一种基于PWM的开关功率放大器的设计
功率放大器的设计与实现
功率放大器的设计与实现功率放大器是一种常见的电子设备，用于放大输入信号的功率，从而提供更大的信号输出。
功率放大器在各种电子设备中都被使用，包括音频设备、无线通信设备和雷达系统等。
本文将讨论功率放大器的设计和实现，包括基本原理、常用拓扑结构和设计参数的考虑。
1.基本原理功率放大器的基本原理是将低功率输入信号转换为高功率输出信号。
为了实现这个目标，功率放大器通常使用适当的电子器件（如晶体管或功率管）驱动输出负载。
其工作原理是将输入信号作为控制信号，控制输出负载中的电流和电压，从而实现信号的放大。
2.常用拓扑结构常见的功率放大器拓扑结构包括A类、B类、AB类和D类。
-A类功率放大器是一种线性放大器，其输出管电流在整个信号周期中都存在。
优点是线性度好，但功率效率较低。
-B类功率放大器是一种互补型放大器，使用两个晶体管的共享负载结构。
每个晶体管只负责半个信号周期的放大，因此存在一定程度的失真。
由于只在一个晶体管导通时有输出，功率效率较高。
-AB类功率放大器是A类和B类的折中方案，通过合理设计驱动电路，可以实现较好的线性度和功率效率。
-D类功率放大器是一种开关型放大器，将输入信号转换为脉冲宽度调制（PWM）信号。
通过在开关管的导通和截止之间切换，实现输出信号的调制。
功率效率非常高，但需要滤波电路来消除开关信号带来的高频噪声。
3.设计参数的考虑在功率放大器设计过程中，需要考虑以下参数：-输出功率需求：根据实际应用需求确定所需的输出功率。
-频率响应：设计功率放大器时需要考虑信号的频率范围，确保在需要放大的频率范围内保持合理的增益。
-线性度：对于要求较高的应用，如音频放大器，线性度是一个重要的考虑因素。
可以通过采用反馈电路或者设计线性放大器来提高线性度。
-功率效率：功率放大器的功率效率直接影响设备的能量消耗和散热。
选择合适的拓扑结构，并优化电源电压和电流等参数，可以提高功率效率。
-驱动和保护电路：为了保护功率放大器免受损坏，需要合理设计驱动和保护电路，包括过电流保护、过热保护和短路保护等。
(完整word版)pwm开关型功率放大器
电力电子技术课程设计报告题目PWM开关型功率放大器的设计专业电气工程及其自动化班级电气学号学生姓名指导教师2008 年春季学期一、总体设计1．主电路的选型（方案设计）经过对设计任务要求的总体分析，明确应该使用电力电子组合变流中的间接交流变流的思想进行设计，因为任务要求频率是可变的，故选择交直交变频电路（即VVVF电源）。
交直交变频电路有两种电路：电压型和电流型。
在逆变电路中均选用双极性调制方式。
方案一：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式全控整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：方案二：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相全桥整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：方案三：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：分析：方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控制Ud的大小。
方案二中的整流电路是单相全桥整流电路，属于不可控型。
Ud大小不可变。
方案三采用双PWM电路。
整流电路和逆变电路的构成可以完全相同，交流电源通过交流电抗器和整流电路联接，通过对整流电路进行PWM控制，可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1，并且中间直流电路的电压可以调整。
但由于控制较复杂，成本也较高，实际应用还不多，故此处没有选用。
经过分析我选用了方案一。
其中控制部分采用双极性PWM波控制触发，从而控制负载电流和电压。
由于逆变部分采用电压型逆变电路，所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波，电压呈矩形波。
2. 总体实现框架二、主要参数及电路设计1. 主电路参数设计 由已知条件可得负载端的电流A i U P 5100500===, 电阻205100===i U R Ω。
D类功放的设计原理
D类功放的设计原理D类功放，全称为“数字功率放大器”，是一种电子功率放大器的类型，它的设计原理基于数字信号的处理和模拟功率放大电路的协同工作。
相比于传统的A类、B类、AB类功放，D类功放具有更高的功率效率，更小的尺寸和重量，更好的线性度，以及更低的功率损耗。
