的、重合的死区时间设置(即1/n延后值)。因此,多数设计人员都自由选择使用分立元件来处置杀区时间,这不仅花费低而且耗时间。一个简练且经济的解决问题方法是构建具备高精度杀区发生器的栅极驱动器。


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