D类功放原理与设计
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D类功放原理与设计
Wu Yangbo Faculty of information science & technology
Ningbo university 2011年7月
精品课件
1 概述
能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功 率放大电路，简称功放。
功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯 追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下， 输出尽可能大的功率。
精品课件
精品课件
Functional Block Diagram
精品课件
Typical Connection
充电二极管：肖特基二极管
自举电容：钽电解
20
精品课件
3.5 输出滤波电路设计
输出滤波器通常选择二阶巴特沃斯LC低通滤波器。 归一化传递函数 （1） 半桥LC滤波器设计
精品课件
精品课件
功放电路的要求： Pomax 大，三极管极限工作 = Pomax / PV 要高
失真要小
精品课件
1.1 功率放大电路分类
电路中晶体管的工作状态（按一个周期导通的角度大小划分）
甲类（class-A）： 乙类（class-B）： 甲乙类（class-AB）： 丙类（class-C）： 丁类（class-D）：
360 180 >180 <180
开关状态
精品课件
工作波形
iC
2π
IC
π
O iC
O iC
IC O i
C
O iC
O
3π
A类
ຫໍສະໝຸດ Baidu
ωt
效率低 ≤50% 。
B类
ωt
效率 ≤78.5% 。
AB类
ωt
效率 接近乙类
C类
ωt
D类
ωt
精品课件
效率 最高。
1.2 D类功率放大电路
D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模
比较器：集成电压比较器LM311
精品课件
3.2 功率输出电路
(1) 半桥功率输出电路
精品课件
(2) 全桥功率输出电路
精品课件
(3) 实验室现有的功率MOSFET
IRF540
IRF640
IRF3710
精品课件
3.4 MOSFET驱动电路
通常采用专用的驱动芯片。实验室现有IR公司 的驱动芯片，具体型号: IR2104, IR2110, IR2111…….. 以IR2104为例说明使用方法。
2.3 输出PWM信号频谱与低通滤波器
(1) 输出PWM信号的频谱
精品课件
(2) 二阶巴特沃斯低通滤波器
fc=1KHz
fc=8KHz
精品课件
3 D类功放单元电路设计
3.1 D类功放总体架构
精品课件
3.2 PWM调制电路
三角波产生电路: 专用芯片 运放构成的三角波产生电路
三角波频率：300KHz~600KHz
（2） 全桥LC滤波器设计
精品课件
给定RL和fc, L 、C 参数表
精品课件
（3） 实际的全桥LC滤波器
这两个小电容用来滤除高频噪声，取值为20%的CL。
精品课件
4 性能分析与改善
（1）
（3）
（5）
（2）
（4）
精品课件
功率MOS管栅极驱动信号的时序误差是输出信号非线性 失真的主要来源。
驱动信号的死区时间是其中最主要的因素。
(1) 信号调制电路：模拟信号转换为脉宽与信号幅度成正比 的方波(PWM)。 (2) 开关放大电路：将输入方波进行功率放大。 (3) 低通滤波电路：滤除高次谐波，将放大后的信号加到负 载上。。
精品课件
2.2 D类功放工作原理
简化的D类功放电路结构
精品课件
精品课件
fs=1KHz; fT=20KHz
精品课件
1、功率MOS管驱动芯片的选择： 上升，下降时间短，死区时间较短的驱动芯片
2、功率MOS管的选择： RDSON小，Qg较小MOS管
精品课件
式。放大元件要么处于截止状态，要么导通状态，晶体管相
当于一个理想开关而不消耗能量。在理想情况下，效率为
100%。
D类功放的特点：
优点：
高效； 散热小; 体积小； 适合大功率放大器。
缺点：
信号失真较为严重。 图1 400W D类功放模块
精品课件
2 D类功放电路结构与工作原 理
2.1 D类功放电路结构
Wu Yangbo Faculty of information science & technology
Ningbo university 2011年7月
精品课件
1 概述
能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功 率放大电路，简称功放。
功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯 追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下， 输出尽可能大的功率。
精品课件
精品课件
Functional Block Diagram
精品课件
Typical Connection
充电二极管：肖特基二极管
自举电容：钽电解
20
精品课件
3.5 输出滤波电路设计
输出滤波器通常选择二阶巴特沃斯LC低通滤波器。 归一化传递函数 （1） 半桥LC滤波器设计
精品课件
精品课件
功放电路的要求： Pomax 大，三极管极限工作 = Pomax / PV 要高
失真要小
精品课件
1.1 功率放大电路分类
电路中晶体管的工作状态（按一个周期导通的角度大小划分）
甲类（class-A）： 乙类（class-B）： 甲乙类（class-AB）： 丙类（class-C）： 丁类（class-D）：
360 180 >180 <180
开关状态
精品课件
工作波形
iC
2π
IC
π
O iC
O iC
IC O i
C
O iC
O
3π
A类
ຫໍສະໝຸດ Baidu
ωt
效率低 ≤50% 。
B类
ωt
效率 ≤78.5% 。
AB类
ωt
效率 接近乙类
C类
ωt
D类
ωt
精品课件
效率 最高。
1.2 D类功率放大电路
D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模
比较器：集成电压比较器LM311
精品课件
3.2 功率输出电路
(1) 半桥功率输出电路
精品课件
(2) 全桥功率输出电路
精品课件
(3) 实验室现有的功率MOSFET
IRF540
IRF640
IRF3710
精品课件
3.4 MOSFET驱动电路
通常采用专用的驱动芯片。实验室现有IR公司 的驱动芯片，具体型号: IR2104, IR2110, IR2111…….. 以IR2104为例说明使用方法。
2.3 输出PWM信号频谱与低通滤波器
(1) 输出PWM信号的频谱
精品课件
(2) 二阶巴特沃斯低通滤波器
fc=1KHz
fc=8KHz
精品课件
3 D类功放单元电路设计
3.1 D类功放总体架构
精品课件
3.2 PWM调制电路
三角波产生电路: 专用芯片 运放构成的三角波产生电路
三角波频率：300KHz~600KHz
（2） 全桥LC滤波器设计
精品课件
给定RL和fc, L 、C 参数表
精品课件
（3） 实际的全桥LC滤波器
这两个小电容用来滤除高频噪声，取值为20%的CL。
精品课件
4 性能分析与改善
（1）
（3）
（5）
（2）
（4）
精品课件
功率MOS管栅极驱动信号的时序误差是输出信号非线性 失真的主要来源。
驱动信号的死区时间是其中最主要的因素。
(1) 信号调制电路：模拟信号转换为脉宽与信号幅度成正比 的方波(PWM)。 (2) 开关放大电路：将输入方波进行功率放大。 (3) 低通滤波电路：滤除高次谐波，将放大后的信号加到负 载上。。
精品课件
2.2 D类功放工作原理
简化的D类功放电路结构
精品课件
精品课件
fs=1KHz; fT=20KHz
精品课件
1、功率MOS管驱动芯片的选择： 上升，下降时间短，死区时间较短的驱动芯片
2、功率MOS管的选择： RDSON小，Qg较小MOS管
精品课件
式。放大元件要么处于截止状态，要么导通状态，晶体管相
当于一个理想开关而不消耗能量。在理想情况下，效率为
100%。
D类功放的特点：
优点：
高效； 散热小; 体积小； 适合大功率放大器。
缺点：
信号失真较为严重。 图1 400W D类功放模块
精品课件
2 D类功放电路结构与工作原 理
2.1 D类功放电路结构