D类功放又叫数字功放,应用领域有:手机、笔记本电脑、平板电视、家用功放、舞台功放,公共广播等。
优点:体积小、重量轻、效率高。
D类功放按组成结构可以分为信号调制器、PWM驱动信号、开关放大电路和解调滤波输出四大部分。信号流程如下图:
1.信号调制
信号调制的作用是将音频信号转化为 PWM 信号。将音频信号与固定频率三角波信号相比较实现 PWM 调制。
该调制方式的优点是载波频率固定,输出端音频还原滤波器设计简单;
缺点是作为参考信号的三角波总是非理想的,会引入额外的噪声和失真。
2.PWM驱动信号
数字功放的驱动电路主要是用来驱动MOS管,针对不同功率等级的功放,需要合理的选取驱动电路。
驱动MOS管主要是驱动gs极间电容(我在之前写过关于MOS管的特性,这里不再重复。)
通过验证,隔离驱动和自举驱动两种方式比较理想的方法。
3.开关放大电路
数字功放的功率放大电路只有全桥和半桥两种拓扑结构。全桥电路其实就是两个半桥电路的并联,所以从工作原理来说并无本质区别。
开关放大电路每一个桥臂上有两只MOS管,不能同时处于导通状态,一只MOS管必须在另一只关闭后才能导通,否则会造成串通损耗,甚至烧坏功率管。因此,必须在驱动信号上插入死区时间(Dead-Time)以确保同一桥臂的两只功率管不同时处于导通状态。如下图:
4.解调滤波输出
经过开关放大电路的信号同时包含了音频信号信息和载波信号,为还原所需要的音频信号,因此必须设计输出低通滤波器以滤除高频载波分量来获得音频信号。如下图:
数字功放部分工作原理框图如下
输入模拟音频信号与反馈回来的音频信号一起送到误差放大器,输出放大的误差音频信号。三角波发生器产生模拟三角波信号。将放大的误差信号和三角波信号送到调制器,输出PWM 信号。
PWM 信号送到半桥驱动器进行放大,放大后的PWM信号被采样作为反馈信号送到误差放大器,尽可能的还原输入的音频信号。同时将PWM信号送到LC低通滤波器进行解调,将放大后的音频信号送进音箱。