下面将详细介绍D类功放的设计原理。
1.PWM调制原理D类功放的核心设计原理是采用脉宽调制（PWM）技术。
PWM是一种通过调整信号的脉冲宽度来控制平均输出功率的方法。
D类功放通过将原始的模拟音频信号转换为数字信号，并通过比较器产生一个与模拟信号频率相同的矩形波，然后根据输入音频信号的幅值调整矩形波的脉宽，最后通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。
2.数字信号处理D类功放的设计中需要进行数字信号处理。
首先，输入的模拟音频信号需要经过模数转换器（ADC）转换为数字信号，然后通过数字信号处理器（DSP）进行数字信号的滤波、均衡、增益控制等处理，最后再经过数字模数转换器（DAC）转换回模拟信号。
3.比较器比较器是D类功放中的一个关键组件，用于将模拟音频信号与产生的PWM矩形波进行比较。
比较器的作用是根据输入信号的幅值调整PWM信号的脉宽，从而控制输出功率。
比较器通常由操作放大器和参考电压产生器组成。
4.滤波器在PWM调制之后，需要通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。
滤波器的作用是去除PWM信号中的高频分量，保留音频信号的低频成分。
常见的滤波器类型包括低通滤波器和带通滤波器。
5.输出级D类功放的输出级通常采用开关管（如MOSFET）构成。
开关管的特点是具有较低的开通电阻和较高的关断电阻，从而实现更小的功率损耗和更高的功率效率。
输出级通常由多个开关管组成，根据功率需求可以并联或串联排列。
输出级的设计需要考虑电压和电流的控制，包括过电压和过电流的保护。
6.反馈控制为了提高D类功放的线性度和稳定性，通常需要采用反馈控制。
通过对输出信号与输入信号进行比较，调整PWM信号的脉宽和幅值，以使输出信号尽可能接近输入信号。
脉冲宽度调制型功率放大器的原理
脉冲宽度调制型功率放大器（PWM Power Amplifier）是一种应用广泛的功率放大器，在许多领域都有着重要的作用。
它通过调节信号的脉冲宽度，来控制输出信号的功率。
在这篇文章中，我们将深入探讨脉冲宽度调制型功率放大器的原理，以及其在各个领域的应用。
1. 脉冲宽度调制型功率放大器的基本原理脉冲宽度调制型功率放大器是一种非线性功率放大器，其基本原理是通过控制输入信号的脉冲宽度，来控制输出信号的功率。
在PWM功率放大器中，输入信号通常是一个脉冲信号，其脉冲宽度的变化会直接影响输出信号的功率。
2. PWM功率放大器的工作过程在PWM功率放大器中，输入信号的脉冲宽度是通过开关管或其他调制器件来控制的。
当输入信号的脉冲宽度增大时，开关管的通态时间增加，输出信号的功率也随之增大。
反之，当输入信号的脉冲宽度减小时，输出信号的功率也减小。
通过控制脉冲宽度，可以灵活地调节输出信号的功率。
3. PWM功率放大器的优点和应用PWM功率放大器具有功率利用率高、输出波形质量好、成本低廉等优点，因此在工业控制、通信系统、音频放大器等领域都有着广泛的应用。
在工业控制中，PWM功率放大器常常用于驱动电机、控制照明等；在通信系统中，PWM功率放大器则常用于调制信号的功率放大；在音频放大器中，PWM功率放大器可以提供高保真度的音频输出。
4. 个人观点和结论在我看来，脉冲宽度调制型功率放大器作为一种非常重要的功率放大器类型，在现代技术应用中具有着不可替代的地位。
它不仅在工业控制、通信系统、音频放大器等领域发挥着重要作用，同时也通过其高功率利用率、优质的输出波形等特点，为现代技术的发展提供了强大的支持。
总结而言，脉冲宽度调制型功率放大器的原理是通过调节输入信号的脉冲宽度来控制输出信号的功率。
它在各个领域都有着广泛的应用，且具有诸多优点。
相信随着技术的不断进步，脉冲宽度调制型功率放大器将会在更多的领域发挥作用，为人类社会的进步做出更多的贡献。
基于PWM控制技术的直流电机驱动系统设计
基于PWM控制技术的直流电机驱动系统设计摘要：本文基于PWM控制技术，研究了直流电机驱动系统的设计。
文章首先介绍了直流电机的基本原理和结构特点，然后阐述了PWM控制技术的基本原理和实现方法，接着分析了直流电机驱动系统中常见的驱动电路，并通过实验验证了PWM控制技术的优点和应用价值。
最后，总结了本文的研究结论，提出了后续研究的方向和建议。
