基于∑△调制的D类放大器系统设计与仿真

摘要 针对传统D类放大器脉宽调制技术引起的电磁干扰问题，将一个5阶低通∑△调制器应用于一种带反馈闭环结构的D类放大器中。通过建立∑△调制D类放大器的非理想模型，考察输出信号的功率谱特性。仿真分析表明，该模型能够有效抑制低频段的噪声和谐波失真，在基带内实现较高的信噪比，应用于D类功放，与传统脉宽调制方式相比，有效地改善电磁干扰性能。
关键词 D类放大器；∑△调制；电磁干扰；功率谱密度

传统的D类放大器调制方式主要采用脉宽调制技术(PWM)，在信号的频谱中，除基频信号外，还含有大量位于开关频率倍频处谐波分量，这些谐波幅值很大，是产生电磁干扰辐射的主要原因。∑△调制器具有独特的过采样技术和噪声整形技术，所谓过采样技术就是以远高于奈奎斯特采样频率的频率对模拟信号进行采样，噪声整形就是将低频段的量化噪声转移到高频段，从而减小信号基带内的量化噪声，提高输出信噪比，高频噪声可通过低通滤波器滤除，应用于音频D类功放可以有效改善电磁干扰性能。目前∑△调制在音频D类放大器中已得到深入研究和广泛应用。
∑△调制应用于D类放大器可以采用开环结构，但是采用开环结构功率输出级的噪声和非线性失真无法得到有效抑制，因此，设计了一种带负反馈的D类放大器结构，如图1所示。

这种带负反馈结构的D类放大器，将功率输出级的噪声和非线性失真通过反馈接入到∑△调制器的输入端，构成一个闭环系统，通过∑△调制器的噪声整形技术以及闭环反馈结构达到抑制功率输出级噪声和失真的目的。

1 系统建模
在该∑△调制的D类放大器系统建模中，可以考虑将功率输出级的噪声和非线性失真用图2所示的功率输出级噪声模型来表示。随机噪声分布可以用一个高斯分布函数表示，输出级的非线性失真可以用二倍输入信号频率处的谐波分量表示，这里不考虑更高次谐波分量的影响。

根据以上建立的输出级噪声和失真模型，在Matlab的Simulink环境下分别建立一个开环和闭环D类放大器非理想模型如图3和图4所示。