基于D類功放的寬范圍可調(diào)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

3 在D類放大器的基礎(chǔ)上進(jìn)行可調(diào)穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)

3．1 PWM脈沖基本頻率的設(shè)定

由于D類功放的PWM信號(hào)頻率基于三角波發(fā)生器的頻率，而且是為音頻信號(hào)服務(wù)的，所以，三角波和PWM頻率一般都設(shè)計(jì)得較高，為150～500kHz，這使得開關(guān)電源的輸出電壓的紋波小，電源的紋波系數(shù)高。因此，這一部分仍然使用原來的三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì)，可以不改動(dòng)原來的核心電路，特別是在使用成品D類功放電路構(gòu)造開關(guān)電源時(shí)可以不改動(dòng)原電路。

如果不用成品D類功放電路構(gòu)造開關(guān)電源，可以使用LM556等電路來構(gòu)造三角波發(fā)生器，具體電路及振蕩頻率的計(jì)算已有很多資料介紹，不再贅述。

三角波的輸出應(yīng)有足夠的幅度，一般選±VPP=±（3～5）V，以給比較電路足夠的信號(hào)強(qiáng)度。

3．2 電壓調(diào)整部分的設(shè)計(jì)

電壓調(diào)整部分的設(shè)計(jì)就是要改造原來的D類功放的輸入端，即去掉原來的輸入耦合電容，把一個(gè)可調(diào)穩(wěn)壓電路（如圖5所示）的輸出連接到輸入端，代替原來的音頻信號(hào)，使原來的功放輸入信號(hào)Vin=（VW＋Vf）可以隨著WR的調(diào)節(jié)在正負(fù)區(qū)間變化。

圖5 電壓調(diào)節(jié)與采樣穩(wěn)壓部分電路設(shè)計(jì)圖

3．3 穩(wěn)壓部分電路的設(shè)計(jì)

作為一個(gè)開關(guān)電源，應(yīng)具有足夠的電壓穩(wěn)定度，這就要有采樣電路在輸出端進(jìn)行電壓采樣，并經(jīng)過反饋電路反相回送到輸入端，通過對(duì)輸入直流電壓大小的控制完成電源的PWM脈寬調(diào)節(jié)，控制輸出電壓穩(wěn)定在WR調(diào)節(jié)設(shè)定的電壓值上，電壓采樣與反饋實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)如圖5所示。

穩(wěn)壓工作原理可分析如下：

在D類功放輸入端送入一個(gè)直流電壓，在輸出端得到一個(gè)濾波后的直流電壓，輸入端的正負(fù)變化將在輸出的正負(fù)相端得到對(duì)應(yīng)的正負(fù)電壓輸出，從而在采樣電路的Ro上獲得一個(gè)電壓降ΔVR，ΔVR經(jīng)反相放大后再和參考電壓進(jìn)行疊加，形成輸入端的調(diào)節(jié)電壓Vin，送入D類功放的輸入端。例如，當(dāng)輸出電壓的絕對(duì)值增加，則有

│ΔVR│↑—→│Vf│↓—→│Vin│=│VW＋Vf│↓—→PWM正或負(fù)相脈寬變窄—→輸出濾波后電壓│Uout│降低—→穩(wěn)壓。反之亦然。

3．4 輸出濾波電路部分的設(shè)計(jì)與改造

D類功放的輸出通過H橋直連濾波電路，因此，在一定條件下運(yùn)用時(shí)可以省去開關(guān)變壓器，降低整個(gè)電路的成本。

D類功放的輸出濾波器參數(shù)（濾波電感L、濾波電容C）的大小是按照音頻輸出要求選定的，故其輸出截止頻率f較高，一般在20kHz以上。但運(yùn)用到電源電路上,輸出的是一個(gè)直流電壓信號(hào)，所以，截止頻率應(yīng)該很低，故濾波電感L和濾波電容C都取得較大，這可以參照一般的PWM開關(guān)電源的參數(shù)，比如濾波電容的容量要達(dá)到1000μF以上，以盡量地濾除交流信號(hào)。這一部分的電路如圖6所示。

圖6 輸出濾波部分電路結(jié)構(gòu)

3．5 基于D類功率放大器的開關(guān)電源整體電路設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析與設(shè)計(jì)構(gòu)成的，基于D類功率放大器的開關(guān)電源整體電路設(shè)計(jì)如圖7所示，對(duì)應(yīng)的輸入端的可調(diào)電壓信號(hào)、三角波及PWM波形、輸出PWM電壓波形以及濾波輸出電壓波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖8所示。

圖7 基于D類功率放大電路開關(guān)電源電路圖

(a) 三角波發(fā)生器輸出

(b) Vin>0、Vout>0，PWM波形和負(fù)載上的電壓波形

(c) Vin0、Vout0，PWM波形和負(fù)載上的電壓波形

圖8 輸入端的可調(diào)電壓信號(hào)、三角波及PWM波形、輸出PWM電壓波形、

濾波輸出電壓波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系