开关功率放大器

开关功率放大器的设计与总体 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ——幻影凌风 摘要： 本系统是基于 D 类功率放大器的基本原理实现的开关功率放大器。使用音频 AGC 硬件电路实现话音信号的增益可控，调制器采用最基本的比较器，其中载波为 200KHz 三角波，即 PWM调制；随后经过驱动电路，驱动 H 桥输出，随后经 LC 无 源滤波接上负载。本设计谐波失真很小，音频信号恢复良好。 本设计采用的“TI”芯片有：MSP430 TLV3401 NE555 NE5534 ADS1255 TL431 LM1117 OPA227 OPA2227 THS4503 一、 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的设计与论证 开关功率放大器与一般的功率放大器很不一样，D 类功率放大器具有开关功 能，其基本结构见附录图 1. 第一部分为调制器，把三角波作为载波，音频 信号作为调制信号进行 PWM 调制；第二部分就是 D 类功放，其功放管工作 在开关状态因此具有极高效率，理论上效率能达到 100%，实际也能达到 90% 以上；第三部分需把大功率 PWM 波形中的声音信息还原出来。 1、话筒放大器的设计 题目发挥部分要求有话筒放大，且用 AGC控制，因此话筒放大电路放在音频 信号输入之后。AGC 即自动增益控制，对放大倍数进行自动控制（调节），音频 AGC能随时跟踪、监视前置放大器输出的音频信号电平，当输入信号增大时，AGC 电路自动减小放大器的增益；当输入信号减小时，AGC 电路自动增大放大器的增 益，利用负反馈的原理，对输出信号的幅值进行采样，得到一个控制电压，去反 向调节放大倍数。自动增益控制（AGC）的方法有很多： 方案一 采用 TI公司的 VCA810 实现自动增益控制。VCA810 是直流耦合、宽 带、连续可变电压控制增益放大器。它提供了差分输入单端输出转换，用来使高 阻抗的增益控制输入超过- 40dB～+40 dB 增益的范围内成 dB/ V 的线性变化。 从±5V 电源工作，将调整为 VCA810 的增益控制电压在 0V输入- 40DB 增益在-2V 输入到+40 dB。若采用这种方案，首先要对音频信号进行 AD 采样后送入单片机 进行数据处理、判断，再经过 DA转换给 VCA810，过程复杂。 方案二 采用放大器构成负反馈。自动增益控制本身就是利用负反馈的原 理，达到动态平衡。 处于对成本及复杂程度的考虑，我们采用方案二。 2、调制 D类功放是用音频信号的幅度去线性调制脉冲的宽度。把原始音频信号加上 一定直流偏置后放在运放的正输入端，另通过自激振荡生成一个三角形波 加到运放的负输入端。当正端上的电位高于负端三角波电位时，比较器输 出为高电平，反之则输出低电平。 3、开关功率放大器 方案一 采用推挽单端输出方式，其原理见附录图 3. 这个电路输出载波峰-峰值不可能超过 5V的电源电压，因此最大输出功率远 不能达到题目要求，所以此方案达不到要求。 方案二 选用 H桥型输出方式，原理图见附录 4. H桥两侧的桥臂呈对角线的管轮流导通，同侧桥臂不能同时导通，这样整个 周期负载都能工作且可实现方向变换，驱动效率高。所谓驱动效率高就是要将输 入的能量尽量多的输出给负载，而驱动电路本身最好不消耗或少消耗能量，具体 到 H 桥上，也就是 4个桥臂在导通时最好没有压降，越小越好。 综上所述，我们采用 H 桥驱动提高效率。 4、低通滤波输出 将大功率 PWM 波形中的声音信息还原出来，也就是解调，只需要用一个低通 滤波器。但由于此时电流很大，RC 结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用， 必须使用 LC低通滤波器。 二、 电路设计 1、话筒放大器模块 音频 AGC能随时跟踪、监视前置放大器输出的音频信号电平，当输入信号增 大时，AGC 电路自动减小放大器的增益；当输入信号减小时，AGC 电路自动增大 放大器的增益，以使进入 A／D 的信号保持在最佳电平，又可使削波减至最小。 如附录图 5所示为音频 AGC 放大电路，电路输入 20～40mV 和输出 0～1.2V 可调 电平，单电源供电，耗电电流小于 1mA(5V 电压)。 J176 为 P沟道 JEFT，它与 R1、R3、R4构成等效电阻分压器，接入输入回路。 当输入电平低于 40mV(峰一峰值)时，输入均等地在 R1、R3、R4 之间分配，U1 的输出幅度不足以大到使正峰值 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 器 J176 导通。将结型场效应管的栅极拉到 +5V，使其沟道夹断并从漏极到源极产生一个非常高的电阻；当输入电压峰一峰 值高于 40mV 时，J176 在 U1 输出的正峰值导通，降低了结型场效应管栅极到源 极的电压。