PWM型D类音频功率放大器设计与优化

"模拟技术中的PWM型D类音频功率放大器设计着重关注高效率、低能耗和小型化，适用于便携式设备、家庭音频系统及车载音响。设计中，5V电源供电的D类音频功放包含输入放大级、误差放大器、比较器、内部振荡器、驱动电路、全桥开关以及基准电路。通过引入反馈机制降低总谐波失真(THD)，采用双路反宽调制策略以减少静态功耗并消除对输出端低通滤波器的需求，从而减小整体系统尺寸。" D类音频功率放大器是一种高效的开关模式放大器，它的工作原理是将输入信号转换成脉宽调制(PWM)信号，使功率开关在导通和截止状态之间快速切换。由于在理想情况下，开关管在导通时无压降，截止时无电流，理论上可以实现100%效率，实际操作中通常也能达到90%以上，远高于线性放大器，因此在许多高端应用中被广泛应用。 设计目标主要集中在三个方面：保持高音质、提升效率和缩小物理尺寸。系统设计采用双边自然采样技术，能提供双倍信息量且有效移除失真成分，使得无需额外的低通滤波器也能满足音频带宽的要求。图1展示了这种D类音频功率放大器的结构，它由单电源供电，输出信号"out1"和"out2"由内部的PWM信号控制。 误差放大器和比较器用于精确调节输出，确保放大器的线性响应。内部振荡电路产生所需的PWM信号，驱动电路则驱动全桥开关电路，这个部分是功率转换的核心，它通过控制开关管的导通和截止时间来改变负载上的平均功率，从而放大音频信号。基准电路则为系统提供稳定的参考电压，确保在整个工作范围内保持稳定性能。 通过反馈技术，系统能够自我校正，降低THD，提高音频信号的还原度，保持高质量的声音输出。双路反宽调制技术不仅减少了静态功耗，还消除了对输出端低通滤波器的依赖，进一步减小了系统的物理尺寸，使之更适合便携式和空间有限的应用场景。 总结起来，这款PWM型D类音频功率放大器设计巧妙地结合了高效能、高保真度和紧凑的尺寸，为音频系统提供了理想的解决方案，特别适合现代电子设备的需求。