自己设计数字功放(D类)
为什么这么多国人关注数字功放,而且论坛上这么多人是学电子的高手,怎么论坛上的所有数字功放都是别人的方案,没有一个是自己设计的呢???是大家的电路水平问题吗?还是把自己的藏起来,不愿意放出来交流??但愿都不是。。。。我只以一个技术爱好者的身份在这里发个帖,希望能促进相关高手在数字功放上的交流,也希望对数字功放真正有研究的国人,能改变一下大家对数字功放的偏见和看法。。。
以下是我大二的时候自己设计的一个D类功放,电路中所有参数都是自己设计的
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547224.jpg
(原文件名:Class D Amp.jpg)
当然,既然是功放,人们首先考虑的肯定就是音效了,这个设计虽然只是一个雏形,没有设太多复杂的保护电路,也没有插入死区时间,但可以肯定的是,这个功放的音质肯定会比用“maga8”做的那个强很多倍,不管是高音,中音,低音,还是动态范围!
说实话,这个设计,在音质上来说,并不完美,有几个问题
1)振荡频率太低,100KHz,也就是说,在20KHz的时候一个正弦波只能用5个方波来还原,这种失真是很明显的,虽然这只在高频段出现,但同样会产生 让人难以接受的“数码味”(不是我不想把震荡频率提高的1MHz,振荡高频化的难度和可能遇到的问题,学电子的人都不难知道)
2)没有插入死区时间,这会让末级功放管产生不容忽视的热量,而且电源电压没办法提高!(其实死区时间很容易插入,当时只是图个省事罢了)
3)三角波线性度不够好,这是产生失真的另一个重要原因,(注:现在已经有能力设计线性度相当好的高频三角波)
4)脉宽调制(PWM)容易受到干扰,虽然这对音质的影响不那么明显,但在重载的时候会有噪声,而且影响可靠性。。。(干扰是可以解决的)
。。。暂时就列举这些,要去吃饭了。。。。
不知道阿莫为什么不搞个数字功放或D类功放的开源设计活动??? 我认为,人家一看到数字功放,就和数码声,失真,不够HIFI,not high class,等联系在一起。但我认为数字功放可以做的很好,我现在就用着数字功放,自己感觉:比LM3886 的声音亮丽。我打算做大功率的,高保_真的,声音温暖的——这个难度可能会很大。(本人相对喜欢温暖型的)。http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547264.JPG
(原文件名:KTIM1118.JPG) 楼主强大,
第一条应该是在20khz时候一个方波只能用5个正弦波来还原 楼主传一个清晰一点的图片,也试着做一下 回复【2楼】xjf20072608
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这句话没写错。请仔细再阅读一遍。。(功放需要还原20KHz的正弦波,此时,100KHz的载频在一个周期内只能产生5个PWM方波) 回复【1楼】guolun
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数字功放做大功率的不难,千瓦级的不是问题,最难的是还原中高频信号的准确性(。。说简单点,就是音质要超越模拟功放目前还有很多技术障碍) 我的农民
看完走开 上几张我目前了解到的数字刚放的图片:首先是丹麦的ICEpower
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547399.jpg
自带开关电源,1000W (原文件名:icepower1000asp.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547400.jpg
1000W不带电源 (原文件名:icepower1000a.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547401.jpg
自带开关电源,250W (原文件名:icepower250asp.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547402.jpg
自带开关电源,200W (原文件名:icepower200asc.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547403.jpg
250W不带电源 (原文件名:icepower250a.jpg) 据说他们用的开关电源都使用ZVS(零电压开关)技术,电源本身的EMI可以做得很低 这个 要顶!! 下面是美国的nuforce
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547413.jpg
(原文件名:nuforce-1.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547414.jpg
(原文件名:nuforce-2.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547415.jpg
(原文件名:nuforce-3.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547416.jpg
(原文件名:nuforce-4.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547417.jpg
(原文件名:nuforce-5.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547418.jpg
(原文件名:nuforce-6.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547419.jpg
(原文件名:nuforce-7.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547420.jpg
(原文件名:nuforce-8.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547421.jpg
(原文件名:nuforce.jpg) 还有TACT的全数字功放
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547423.jpg
(原文件名:TACT.jpg) LZ真n
我在06年的电子报 合订本上看了一个制作D功放的连载,是摩托罗拉的工程师写的,使用的都是MC14xxx的TTL和高性能的MOSFET
电路很简单,(和LZ的大体一样,指标很高)里面有一个电源平衡电路很奇特,发个图看看
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547442.png
(原文件名:QQ截图未命名.png)
图中的变压器是做电感用的,两个FET推挽工作在120KHz方波 to 【12楼】 longquan
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我有这本书。 MOSFET的Ciss限制了开关频率提升,所以D类功放提升性能有一定瓶颈。
另外,PDM性能会比PWM好。 tda8920(好象是)这个片子我以前跑过500KHZ,有人跑过750KHZ。 回复【14楼】gzhuli 咕唧霖
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请问PDM的全名是什么?Pulse "What?" Modulation?? 回复【12楼】longquan
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这篇文章我也看过,不过请注意,书上给的是1KHz的方波响应图,有本事让他上一个20KHz的方波响应图??
