大功率无须滤波的D类音频功放设计.pdf

摘要

随着物联网时代的到来，各种小型化电子设备的出现，声音作为人类与机器信

息传递交流的重要平台越来越得到重视。大至家庭影院，小到蓝牙耳机，音频功率

放大器都在其中扮演着不可或缺的角色。其中D类音频功率放大器凭借其优秀的

工作效率在众多架构的音频功放中脱颖而出，而随着技术水平的不断上升，其输出

的音频质量也获得了不小的提升，与数字电路的兼容性更是让其逐渐占领了音频

功放市场的主流地位。但是D类功放在提高音质、工作效率和降低成本等方向上

仍然存在较大的进步空间。本文设计了一种大功率无须滤波的D类音频功率放大

器，在实际应用和工程上具有较大的参考价值。

本文所设计的D类音频功放采用了二阶积分器作为补偿器的设计，提高了系

统的增益和抑制噪声的能力，从而提升了输出音频的质量。BD模式的PWM调制

方式可以大大减小扬声器负载上的电流，节省功耗的同时还可以使此设计拥有无

须滤波器的特性。本文设计的D类功放还可以提供四种不同的增益和五种不同的

采样频率，都能以最大100W的功率输出，适应了不同工作环境下的多种需求。输

入保护电路的设计有效地保护了芯片不会被过大的输入损坏。

本文首先介绍了D类功放的背景和预期，其次对不同种类的音频功放进行简

介并着重对不同种类D类功放进行了阐述，并分析对比了其各项参数和特点。然

后对芯片的整体环路进行了设计，并使用SIMULINK仿真验证了本设计的可行性，

证明了本设计优势所在。最后对芯片内部部分子电路进行了设计和仿真，以及对芯

片的整体仿真，满足了不同工艺角下的设计需求。本文所设计的D类音频功率放

大器的仿真结果显示其最高可输出功率为100.9W，在此输出功率下的系统效率为

94.8%；在21V供电、输出功率为50W的情况下的THD+N为0.1%，其信噪比为

126dB。

关键词：D类音频功率放大器，无须滤波，二阶补偿器，PWM调制

ABSTRACT

WiththeadventoftheInternetofThingsandtheemergenceofvariousminiaturized

electronicdevices,soundhasreceivedmoreandmoreattentionasanimportantplatform

forinformationtransmissionandcommunicationbetweenhumansandmachines.From

hometheaterstoBluetoothheadphones,audioamplifiersplayanindispensablerole.

Amongthem,theClassDstandsoutinmanydifferentarchitecturewithitsexcellentwork

efficiency.Withthecontinuousdevelopmentofthetechnology,theaudioqualityofClass

Damplifierhasalsobeengreatlyimproved.Thecompatibilitywithdigitalcircuitsisof

greatsignificancewhichhelpsClassDamplifieroccupiesthemainstreampositionofthe

audioamplifiermarket.However,thereisstillalotofroomforimprovementinsound

quality,workefficiencyandcostsreduction.Thisthesisdesignsahigh-powerfilter-less

Class-Daudiopoweramplifier,whichhasgreatreferencevalueinpracticalapplications

andengineering.

TheClassDaudioampl