关键词：PWM控制技术；直流电机；驱动电路；应用价值Abstract: This paper is based on PWM control technology, studying the design of DC motor drive system. Firstly, the basic principle and structural characteristics of DC motor are introduced, then the basic principle and implementation method of PWM control technology are elaborated, and the common drive circuits in DC motor drive system are analyzed. Through experiments, we verified the advantages and application value of PWM control technology. Finally, the research conclusions were summarized, and the direction and suggestions for subsequent research were proposed.Keywords: PWM control technology; DC motor; Drive circuit; Application value一、绪论直流电机作为一种常见的电动机，具有结构简单、容易控制、启动转矩大等优点，广泛应用于机械、电子、汽车等各个领域。
脉宽调制型(PWM)功率放大器
• 负载是直流电动机时，PWM功放输出 电压 U D u U U ρ = u K u o= a v= D i= i U i m
• 负载是直流电动机时，PWM功率放大器 等效为比例环节。
思考题 • 若PWM功率放大器的负载是纯电阻， 输出量是电功率或电阻产生的热量， 它还能起到调节和放大器的作用吗？ 为什么？
d i U EU E D D a i () t= ( I ) e u = R i+ L + EU =D a 0 A B aa a R R d t a a
U -E ia(t) : I0 D场能增加。
电 动 机 状 态 ： 0 << t t 1
TT 、 截 止 ，减 i ( t )小 。 2）t1< t <T 1 4 a ia : AB • 只有D2和D3正常导通。
R - at L a
• 电源吸收电能， 电流减小，磁场能减小。
3 说明 (1) 0<t<t1 (T< t <T+ t1)，T1、T4 正 向基极偏压，但UCE=-0.7V ，故不导通。 (2) 若无D1、D4 ， T2、T3 截止时将被击穿。
0 ,( it , I 0 , U E 。 3.轻载状态 T e m a)0 a v a v • 电流有正有负，上述两个状态中的四种 情况，在一个周期内 交替出现。
• 开关式功放的晶体管主要工作在 饱和与截止状态，晶体管起开关作用。 • 开关式功放以断续供电代替连续供电。 一般说，电机连续运转，需要连续供电。 • 用断续供应的方式，能满足对电能的 连续性的需要? • 实际当中，用断续供应的方式， 来满足对物质和能量的连续性的需要， 司空见惯。…
• 用断续供应的方式，代替连续供应， • 关 键 ： 要有储存的仓库。 • 断续供电方式满足对电能的连续要求， 关健是要有贮存能量的仓库。电机？ • 电机电感贮存磁场能，Li2/2 。 • 供电时利用电机电感贮存磁场能， • 断电时利用电机电感的磁场提供电流。 • 对电机，可以采用断续供电方式。
音频功率放大器设计案例
1 概述在介绍音频功率放大器的文章中，有时会看到“THD+N〞，THD+N是英文Total Hormonic Distortion +Noise 的缩写，译成中文是“总谐波失真加噪声〞。
它是音频功率放大器的一个主要性能指标，也是音频功率放大器的额定输出功率的一个条件。
THD+N性能指标THD+N表示失真+噪声，因此THD+N自然越小越好。
但这个指标是在一定条件下测试的。
同一个音频功率放大器，假设改变其条件，其THD+N的值会有很大的变动。
这里指的条件是，一定的工作电压VCC(或VDD)、一定的负载电阻RL、一定的输入频率FIN〔一般常用1KHZ〕、一定的输出功率Po下进行测试。
假设改变了其中的条件，其THD+N值是不同的。
例如，某一音频功率放大器，在VDD=3V、FIN=1kHz、RL=32Ω、Po=25mW条件下测试，其TDH+N=0.003%，假设将RL改成16欧，使Po增加到50mW，VDD及FIN不变，所测的TDH+N=0.005%。
一般说，输出功率小〔如几十mW〕的高质量音频功率放大器〔如用于MP3播放机〕，它的THD+N 指标可达10-5，具有较高的保真度。
输出几百mW的音频功率放大器，要用扬声器放音，其THD+N 一般为10-4；输出功率在1～2W，其THD+N更大些，一般为0.1～0.5%.THD+N这一指标大小与音频功率放大器的结构类别有关〔如A类功放、D类功放〕，例如D类功放的噪声较大，那么THD+N的值也较A类大。