要知道高性能模拟功放在20KHz时的方波响应还能用“完美”来形容的。。。 Pulse Density Modulation,也就是Sigma-Delta调制。 回复【14楼】gzhuli 咕唧霖
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10000pF的Ciss,驱动到1MHz是不成问题的,关键不在这 回复【18楼】gzhuli 咕唧霖
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这种调制时恒频的吗?模拟的方法似乎不能实现吧? 回复【15楼】90999
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载频高了,PWM调制精度会降低(不管是D类还是全数字的),这个问题如果没有特殊的办法解决,音质是不会有太多改善的。。 回复【20楼】roseason
回复【18楼】gzhuli 咕唧霖
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这种调制时恒频的吗?模拟的方法似乎不能实现吧?
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模拟方法可以参考Philips的UCD架构,自激振荡。
你楼主位的电路是开环调制,用固定频率三角波和输入信号比较实现调制,反馈只是控制直流0电位。
Sigma-Delta调制是闭环调制,用输出信号和输入信号比较实现调制。 回复【22楼】gzhuli 咕唧霖
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哦,你说这个我看有人做过,我自己只做过PWM和PFM的,你有图的话也可以上一个的,再分析一下各方面的利弊,
希望这里会成为一个能学习技术的地方,能促进大家共同进步 回复【22楼】gzhuli 咕唧霖
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我的初始设计是用方波直接反馈,到前面的运放再进行积分的,而不是你现在看到的直流反馈,
实际上两种方法都是可行的,但我当时的实验证:实直流反馈的失真的确小一些,听起来也是这样的 回复【26楼】armok阿莫
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有时间我会以现在的水平再设计一台D类,希望能让阿莫及各位音响爱好者(这里暂且不用“发烧友”这个敏感词汇~呵呵)耳目一新 回复【14楼】gzhuli咕唧霖
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上一个图
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_547661.jpg
(原文件名:1.jpg)
随手画的二阶Δ-Σ调制器框图,不知是不是你说的那种,但是这东西本质上还是PWM的,咕唧霖能解释一下为什么PDM比PWM好吗?(只限在大功率数字功放领域,不指便携式应用。。。)
当然,咕唧霖如果是做技术的,请尊重事实,最好能用数学,或者大家能理解的方式说明,那些自己都不能确定的结论,请不要随意放到论坛上,这样容易误导初学者 (提提建议,如有冒犯,请见谅!) 没有开关频率上限的问题? 有,这个跟器件速度、管子开关速度、栅极驱动能力以及磁性材料有关,频率越高,电路就会变得越难控制,各种干扰也就更难处理,同时磁性材料以及管子的功耗都会不同程度地增加 回复【28楼】roseason
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PDM是PWM的一种特例,其实两者非常相似,区别在于:PWM有固定的PWM周期,一个周期内的脉冲是连续的,而PDM的脉冲是独立的,周期不确定。把PWM频率提高,占空比不是0就是100%,就是PDM了。
这个区别体现在输出频谱上就是PWM固定的周期会产生明显的尖峰,频率低了一阶低通滤波难以完全滤除。PDM的噪声分布比较平均,低通滤波效果比较好。当然,PDM的难点还是在高频,因为PDM的优势必须得数MHz才开始发挥,而PWM做400k~1MHz效果也不错了。
在1MHz以上频率驱动大功率MOSFET,不是你说的那么简单,要出个完美的方波不容易。
不知道楼主位的电路,你有没有用示波器看过各级波形?如果能贴出各点波形,会有助于交流、分析和改进。
HIFIDIY的FUMAC做的MCD,工作在1MHz,测试数据比较多,虽然没有公布完整的电路,但是对电路架构的讨论也很深入了,可以参考一下。
28楼这个图只是1st order delta-sigma吧。 回复【31楼】gzhuli 咕唧霖
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“在1MHz以上频率驱动大功率MOSFET,不是你说的那么简单,要出个完美的方波不容易。”
-----我是做电力电子研发的,经常接触高压大电流的MOSFET,这话绝不是随口说的
“PDM是PWM的一种特例,其实两者非常相似,区别在于:PWM有固定的PWM周期,一个周期内的脉冲是连续的”
-----这句话同意
“而PDM的脉冲是独立的,周期不确定。把PWM频率提高,占空比不是0就是100%,就是PDM了。”
-----做过电力电子的都知道,周期不确定将导致滤波器设计难度大大增加,在大功率而且周期变化太大的场合,要设计出满足EMI要求的滤波器几乎是不可能的
注意,积分器是二阶的 顶啊,见识了 回复【32楼】roseason
-----我是做电力电子研发的,经常接触高压大电流的MOSFET,这话绝不是随口说的
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你说得是太轻松了,容易误导初学者。 :)
-----做过电力电子的都知道,周期不确定将导致滤波器设计难度大大增加,在大功率而且周期变化太大的场合,要设计出满足EMI要求的滤波器几乎是不可能的
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PDM的不确定周期,频谱集中在MHz以上的高频段,一阶LC低通就可以很有效滤掉。
注意,积分器是二阶的
