基于变频PWM及同步技术的大功率音频放大器的设计

论文摘要

低失真、高效率是对大功率放大器提出的普遍要求。模拟功率放大器通过采用优质元件、复杂的补偿电路和深度负反馈等方法,可以使失真变得很小,但高效率一直没有得到很好地解决。而工作在开关状态下的D类功率放大器却很容易实现高效率。现有的D类放大器一般采用PWM控制技术,放大器输出的音频信号等于经过调制的PWM信号通过扬声器后的信号,因此,PWM调制器的性能将直接影响到D类放大器的保真度。理论上音频功率放大器的PWM调制器的载波频率越高,音质效果就越好。但是,过高的载波会带来功率管上的损耗加大以及功率管上安装的散热片体积增大等问题。这个问题在大功率千瓦级功放上体现得更加严重,如同样损耗1%,1W的小型功放其损耗仅为10mW,而千瓦大功率音频功放的损耗可以达到10W,并且,10mW的损耗基本不需要安装散热片,而10W所需的散热片体积为6CM3。本学位论文所要设计的D类大功率音频放大器主要用于工业用千瓦级功率报警系统,该功放的音质要求比专业音频功放低,但对效率及体积的要求较高。因此,本文通过变频PWM技术将载波频率分为三个频率点f1、f2和f3,且f1<f2<f3。根据不同时段的信号幅度的变化程度,采用不同的载波频率进行调制,既可以保证音质效果等同于载波频率为f3时所获得的效果,又可以进一步降低功耗。此外,为了避免作为音频功率放大器提供能量的开关电源成为音频功率放大器在音质上的干扰源,本文利用同步技术设计开关电源的频率始终保持与音频功率放大器的f1保持同频同相。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 音频功率放大器的发展现状
• 1.2.1 传统音频功率放大器
• 1.2.2 D类音频功率放大器
• 1.3 脉冲宽度调制技术的发展现状
• 1.4 开关电源及功率因数校正技术的发展现状
• 1.4.1 开关电源的发展现状
• 1.4.2 有源功率因数校正技术的发展现状
• 1.5 研究内容
• 1.6 本文结构
• 第2章 相关技术及理论
• 2.1 引言
• 2.2 音频功率放大器
• 2.2.1 传统音频功率放大器
• 2.2.2 数字音频功率放大器
• 2.2.3 音频功率放大器的技术指标
• 2.3 脉冲宽度调制
• 2.3.1 脉冲宽度调制理论
• 2.3.2 变频PWM技术的工作原理
• 2.4 开关电源理论
• 2.4.1 功放用开关电源
• 2.4.2 有源功率因数校正技术
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于变频PWM技术的音频大功率放大器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 音频功率放大器系统整体方案
• 3.3 系统整体概述
• 3.4 信号波形斜率判别电路及变频PWM调制器的设计
• 3.4.1 音频信号波形斜率快速判别电路
• 3.4.2 基于变频技术的PWM调制器
• 3.5 信号延时电路部分的设计
• 3.5.1 信号可编程延时的原理
• 3.5.2 信号高速采样与延时电路部分
• 3.6 功率输出部分及过流保护电路的设计
• 3.6.1 功率输出级电路
• 3.6.2 功放过流保护电路
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于同步技术的功放开关电源的设计
• 4.1 引言
• 4.2 有源功率因数校正电路的设计
• 4.2.1 传统CCM方式的APFC电路原理
• 4.2.2 基于同步技术的CCM方式APFC电路
• 4.3 基于同步技术的半桥式开关电源的设计
• 4.3.1 基于UC3525及NCP5181的半桥式开关电源
• 4.3.2 基于KA34063的小型DC-DC反激式变换器
• 4.3.3 电源过流保护电路
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