为什么D类功放可以免滤波？

为什么D类功放可以免滤波？

(2016-6-13 22:04)

标签：D类功放，免滤波原理

D类音频放大器主要是通过PWM调制，实现模拟信号对PWM波形的转换。以实现较高的效率和比较大的驱动功率。芯片的基本架构一般会包括前级运放PREAMP，积分器INT，三角波发生器RAMP，比较器COMP，以及驱动级DRV，输出级OUTPUT。基本的架构如下图所示。可以把第一张图中的架构进行化简，则得到图2中的环路传输函数。

 

                          D类功放基本架构

 

早期的PWM技术，驱动传输管的PWM信号是差分信号，所以在输出端需要接一个LC两阶滤波电路实现滤波。输出端的简化电路和波形如下图所示：

差分输出波形显示出两个问题：一是信号翻转的落差很大，等于2VDD；二是脉冲宽度较大。这样的信号在载波及其谐波频率处带有较多能量，如果直接加在扬声器两端，不仅会降低效率，产生较大的EMI，而且较大的输出纹波会对扬声器造成损害。所以必须在输出级后加上滤波器，以储存输出的过多能量。

针对上述传统PWM调制的弊端，新一代的PWM调制方式，在输入级将输入信号转换成相位相反的差分信号，分别通过调制器对其进行调制，再经过桥式输出，驱动扬声器。新一代的输出端简化电路和波形如下图所示：

可以看到，新一代的PWM调制的输出波形相比较传统的输出波形，它的差分输出信号翻转落差只有一个VDD，而且脉宽比较小。这样的信号在载波及其谐波频率处携带的能量较少，利用扬声器自身的低通特性，便能够达到比较理想的滤波效果，从而实现了免滤波器输出的可能。所以，目前市场上都是新一代的PWM调制的免滤波D类功放结构。

如果把输出的喇叭看做一个简单的L+R低通滤波电路，则根据扬声器的推算，输出的传输函数可以看成：

低通的截止频率为：

针对改进后的PWM调制方法，如果按照通常的L=33uH，R=8Ω计算，则可以得到低频截止频率是38.6KHz。对D类功放的输出负载做仿真，可以看到其电感端的电流，以及电阻端的电压波形。

                                    电感电流

                               电阻两端电压差

输出的是1K信号，用的PWM调制频率是800KHz，可以看到新的PWM结构中，L的电流包络在随着输出信号变化。输出幅度大时，L电流大幅度大；输出幅度小时，L电流小。从VOP、VON的占空比的渐变过程可以看到输出1KHz的包络。VOP-VON是在渐变的，这样就不会有大幅度，长时间的电感充电。

这就是为什么现在的D类功放，可以实现免滤波输出的原因。

                                         VOP和VON波形                                      

 

                                      VOP-VON波形