D类高效率音频功率放大器设计【开题报告】.doc

毕业设计开题报告 电气工程与自动化 D类高效率音频功率放大器设计 一、选题的背景与意义 随着微电子制造技术的不断发展，电子产品正向着薄型化、便携式迅速发展 ，人们对音频功放的要求更加趋向于高效、节能和小型化。因为移动设备受电池容量、散热、体积的限制，对音频功放要求高效、节能、发热少、体积小、便于集成。普通功放电路复杂，体积较大；而且效率较低，输出功率不可能做的很大。而D类功放工作于开关状态，理论效率可达100%，实际运用时也可达到较高的效率。功率器件的耗散功率小，产生热量少，可大大减小散热器的尺寸；功率MOS管有自保护电路，可大大简化保护电路，而且不会引人非线性失真；这样就可以极大地降低能源损耗，降低放大器的体积。所以D类音频功放越来越受到人们的重视，正越来越多地被用在移动电话、PDA及其他类似便携式应用中，以取代AB类放大器。由于D类音频功率放大器具有更高的效率，这使得采用D类音频功率放大器可延长电池供电中断产品的工作时间，并产生更少的热量，从而解决设备的散热问题。近年来国际上加进了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定进展，这一技术一问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子、商业界的特别关注。不久的将来，D类音频功率放大器必将取代传统的模拟音频功率放大器。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 研究的基本内容： 话筒。主要用于将声音信号转化为电信号，以便后续装置处理。 前置放大模块。由话筒输入的信号一般都比较微小，为了能够与三角波进行比较，必须对信号进行放大，拟采用运放对输入信号进行放大。 带通滤波模块。输入的音频信号难免会有干扰，为了去除干扰，需要对音频信号进行滤波。本设计采用有源滤波器滤除低频和高频干扰，实现对输入输出的隔离。 三角波产生模块。系统需要使用三角波作为载波，对音频信号进行调制，根据奈奎斯特采样定理，产生的三角波的频率至少为基波最高频率的2倍，为了后级滤波的方便，载波的频率应尽可能大。 PWM信号产生模块。系统需要用PWM信号来控制后续的功率放大模块。本设计拟采用比较器对处理后的音频信号和三角波进行比较来产生PWM控制信号。 功率放大模块。功率放大模块是由驱动电路和MOS管构成的H桥组成，由产生的PWM信号对其进行控制。 拟解决的主要问题： SPWM调制模块调制波形。 功率放大模块的过流和过压保护。 研究的方法与技术路线： 1．信号预处理 话筒能够将声音信号转化为能够被处理的电信号，音频信号隔直后经过由运放LF353构成的单极性两级反向比例放大环节放大，由于人说话的频率在20HZ-20KHZ之间，所以将放大后的信号通过巴特沃斯二阶有源滤波器滤除200HZ以下及20KHZ以上的干扰。 2．信号调制 音频信号 ICL8083是一块高度集成的波形发生芯片，拟采用这块芯片产生频率较高，能够满足要求的三角波作为载波。将作为载波的三角波与音频信号通过比较器进行调制，产生用于控制的PWM波，至此完成信号的调制部分。 3．功率放大 功率放大模块由驱动电路和H桥组成，驱动电路采用IR2110。任意时刻，功率管不能同时导通，但由于功率管有个开启和关断的过程，在过渡过程中，必然有一瞬间，一个管子没有完全关断，另一个管子已经开始导通。此时，就有很大的电压和电流加在两个功率管，功耗非常大，器件温度升高很快，常常会烧坏管子，安全受到威胁，可靠性降低。因此，功率管需要一定的死去时间，IR2110 能够提供一定的死区时间。 本设计拟在输出端采用两个对称的巴特沃斯4阶低通滤波器，在保证20KHZ频带的前提下使负载上的高频载波电源得到充分衰减。 三、研究的总体安排与进度： 1. 2010年11月19日~ 2010年12月31日 在广泛查阅资料的基础上，完善课题研究方案，完成外文翻译、文献综述和开题报告等工作。 2. 2011年02月01日~ 2011年3月15日 确定系统总体方案，进行硬件电路的设计、制作与调试。 3. 2011年03月16日~ 2011年03月31日 进行整个系统的调试。 4. 2011年04月01日~ 2011年04月30日 设计任务结果的处理与分析等，完成毕业设计说明书或论文写作，进行毕业设计（论文）的审阅和修改完善。 四、主要参考文献： [1] 童诗白，华成英．模拟电子设计基础．第三版[M]．北京：高等教育出版社，2001.1 [2] 王兆安，黄俊.电力电子技术【M】.北京：机械工业出版社，2008 [3] 高吉祥．全国大学生电子设计竞赛培训系列教程，模拟电子线路设计[M].电子工业出版社，2007.05 [4]Douglas Self著，薛国雄译 音频功率放大器设计手册.第四版[M].北京：人民邮电出版社， 2009.10 [5]陈华编著，音频技术及应用[M]，西南交通大学出版