沟道电阻用来减少并衰减输入信号，以保持 U1 输出电压峰一峰值在 1.2V左右。 这种放大器动态范围大于 50dB，输出波形的失真非常小，并具有启动快、缓 慢衰减等优点。 2、前级放大电路 设置前级放大电路，可使整个功放的增益从 1～20 连续可调，而且也保证了 比较器的比较精度。当功放输出的最大不失真功率为 10W时，其上 Vpp=12.6V， 此时送给比较器音频信号的 Vpp 值应为 2V，则功放的最大增益约为 6。 前级仍采用宽频带、低漂移的运放 NE5534，组成增益可调的同相宽带放大器。 选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻 Ri> 10K 的要求。具体原理图见附 录图 6. 当满幅放大时，其增益： 1 50 1 R R 1A 20 18 v  =50 所以，增益可以在 1～50连续可调。 3、PWM调制模块 用一只运放构成比较器即可完成。把原始音频信号加上一定直流偏上的电压 置后放在运放的正输入端，另通过自激振荡生成一个三角形波加到运放的负输入 端。当正端上的电位高于负端三角波电位时，比较器输出为高电平，反之则输出 低电平。若音频输入信号为零、直流偏置三角波峰值的 1/2，则比较器输出的高 低电平持续的时间一样，输出就是一个占空比为 1：1 的方波。当有音频信号输 入时，正半周期间，比较器输出高电平的时间比低电平长，方波的占空比大于 1： 1；负半周期间，由于还有直流偏置，所以比较器正输入端的电平还是大于零， 但音频信号幅度高于三角波幅度的时间却大为减少，方波占空比小于 1：1。这 样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后的波形，音频信 息被调制到脉冲波形中。 具体调制过程见附录图 7. 载波三角波的产生要求频率稳定，幅度稳定。555 多谐振荡电路频率稳定， 因为题目要求谐波失真度≤3％，而脉冲信号的频率根据失真度要求而定，频率 越高失真越小，当脉冲频率与音频频率的最高之比为 10：1时失真度约 2，所以 按输出最高频率即 20KHz，则三角波频率应达到 200KHz。 比较器采用“TI”公司的 TLV3401 的超低功耗比较器，电路如附录图 8所示。 因为+5V 单电源供电，为了给比较器的两个输入端提供+2.5V的静态电位，取 R12=R15 R13=R14 4 个电阻均取 10K ，由于三角波 Vpp=2V，所以要求音频信号的 Vpp 不能大 于 2V，否则会使功放失真。 3、H 桥 为提高功率放大器的效率和输出功率，开关管的选择非常重要，这样的开关 管要求是高速、低导通电阻、低损耗。三极管需要较大的驱动电流，并存在存储 时间，开关特性不够好，使整个功放的静态损耗及开关过程中的损耗较大，相反， VMMOSFET 管具有较小的驱动电流、低导通电阻和良好的开关特性。如附录图 4 所示，同一侧的桥臂选择性质相反的对管，让它们不同时导通，但是要驱动 MOS 管，前级还需要一个驱动电路。 4、H 桥驱动模块 目的是将 PWM 波整形变换成互补对称的输出驱动信号，可以驱动 H 桥的集成 芯片有很多，我们选择 IR2110.因为： （1）具有独立的低端和高端输入通道； （2）悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达 500V； （3）输出的电源端（脚 3）的电压范围为 10—20V； （4）逻辑电源的输入范围（脚 9）5—15V，可方便的与 TTL，CMOS 电平相匹配， 而且逻辑电源地和功率电源地之间允许有 V的便移量； （5）工作频率高，可达 500KHz； （6）开通、关断延迟小，分别为 120ns 和 94ns； 进入 IR2110 的两个信号应该反相。 5、解调模块及信号变换电路（功率检测电路） 本电路采用的 2 阶巴特沃斯低通滤波器，对滤波器的要求是上限截至频 率>20KHz,在通频带内特性基本平坦。这里我们在谐振的基础上，用 Multisim 仿真出较佳参数，其电路如附录图 9所示。 信号变换电路（功率检测电路）要求电路增益为 1，将双端变为单端输出， 运放选用宽带运放 NE5534，如附录图 10所示。对于这部分电路的电源电压不加 限制，由于运放的带负载能力很强，故对变换电路的输入阻抗要求不高。取 R28=R30=R33=R34= 10K 则增益 1 R R A 30 28 v  其上限频率远超 20KHz。 三、 软件设计 单片机的作用就是测量功率及显示幅频特性曲线 开始 AD 存储 画幅频特性图 显示当前上限与 下限截止频率及 中心频率 四、 测试方法与测试结果 五、 改进 1、功率驱动要选择合适的驱动芯片，并且时序要正确。 附录 图 1 开关功率放大器基本结构 图 2 系统结构框图 图 3 推挽单端输出 图 4 H 桥驱动 图 5 音频 AGC 图 6 前置放大电路 图 7 调制过程 图 8 PWM 调制 图 9 LC 低通滤波 图 10 信号变换电路