这里特别要指出的是资料中给出的THD+N这个指标是在FIN=1kHz下给出的，在实际上音频范围是20Hz～20kHz，那么在20Hz～20kHz范围测试时，其THD+N要大得多。
例如，某音频功率放大器在1kHz时测试，其TDH+N=0.08%。
假设FIN改成20Hz-20kHz,，其他条件不变，其THD+N变为小于0.5%。
输出额定功率的条件过去有用“不失真输出功率是多少〞这种说法来说明其输出功率大小。
PWM型D类音频功率放大器的设计
引言D 类放大器是一种具有极高工作效率的开关功率放大器，被放大的信号并非为直接输入信号，而是经采样变换为脉宽变化的开关信号，使功率开关管均处于开关状态。
理想状态下，功率开关管导通没有电压降，关断时没有电流流过，效率可达100%.但实际中，由于受器件限制（如开关速度、漏电流、导通电阻不为零等）和设计上的不完善，其实际效率通常可达到90% 以上，同线性放大器相比，具有较大的优势，目前已经在一些高档产品中得到应用并投放市场。
本文设计的D 类音频功率放大器主要基于以下三个方面考虑：保证高保真度、提高效率和减小体积。
1 D 类音频功放的系统设计本文所设计的D 类音频功率放大器的系统结构如图1 所示。
该放大器结构是基于双边自然采样技术方案实现的，在任一时刻输出所包含的信息量都是单边采样方案的两倍，通过双边自然采样还可以把输出音频信号中大量的失真成分移除到人耳所能感应到的音频带宽范围之外，达到去除D 类音频功率放大器输出端低通滤波器的目的。
图1 D 类音频功率放大器结构系统采用单电源供电，脉冲信号“out1”和“out2”的高低电平分别为VDD 和GND，输入放大级由运算放大器OTA 的闭环结构实现，误差放大器则由运算放大器OTA 与电容Cs 构成。
系统工作时，音频输入信号Vin 首先经过输入放大级后输出两路差分信号，再与反馈信号求和送到误差放大器中产生误差信号VE1、VE2，对三角波载波信号VT 进行调制，输出两路脉冲信号“out1”和“out2”以驱动扬声器发声。
系统包含两个反馈环路，第一个由R1、Rf1 和OTA 组成，用来设置输入放大级和整个D 类音频功率放大器的增益，第二个由R2、Rf2 和后端音频信号处理电路组成，用来减小系统的THD 指数。
在图1 中，对电容Cs 充放电的电流I1、I2 由Vout1、Vout2、Vin、R1、Rf1、R2 和Rf2 共同决定，其中电阻和电容必须具有良好的线性度和匹配性，以获得良好的闭环性能。
计算机控制的PWM放大器的设计
第 ９卷 第 １期 ２０ ０ ７年 ３月
衡 水 学 院 学 报
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｎ ｓ ｕ ｉｅｓｔ ｏ ｒａ ｆＨｅ ｇｈ ｉＵｎｖｒｉ ）
Ｖｏ ． １ ９．Ｎｏ １ ． Ｍａ ． Ｏ ７ ｒ２ Ｏ
计 算机 控 制 的 Ｐ ＷＭ 放 大 器 的设 计
定量分析及设计 ， Ｐ 以 ＷＭ功率放 大器替代伺服 系统 中普遍使 用的 电机扩 大机 ， 从局部上改 变伺服 系统的结构 ， 高整个 系统 提
的技 术含 量 和 各 项 性 能 指 标 ．
关 键词 ： 计算机控制；Ｗ Ｐ Ｍ放大器； 建模
中图分 类号 ：Ｎ９２ Ｔ １Ｂｐ ｌ ｒｎｉｏ ， Ｉｓｌ ｅ ａ ｉｏａ Ｔａ ｓ ｔ 简称 Ｉ Ｂ ） ４个 ｔ ｅ ｒ ｓｒ ＧＴ和 Ｍ５ ９ ２ ７ ６ Ｌ来 完成 ．
＿ ３ ． ８Ｖ， ２ １ ５ 可选 Ｕ ＝ ５ ． ｓ ２ ０ Ｖ
Ｐ ＷＭ 功率转 换 电路 由 ４只大 功率绝 缘栅 双极 晶体管 ２ ＩＢ Ｇ Ｔ管 的选 取 已知 伺 服 电动 机 的 电动 机 的最 大 电流 ，一 ＝ ａ
作者简介 ： 赵艳（ ９ １一） 女 ， １７ ， 河北永年县人 ， 河北经贸大学信息技术学院实验师
维普资讯
第１ 期
赵
艳， 等
计算机控制 的 Ｐ ＷＭ 放大器的设计
９ ｌ
要保证冗余 ， 其额定电流要大于最大电流 的 ２倍 ， 两方 面进 行选 择 ， 即 现取 ＝１ Ｈ ． ０ｋ ｚ
赵 艳 刘 金 霞 ，
０ ０ ６ ；． ５０ １２ 衡水学 院分 院 数理系 ， 河北 衡水 ０ ３０ ） ５０ ０
（． １河北经 贸大学 信息技术学院 ， 河北 石家庄
pwm开关型功率放大器的设计matlab
pwm开关型功率放大器的设计matlab一、PWM开关型功率放大器的基本原理PWM开关型功率放大器是一种非线性功率放大器，它通过将输入信号转换为脉冲宽度调制（PWM）信号，然后将其输入到开关管中进行控制，从而实现对输出信号的控制。
这种功率放大器具有高效、高保真度、低失真等优点，因此在音频、电力电子等领域得到广泛应用。
