数控D类功放系统的设计与分析

摘要：介绍了一款基于DDX功率驱动技术、既具有USB数字音频接口又具有模拟音频接口的数控D类功放系统。采用AT89C2051作为主控芯片，通过事件扫描方式让控制曼有效率，通过I2C总线让TDA7449芯片具有16阶的音量控制、16阶的音调控制、声道选择、静音控制等功能；利用数学模型，分析了该数控D类功放具有高效率和很好的音调控制功能；通过LC二阶滤波电路的分析和设计，让功放的最大总谐波失真控制在0．5％以内。
关键词：D类功放；LC滤波器；高效率；高保真

引言
D类功放以其效率高、发热量低、体积小、便携等特点在汽车、手持设备、多媒体等领域的音响系统中占据了重要的地位。但保真度不够是D类功放一直无法完全替代A类、AB类功放的根本原因。本文设计了一种数控D类功放，通过一些关键环节的设计，并加以理论分析，通过测试，在20 Hz～20 kHz音频范围内，实现了高效率、低失真、高保真。

1 系统原理分析
1．1 D类功放效率分析
功放的实质是把电源提供给放大器的直流功率，转换成负载的交流功率。D类功放以效率高、体积小为主要优点，采用两个相位相反的PWM驱动差分输出方式，理论上效率可以达到100％。下面是方波的傅里叶级数：


但由于场效应管的开关损耗和各模块元件的损耗，不可能达到100％。再考虑到CMOS场效应管导通电阻损耗、偏置电流损耗、输入电容充电损耗等，使得一般的D类功放在8 Ω负载时效率为85％左右。其效率仍要比目前市场上广泛采用的AB类功放效率高很多。
1．2 音调电路分析

电路设计中，低音控制中的R2选择2 kΩ，Ri为25 kΩ，C1为150nF，C2选择为330nF。根据式(1)求出转折频率为32 Hz。高音控制中，C1为5．6 nF，而Ri为25 kΩ，根据式(2)求出转折频率为1 137 Hz。