功率電子設計(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計主講：蔣守光電子實驗中心5/25/20241只因準備不足，才導致失敗第九部份

數(shù)字功放設計專題2011年大學生電子競賽培訓5/25/20242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5/25/20243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狀態(tài)。由于輸出管工作在開關狀態(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、高速開關電路組成。2011年全國大學生電子競賽培訓5/25/20244只因準備不足，才導致失敗2、原理框圖（1）5/25/20245只因準備不足，才導致失敗原理框圖（2）5/25/20246只因準備不足，才導致失敗二、單元電路設計1、脈寬調(diào)制電路設計

（1）PWM調(diào)制5/25/20247只因準備不足，才導致失?。?）SPWM調(diào)制5/25/20248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)制的電平關系和電路結構5/25/20249只因準備不足，才導致失敗SSPWM調(diào)制電路5/25/202410只因準備不足，才導致失敗設計要點1、音頻信號的電壓幅度不能大于載波，否則會使功放產(chǎn)生失真。2、產(chǎn)生單極性PWM信號比雙極性的好，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，應選用精密可調(diào)電位器。5/25/202411只因準備不足，才導致失敗2、載波發(fā)生器－－采用寬帶運放5/25/202412只因準備不足，才導致失敗設計要點三角波的幅值為三角波頻率為5/25/202413只因準備不足，才導致失敗5/25/202414只因準備不足，才導致失敗3、前置放大電路設計

5/25/202415只因準備不足，才導致失敗設計要點1、選用寬頻帶、低漂移的運放。對于uA741和OP07在相同輸入條件下，當電壓增益為100時，對應的帶寬為10KHz；對于NE5532，當電壓增益為100倍時，帶寬為130KHz；對于TLC4502，當電壓增益為100倍時，帶寬為1.3MHz。

2、整個功放的電壓增益程控，在這部分進行音量調(diào)節(jié)。5/25/202416只因準備不足，才導致失敗4、整形、延時、驅(qū)動及功放輸出電路設計

特點：單邊驅(qū)動參考電路一：H橋5/25/202417只因準備不足，才導致失敗適合SSPWM波的脈沖功率電路參考電路二：為了采用比較簡單的激勵電路，SSPWM波的脈沖功率電路選用下圖所示結構。電路工作的特點是對角聯(lián)合激勵。5/25/202418只因準備不足，才導致失敗驅(qū)動電路（IR2130）特點：對角驅(qū)動參考電路三：全橋5/25/202419只因準備不足，才導致失敗全橋電路5/25/202420只因準備不足，才導致失敗5.低通濾波器設計1）歸一化LPF設計方法歸一化低通濾波器設計數(shù)據(jù)，指的是特征阻抗為且截止頻率為的基準低通濾波器的數(shù)據(jù)。在設計巴特沃思型的歸一化LPF的情況下，以巴特沃思的歸一化LPF設計數(shù)據(jù)為基準濾波器，將它的截止頻率和特征阻抗變換為待設計濾波器的相應值。5/25/202421只因準備不足，才導致失敗對濾波器截止角頻率的變換是通過先求出待設計濾波器截止角頻率與基準角頻率的比值M，再用這個M去除濾波器中的所有元件值來計算所需參數(shù)，其計算公式如下：5/25/202422只因準備不足，才導致失敗對濾波器的特征阻抗的變換時通過先求出待設計濾波器特征阻抗與基準濾波器特征阻抗的比值中K，再用這個K去乘基準濾波器中的所有電感元件值和用這個K去除基準濾波器中所有電容元件值來計算所需參數(shù)。其計算公式如下：5/25/202423只因準備不足，才導致失敗對于待設計的LPF濾波器而言，其計算公式為：基準電感、電容如下表所示：5/25/202424只因準備不足，才導致失敗5/25/202425只因準備不足，才導致失敗歸一化LPF設計濾波器的步驟5/25/202426只因準備不足，才導致失敗2）參數(shù)計算由設計要求，通頻帶為300Hz－20KHz，濾波器截止頻率應為40KHz。低通濾波器的負載為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只因準備不足，才導致失敗四階Butterworth低通濾波器的歸一化LPF基準濾波器的參數(shù)，設得：待設計LPF的電容參數(shù)為：、

5/25/202428只因準備不足，才導致失敗電感采用無損磁芯及細包漆線繞制而成，其電感值可用數(shù)字電橋測量儀器測量得到。，

5/25/202429只因準備不足，才導致失敗6、信號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轉換為單端輸出，經(jīng)RC濾波供外接功率測試用。電路圖如下：（雙入單出）5/25/202430只因準備不足，才導致失敗7、功率測量及顯示電路功率測量及顯示電路由真有效值轉換電路和單片機系統(tǒng)組成真有效值轉換器選用高精度的AD637芯片，其外圍元件少，頻帶寬，精度高于0.5%。5/25/202431只因準備不足，才導致失敗8、短路保護電路峰值檢波電路取樣放大比較自鎖5/25/202432只因準備不足，才導致失敗三、整機電路欣賞5/25/202433只因準備不足，才導致失敗1、采用SSPWM調(diào)制

5/25/202434只因準備不足，才導致失敗2、三極管、場管混合驅(qū)動5/25/202435只因準備