二、PWM开关型功率放大器的设计步骤1. 确定输出功率和负载阻抗：首先需要确定所需的输出功率和负载阻抗，这将决定所选用的开关管和滤波电路。
2. 选择开关管和驱动电路：根据输出功率和负载阻抗确定所需的开关管类型和驱动电路。
常用的开关管有MOSFET、IGBT等，驱动电路可以采用单极性或双极性驱动。
3. 设计PWM控制电路：根据所选用的开关管类型和驱动电路设计PWM控制电路。
常用的PWM控制方案有单极性PWM控制、双极性PWM控制等。
4. 设计滤波电路：根据负载阻抗和所选用的开关管类型设计滤波电路，以去除PWM信号中的高频成分，得到平滑的输出信号。
5. 进行仿真和优化：对设计好的PWM开关型功率放大器进行仿真和优化，以改善其性能指标。
6. PCB设计和制造：根据最终确定的电路图进行PCB设计和制造，完成PWM开关型功率放大器的制作。
三、MATLAB在PWM开关型功率放大器设计中的应用MATLAB是一种功能强大、易于使用的数学软件，它可以用于信号处理、控制系统设计、数字信号处理等领域。
在PWM开关型功率放大器的设计中，MATLAB可以发挥重要作用。
1. 仿真分析：MATLAB可以进行PWM控制电路和滤波电路的仿真分析，并得到相应的性能指标。
通过调整参数，可以优化功率放大器的性能。
2. 控制系统设计：MATLAB提供了丰富的控制系统工具箱，可以用于PWM控制电路和驱动电路等部分的控制系统设计。
这有助于提高功率放大器系统稳定性和响应速度。
3. 优化算法：MATLAB提供了多种优化算法，如遗传算法、粒子群优化等，在PWM开关型功率放大器的设计中可以用于参数优化和性能改进。
pwm功率放大器工作原理
pwm功率放大器工作原理
PWM（脉宽调制）功率放大器是一种将输入信号转换为输出信号的电子设备。
它通过控制输出信号的脉冲宽度来实现对信号的放大。
其工作原理如下：
1. 输入信号：PWM功率放大器接收来自信号源的输入信号。
这个信号可以是任意形式的模拟或数字信号。
2. 脉宽调制：输入信号通过PWM调制器，将其转换为一系列长度可调的脉冲信号。
脉冲的宽度由控制信号决定，通常是一个以固定频率运行的时钟信号。
3. 比较器：脉冲信号经过比较器，与一个参考信号进行比较。
比较器根据输入信号的幅值和参考信号的幅值之间的差异来确定输出信号的幅值。
4. 输出信号：根据输入信号的幅值和比较器的结果，PWM功率放大器会输出一系列带有不同幅值和宽度的信号脉冲。
这些信号脉冲通常被放大后驱动负载，如音频扬声器或电机。
在PWM功率放大器中，输出信号的幅值和宽度决定了输出功率的大小。
因此，通过调整脉冲的宽度和控制信号的大小，可以实现对输出信号的精确控制和放大。
综上所述，PWM功率放大器通过脉冲宽度调制的方式，将输
入信号转换为输出信号。
通过调整脉冲的宽度和控制信号的大小，可以实现对输出信号的放大和精确控制。
直流电动机脉冲宽度调制型功率放大器工作原理
直流电动机脉冲宽度调制型功率放大器工作原理
直流电动机脉冲宽度调制（PWM）型功率放大器是一种常用
于控制直流电动机转速和转矩的电子控制器。
其工作原理如下：
1. 输入信号：控制信号是一个模拟信号，通常是来自于一个闭环反馈系统，根据需要调整电机的转速或转矩。
2. 比较器：输入信号经过一个比较器，与一个高频的三角波进行比较。
3. 调制信号：比较器将输入信号转换为一个二进制的调制信号，该信号的宽度（占空比）与输入信号的幅值成比例。
比如，输入信号越高，调制信号的占空比越大。
4. 滤波：调制信号经过一个低通滤波器，以去除调制信号中的高频成分。
5. 放大器：滤波后的调制信号被放大器放大，放大的倍数取决于放大器的增益。
6. PWM信号：放大后的信号经过一个开关电路，例如MOSFET或IGBT，产生脉冲宽度调制（PWM）信号。
PWM
信号的频率通常在几千赫兹甚至几十千赫兹，高于人耳的听觉范围。
7. 输出功率：PWM信号驱动直流电动机，根据PWM信号的
占空比，控制电机的供电电压和电流，从而调整电动机的转速
和转矩。
总结起来，直流电动机PWM型功率放大器的工作原理就是通过比较器和调制器将输入信号转换为PWM信号，然后通过开关电路驱动电机，从而实现对电机转速和转矩的精确控制。
脉宽调制型(pwm)功率放大器课件
在调试和优化过程中，应不断尝试不同的方法和参数， 以找到最佳的配置。
常见问题与解决方案
波形失真
输出波形可能出现谐波失真或非线性失真。
稳定性问题
放大器可能出现不稳定或振荡现象。
常见问题与解决方案
• 效率不高：在某些情况下，放大 器的效率可能较低，导致热量积 累。
常见问题与解决方案
01
解决方案
数字控制技术
将数字信号处理和控制算法应用于PWM功率放大器，提高其性能 和稳定性。
应用领域拓展与市场前景
5G通信
