500W D类音频放大器的设计

摘要

D类音频放大器的概念在1958年就已经提出了，而直到功率半导体的崛起，才使得其迅速占领音频设备市场。D类音频放大器设计技术的不断改善，其性能指标逐步上升，以效率高、体积小、节能和数字化等优点不断取代传统音频技术，满足了更多人的需求。本文从辅助电源、驱动电路、输出级电路、保护电路及滤波电路等方面，详细设计了一款500WD类音频放大器。
　　本研究主要内容包括：⑴比较了几种传统音频技术和D类功放之间的优缺点，并且详细描述了D类音频放大器的工作原理。阐述了几种 D类放大器的调制方式及输出级电路，在此基础上提出本文的系统结构，其中着重解释Δ-Σ调制技术在D类音频放大器中的重要作用。⑵设计D类音频放大器的核心电路及电源辅助电路。其中核心电路包括积分器、驱动电路、输出级电路、滤波电路和保护电路等。一方面，选择合适的控制芯片和功率元件，特别是功率元件采用实验室设计的 MOSFET；另一方面需要对电路的参数进行详细设计以使得电路性能达到最优。辅助电路采用开关电源，为功放提供必要的供电。⑶设计PCB版图，搭建出实际的电路并且进行调试。借助实验室的相关设备，对设计出来的电路在实际应用的环境下进行测试。包括辅助电源模块，D类音频放大模块以及整体的性能，调试相关参数使得测试结果达到最优。测试结果表明，所设计的D类音频放大器，在带载8Ω的情况下，功率为556W，空载情况下为16W。在选用输入峰峰值为2V，频率为1.7KHz的正弦信号时，测试输出为峰峰值为84.8V，频率为1.7KHz的正弦信号，信号被放大了约42.4倍，且几乎无失真发生，基本满足设计要求。此外，对电路调试中出现的功率器件失效问题进行了分析与讨论，并且给出了相应的解决措施。

目录

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状和发展态势

1.3 本论文的主要内容

第二章 D类音频放大器的工作原理

2.1 功率放大器的分类

2.2 D类音频放大器的工作原理

2.3 D类音频放大器的基本构成

2.4 D类音频放大器的调制方式

2.5 D类音频放大器的输出级

2.6 D类音频放大器的性能指标

2.7 本章小结

第三章 D类音频放大器的模块化设计及仿真

3.1 积分器电路设计

3.2 带通滤波器设计

3.3 调制器及电平移位电路设计

3.4 死区时间电路设计

3.5 驱动及输出级电路设计

3.6 保护电路设计

3.7 低通滤波器设计

3.8 辅助电源设计

3.9 本章小结

第四章 音频放大器的整体结构及PCB布板分析

4.1 D类音频放大器整体电路

4.2 电路仿真结果

4.3 PCB布板分析

4.4 本章小结

第五章 音频电路的测试与分析

5.1 测试条件

5.2 测试结果

5.3 失效分析

5.4 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果