D类放大器驱动的高效音频功率放大器设计与实现

本文档探讨了基于D类放大的高效率音频功率放大器的设计，目的是为了提升功放的效率，以满足现代社会对高效能、节能和小型化设备的需求。设计的核心技术包括D类功率放大器、单片机89C51和可编程逻辑器件（FPGA）的集成。 首先，系统方案的选择上，作者比较了两种方案：数字方案和硬件电路方案。数字方案虽然硬件简单，但可能引入较大的数字噪声；而硬件电路方案噪声较小且信号幅度可控，因此被选为首选。具体到三角波和PWM波的产生，采用了方案①，即NE555产生线性度好、频率控制简单的三角波，然后通过直接比较音频信号来生成PWM波，以确保高效率和抑制共模噪声。 三角波产生电路采用恒流源设计，通过电容的充放电产生稳定且可调幅值的三角波。而在PWM波产生部分，作者选择了方案②，即双路比较，这不仅可以减少开关元件的开关次数，降低功耗，提高效率，还能有效抑制共模噪声。 为了保护电路免受短路的影响，设计了两种短路保护方案。电流互感器法通过检测负载电流来判断过流情况，但考虑到接入电流互感器可能带来的额外复杂性，最终选择了采样电阻法，这种方法简单易行且对系统影响小。 整个系统的实现框图如图1所示，主要包括高效率功率放大模块、信号变换电路、过流保护模块以及功率测量模块。其中，高效率功率放大模块是核心，负责音频信号的放大处理，通过与单片机和FPGA的协同工作，实现了音频信号的高效、精确控制和保护。 这篇文章详细介绍了基于D类放大的音频功率放大器设计的具体步骤和技术选择，突出了其在现代电子设备中的高效能和节能优势，以及在系统保护和电路设计上的创新方法。