随着5G通信技术的普及，PWM功率放大器在基站和终端设备中的 应用将进一步增加。
电动汽车与充电设施
电动汽车市场的快速发展将带动PWM功率放大器在车载充电机和 充电设施中的应用。
工业自动化
智能化与自动化
未来PWM功率放大器将更加智能化和自动化，具备自适 应调节、远程控制和故障诊断等功能。
安全与可靠性
随着应用领域的拓展，PWM功率放大器的安全性和可靠 性问题将更加突出，需要加强相关研究和测试。
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效率与失真度分析
总结词
效率与失真度是评价PWM功率放大器性能的重要参 数，它们分别反映了功率放大器的能量利用效率和信 号质量。
详细描述
效率是指功率放大器输出功率与输入功率的比值，反 映了能量利用的效率。高效率的PWM功率放大器能 够减少能源浪费和散热问题，提高整体性能。失真度 是指输出信号与输入信号在波形上的差异程度，包括 谐波失真和交叉调制失真等。失真度越低，信号质量 越好，能够更好地还原原始信号的特征。在PWM功 率放大器的设计中，需要综合考虑效率与失真度的要 求，通过优化调制波的参数和选择合适的电路拓扑结 构来实现最佳的性能表现。
D类功率放大器设计报告
D类功率放大器设计报告设计报告：D类功率放大器1.引言2.设计原理2.1开关管的选择开关管是D类功率放大器关键的组成部分，常用的开关管有MOSFET （金属氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极性晶体管）。
选择合适的开关管需要考虑功率、速度、成本和可靠性等因素。
2.2PWM调制电路PWM调制电路用于将音频信号转化为脉冲信号。
常用的PWM调制电路有比较器、计数器和DAC（数字模拟转换器）等组成。
PWM调制电路的设计需要考虑信号的动态范围、信噪比和失真等因素。
2.3输出滤波电路输出滤波电路用于滤除脉冲信号中的高频成分，以得到放大后的音频信号。
常用的输出滤波电路有LC滤波电路和RC滤波电路等。
滤波电路的设计需要考虑频率响应、衰减系数和阻抗匹配等因素。
3.参数设计在设计D类功率放大器时，需要确定一些关键参数，包括输出功率、工作电压、负载阻抗和失真程度等。
3.1输出功率输出功率是D类功率放大器的重要参数，决定了放大器可以驱动的音箱的大小和音量。
输出功率的选择应考虑实际应用场景和预算因素。
3.2工作电压工作电压直接影响到D类功率放大器的功率效率和失真程度。
工作电压越高，功率效率越高，但是也容易引起更大的功率损耗和失真。
3.3负载阻抗负载阻抗是D类功率放大器输出端连接的音箱或扬声器的特性参数。
负载阻抗的选择应根据音箱或扬声器的要求和放大器的输出功率来确定。
3.4失真程度失真程度是评估D类功率放大器性能的重要指标。
常见的失真包括谐波失真、交调失真和互调失真等。
为了提高放大器的音质，失真程度应尽量小。
4.结论D类功率放大器是一种高效率和低失真的功率放大器，广泛应用于音频功率放大领域。
在设计D类功率放大器时，需要选择合适的开关管并设计PWM调制电路和输出滤波电路。
关键参数的选择包括输出功率、工作电压、负载阻抗和失真程度。
通过合理的设计和优化，可以实现高质量的音频放大效果。
基于PWM的D类音频功率放大器设计
Ｋｅ ｗｏｄ：ｏ ｌ ｕ ｒｕ ｉ ｏ ｉ ， ｏ ｅ— ｕ ｐｙ Ｒ ｊｃ ｏ — ａ ｏ Ｐ ｌ — ｄｈＭｏ ｕａ ｏ ｙ ｒ Ｔ ｔ ｍｏ ｓ ｓ ｒ ｏ Ｐ ｗ ｒ Ｓ ｐ １ ｅ ｔ ｎ Ｒ ｔ ， ｕｓ Ｗｉｔ ｄ ｌ ｉｎ ａｈ ｏ ｄｔ ｎ ｔ — ｅｉ ｉ ｅ ｔ
１ 引 言
关键词： 总谐波失真 ， 电源抑制比， 脉冲宽度调制
Ａｂｓｒ ｃ Ｔｈ ｓ ａ ｔ ｌ ｒ ｐｏ ｅ ｎ Ａｕ ｏ ｒ ｑ ｅ ｃ － ｗｅ －Ａｍｐｌ ｅ ｉ ｈ ｉ ｓ ｄ ｏ ｌｅ Ｗ ｉ ｔ ｄ ａｉｎ ｔ ａ ｔ： ｉ ｒｉ ｅ ｐ ｏ ｓ ｓ ａ ｄｉ－Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｐｏ ｒ ｃ ｉ ｒ ｗｈ ｃ ｓｂａ ｅ ｎ Ｐｕ ｓ — ｄ ｈ Ｍｏ ｕｌｔｏ ｉ ｆ
２４Ｖ～ Ｖ． ａ ｄ ｉ ’Ｓｌｏ ａ ｎ ｃ ｎ ｖ ｒ ｎ ａｒ ｎ ｆ６ｄ ． ５ ｎ ｔ ｏ ｐ ｇ ｉ ａ ａ ｙ ｉ ａ ｇ ｏ Ｂ， １ ｄＢ， １ ｄ ２ ８ Ｂ， ２ ｄＢ． Ｔｈ ｍｐ ｉ ｅ ｓｉ ｌｍｅ ｅ ｎ ４ ｅ ａ ｌｆ ｒｗａ ｍｐ ｅ ｎｔｄ ｉ ｉ ＣＳ ＭＣ０５ ＣＭＯＳ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ａ ｉｉ ｇｈ ｇ ｆ ｃｅ ｃ ， ｏ ｐ ｗｅ ｏ ｕｍｐ ｉ ｎ ａ ｉ ｈ ｆｄ ｌｔ ． ｒ ｃ ｓ ， ｅ ｌｚｎ ｉ ｈ ｅ ｉ ｎ ｙ ｌ ｗ ｏ ｒｃ ｎｓ ｉ ｔｏ ｎｄｈ ｇ ｅｉｙ ｉ
