D类功率放大器电路设计与调试

D类放大器(数字音频功率)是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号，然后用PWM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器。D类放大或数字式放大器，是利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的，经常被用于高效率的音频放大器中。在高保真音响设备和更高档的家庭影院设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率，这时，低失真、高效率的音频放大器就显得颇为重要，本文从实用角度出发，设计了一款低失真、高效率的音频放大器，与传统放大器相比，本放大器在效率、体积以及功率消耗方面具有明显的优势，它产生的热量小且为传统放大器的一半，其效率在78%以上，而传统的放大器效率仅在50%左右。

1 系统设计

1.1 总体设计分析

本系统由高效率功率放大器(D类音频功率放大器)、信号变换电路、外接测试仪表组成，系统框图如图1所示。

图1 系统方框图

1.2 D类功放的设计

D类放大器的架构有对称与非对称两大类，在此讨论的D类功放针对的是对功率、体积都非常敏感的便携式应用，因此采用全电桥的对称型放大器，以充分利用其单一电源、系统小型化的特点。D类功率放大器由PWM电路、开关功放电路及输出滤波器组成，原理框图如图2所示。

图2 D类音频功率放大器组成框图

采用了由比较器和三角波发生器组成的固定频率的PWM电路，用输入的音频信号幅度对三角波进行调制，得到占空比随音频输入信号幅度变化的方波，并以相反的相位驱动上下桥臂的功率管，使功率管一个导通时另一个截止，再经输出滤波器将方波转变为音频信号，推动扬声器发声。采用全桥的D类放大器可以实现平衡输出，易于改善放大器的输出滤波特性，并可减少干扰。全桥电路负载上的电压峰峰值接近电源电压的2倍，可采用单电源供电。实现时，通常采取2路输出脉冲相位相反的方法。

2 硬件电路设计

2.1 原理分析