即 ＝ ／１ Ｇ ） （＋
则
＝
＋
（ ５）
差分桥式输 出作为反馈信号 ，经反馈网络与输 入信号求和积分送到 Ｄ类功放输入端 。 。在应用反 馈时，一个主要 的难点是反馈路径中残留的载波信
能 较好 的 Ｄ类 功 率放 大器 。
２ 反馈在 Ｄ类功率放 大器 中的重要 性
h类功放原理
h类功放原理H类功放原理。
H类功放是一种高效率的功率放大器，其原理和工作方式与传统的AB类功放有所不同。
H类功放的原理基于脉冲调制技术，通过在输出级别上使用开关管来实现信号放大，从而实现高效的功率放大。
在本文中，我们将深入探讨H类功放的原理及其工作方式。
H类功放的原理是基于脉冲宽度调制（PWM）技术的。
在传统的AB类功放中，输出管件在整个信号周期内都会有一定的电流流动，这样会导致一定的能量浪费。
而H类功放通过在输出级别上使用开关管，使得输出管件只在信号波形的上升沿或下降沿时才导通，从而大大减小了输出管件的导通时间，降低了能量损耗，提高了功率放大的效率。
H类功放的工作方式是通过将输入信号进行脉冲调制，然后经过滤波器滤除高频脉冲，得到与输入信号相似的模拟信号，最后通过输出级的开关管进行放大。
由于开关管的导通时间很短，因此能够实现高效率的功率放大。
此外，H类功放还可以通过控制开关管的导通时间来实现对输出功率的精确控制，从而满足不同应用场景的需求。
H类功放的原理和工作方式使得其在功率放大方面具有很高的效率和精确度，因此在音频放大、无线通信、电力驱动等领域得到了广泛的应用。
在音频放大方面，H类功放能够提供高保真度的音频放大效果，同时也能够减小功率放大器的体积和重量，使得音响设备更加轻便便携。
在无线通信方面，H类功放能够提供更高的发射功率和更低的能量消耗，从而提高了通信的覆盖范围和续航时间。
在电力驱动方面，H类功放能够提供更高的效率和更精确的控制，从而实现对电动机等设备的高效驱动。
综上所述，H类功放是一种高效率的功率放大器，其原理和工作方式基于脉冲调制技术，通过使用开关管实现信号放大，从而提高了功率放大的效率和精确度。
在不同领域的应用中，H类功放都能够发挥出其独特的优势，为相关设备和系统的性能提升提供了有力支持。
相信随着技术的不断进步，H类功放在未来会有更广泛的应用和更大的发展空间。
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一种基于PWM的开关功率放大器的设计
原作者：韩金刚史新乾汤天浩王小明
一、前言
振动测试系统是模拟某种产品的实际使用环境，在产品出厂前检验其结构特性和可靠性，这对于新产品开发起着重要作用，因此，被广泛应用于军事，自动化，半导体，汽车，航空航天等行业。
采用开关功率放大器的电动式振动测试系统是目前应用广泛的一种振动试验系统。
通常能提供正弦、随机和冲击试验环境，它的频率范围广，动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。
功率放大器是电动振动试验系统的重要组成部分，其性能和与振动台的匹配状况直接关系着系统的性能。
功率放大器发展到现在已经历了3代：电子管功率放大器、晶体管线性功率放大器及开关功率放大器。
目前电子管功率放大器已经很少使用，晶体管线性功率放大器效率通常只有50％左右，而其他的能量则转化为热能，不但效率低，而且散热是个很大问题。
开关功率放大器如果采用功率场效应管（PMOSFET），则损耗很小，效率可达到90％，发热少，冷却设备简单。
由于开关功率放大器输出电压容易调节，且电流的波峰系数较大，这样就可以直接与振动台耦合，而不需要输出变压器。
而且PMOSFET的开关频率高，因此放大器体积小，功率密度大，容易实现模块化。
本文应用PWM技术设计并实现了5kW的功率放大器模块。
由于采用PMOSFET，开关频率达到50 kHz,体积比较小，效率高。
输出电感铁芯采用钻基非晶合金，频率响应范围广。
2主电路设计2.1主电路结构
开关式功率放大器主电路结构如图1所示。
三相交流电经过工频变压器隔离、降压送入三相全桥滤波器，然后通过电容滤波得到低纹波直流电源V in。
主电路由4只PMOSFET组．成一个全桥变换器。
输出的电压波经过常模和共模扼流线圈滤波后输出到振动台。
开关功率放大器输出正弦波（5Hz～5kHz）或随机波形。
采用提高开关频率的方法来抑制谐波虽然有效，但是会增加PMOSFET的开关损耗，从而导致变换器的效率下降。
本文采用倍频PWM技术，即三角载波的频率为100 kHz,而MOSFET的开关频率为50 kHz,这样不仅能够有效地降低谐波，而且也可以减少开关损耗。
变换器工作时，同一个桥臂上的MOSF ET交替导通，当Q1，Q3同时导通时输出为零，只有对角线上的Q1，Q4或Q3，Q2同时导通时才输出电压波形。
二、控制逻辑
由于开关功率放大器是通过输入信号来改变输出结果的，所以是开环控制。
其控制逻辑如图2所示，由载波发生，调制信号，比较单．元和延时单元组成。
载波是频率为50 kHz三角波，由模拟振荡电路获得。
调制信号由振动台控制系统给定，滤波后送到比较器的同相端。
载波以及反相的载波分别送到比较器的反相端。
调制后的信号通过一个由RC电路和与非门组成的延时单元，防止同一桥臂的MOSFET的直通，最后经过缓冲器到驱动电路。
三、驱动电路
变换器输出电流有效值为50 A,输出电压有效值为100V。
采用IR公司的HEXFET IRFP250N，VDS＝200V，ID＝30A，开关频率大于100kHz。
考虑到能提供一定的裕量和过载能力，每个桥臂用4只MOSFET并联。
驱动电路原理如图3所示。
四、输出滤波电路设计
开关功率放大器中MOSFET的导通和关断，电容的充放电都产生很强的电磁干扰。
为了减少EMI发射量以及避免外部干扰对本机的影响，输出滤波电路非常关键。
输出滤波电路如图4所示。
图4中L l，L2和C ol用来减少常模干扰，而L3，C o2和C o3用来减少共模干扰，其中L l=L2，C o2=C o3。
功率放大器输出最高频率为5kHz,可以选择截止频率为10kHz,则L1和L2可由下式计算
C ol由两个2.2μF的高频薄膜电容并联所得，计算可知，L l和L2取30μH。
C a2和C o3则取0.22μF的高频薄膜电容，截止频率为10kHz，计算可知，L3取1.15mH。
非晶态合金具有软磁性能好，强度和硬度高，韧性、耐蚀性和耐磨性好，饱和磁密度高，矫顽力小，电阻率高，损耗小等特点，适宜电抗器和高频开关电源变压器。
考虑到开关功率放大器的输出频率范围较宽（5Hz～5kHz），所以铁芯采用钻基非晶合金。
饱和磁密达到1.54T，磁导率达到100 kH／m，而且损耗小。
另外，在进线和出线上添加磁环，可减少噪声。
五、监控电路设计
图5是监控系统的原理框图，核心是Atmel公司的8位单片机AT89C52,主要功能是监测模块状态，检测输出电压电流以及故障显示。
模块的故障信号经过RS触发器保持后送到单片机。
对输出电压和电流进行电阻取样，然后经过A/D转换送到单片机。
单片机另一作用是管理液晶显示器，该显示器的显示方式为中文显示，主要内容包括输出电压电流值、故障、系统的运行状态等。
七、结论
试验证明，采用全桥PWM技术的开关功率放大器具有效率高（大于90％），体积小，失真度低，信噪比高，容易实现多机并联使用，大大提高功率放大器的总容量。
本文研制的功率放大器，已应用在电动振动台系统中，具有较好的应用前景。
开关功放的调制技术
时间：2011-05-14 14:17:09阅读：17
在电磁FAG轴承中应用的开关功放主要工作于两电平模式，最近三电平功放也是研究的热点，但无论是工作于两电平还是三电平的功放，其基本调制原理都是一样的，常见的调制方式主要有PWM调制型、采样保持型、滞环比较型、最小脉宽型等，下面以常见的两电平工作模式为例，介绍这四种最常用的调制方法。
PWM型功放调制方法是将功放的电流误差信号与一个固定频率和幅值的三角波或锯齿扳相比较，当三角波信号一大于电流误差信号时，输出高电平驱动开关管导通，线圈电流随之上升;三角波信号低于误差信号时，停止输出高电平，开关管截止，线圈电流随之下降，采用PWM调制方式，由于开关管的开关频率
固定，功放容易实现同步。
适当地提高PWM功率放大器的开关频率，可以减小电流纹波，提高系统的稳定性。
另外，在PWM功率放大器中引入电流负反馈，可以抑制负载变化对电流的影响，拓宽功率放大器的频带，提高电彼力的响应速度。
若使用具有保护功能的调制芯片来产生PWM波，还可以简化电路，提高系统的可靠性。
总之，这种结构的功率放大器具有了所有工业应用必须的特征，目前市场上的电磁FAG进口轴承系统功放大多是基于PWM技术构建的。
PWM功放一个明显的缺点就是电流纹波较大，调制频率越低，纹波越大。
另外一个问题是当电流增益太大时，PWM调制可能失败，导致输出脉宽只在O%和100%两个状态振荡。
具体情况是这样的:当电流增益很大时，参考信号或外界扰动的微小变化就可能使PWM功放的输出脉宽到达100%，电流很快上升到达饱和，此时实际电流远超过参考值，为减沙电流，控制器接着只能输出脉宽O%，电流又马上回落远低于参考值，控制器要求输出脉宽又回到100%，电流又马上上升，如此循环，脉宽只在0%和100%两个状态振荡。
德国FAG轴承当电流增益大到一定程度时，PWM功放就会工作于ballg一bang模式，只存在开和关两种状态，达不到所希望的连续脉宽调制。