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或许你是对的。直接用二阶积分器的sigma delta modulator数学模型没认真分析过,不过少了一级反馈,应该不等效于二阶sigma delta吧? 回复【34楼】gzhuli咕唧霖
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这个我不否认,1MHz可以实现,但的确很有难度,而且需要相当的经验去处理过高的dv/dt带来的问题,我在30楼也有提过。。
“因为PDM的优势必须得数MHz才开始发挥”
-----这个“数MHz”的优势。。。你应该考虑一下可行性。。。 回复【34楼】gzhuli咕唧霖
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不知道咕唧霖是做什么的,如果可以的话,我们可以用各自不同的方法设计一台数字功放出来的,这样可以比较各种方案的优劣,也比较容易发现问题,。。。这样一直讨论下去的意义似乎不是很大。呵呵~ 你觉得呢? 回复【35楼】roseason
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对,所以我只是说PDM会比PWM好,也认为这应该是个方向。
但是目前的技术来看,大功率的PDM Class-D是不现实的,100W以内,2MHz左右的PDM Class-D应该是可以做到的。 回复【36楼】roseason
不知道咕唧霖是做什么的,如果可以的话,我们可以用各自不同的方法设计一台数字功放出来的,这样可以比较各种方案的优劣,也比较容易发现问题,。。。这样一直讨论下去的意义似乎不是很大。呵呵~ 你觉得呢?
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我一直有打算玩一下Class-D,不过近期不会做,分身不暇。
下面还是回到你的方案的技术讨论吧,或者你先说说接下来你打算怎么改进? 关注。 回复【38楼】gzhuli 咕唧霖
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我近期工作也会比较忙,在以后闲暇的时候,我会考虑用现有的技术再做一台100W以内的Class D,主要会在调制精度、调制频率、磁性材料、滤波器以及EMI控制上下工夫;然后尝试一下你说的2MHz PDM,做一下对比
本人对音质更感兴趣,而不是大功率。。。 传一点D类功放的芯片资料,方便那些想做数字功放,但是基础不太好的网友
点击此处下载 ourdev_548584.pdf(文件大小:887K) (原文件名:brbta3020_1 to 1200W.pdf)
点击此处下载 ourdev_548585.pdf(文件大小:99K) (原文件名:TDA8939TH.pdf)
点击此处下载 ourdev_548586.pdf(文件大小:742K) (原文件名:mXqxyrr7230.pdf)
点击此处下载 ourdev_548587.pdf(文件大小:285K) (原文件名:TA3020.pdf)
点击此处下载 ourdev_548588.pdf(文件大小:467K) (原文件名:TA2024.pdf)
点击此处下载 ourdev_548589.pdf(文件大小:113K) (原文件名:tda7482.pdf)
点击此处下载 ourdev_548590.pdf(文件大小:210K) (原文件名:TDA8920BTH.pdf)
点击此处下载 ourdev_548591.pdf(文件大小:201K) (原文件名:TDA8922B_1.pdf)
点击此处下载 ourdev_548592.pdf(文件大小:722K) (原文件名:TDA8924_1.pdf)
点击此处下载 ourdev_548593.pdf(文件大小:489K) (原文件名:TDA8927J.pdf)
点击此处下载 ourdev_548594.pdf(文件大小:479K) (原文件名:TDA8929T_1.pdf)
点击此处下载 ourdev_548595.pdf(文件大小:210K) (原文件名:TDA8928J.pdf) 我也来点UcD的资料。
点击此处下载 ourdev_548667.pdf(文件大小:111K) (原文件名:Philips UCD Audio Amplifier.pdf)
点击此处下载 ourdev_548668.pdf(文件大小:1.73M) (原文件名:UcD_WhitePaper.pdf)
点击此处下载 ourdev_548669.pdf(文件大小:453K) (原文件名:ucd_aes.pdf) 可以用IRS2092S这个芯片可以试做一下CLASS-D功放。 期待阿莫试用MHZ后的评价 回复【43楼】zgb613
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用别人现成的芯片做就没有任何挑战和乐趣了~
电子爱好者的乐趣,源于对极限的挑战、对现有技术的超越、以及创造这世间没有过的东西。。。 mark 楼主那里去了?怎么没有下文了? 近段时间工作比较忙,来这里的时间会比较少了。。。
另注:目前 1.6MHz PWM调制器(PWM D 类的核心部分)已通过PSpice 仿真
谢谢网友的支持! 没想么数字功放也可以做的这么好 我最近也在研究数字功放,期待有好的方案,谢谢 mark IRF has quite a few designs.
Hypex/UcD is also a good name here.This is a group who designed a class D amp for Philips.
most of the information concerning the above two amps are public and you can google them.
Mhz from China has gained some market acceptance too. from what I understood, MHZ is quite similar to UcD. 回复【52楼】millwood0
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What is "IRF"? Is it International Rectifier?
Why MHz is quite similar to UcD? The modulation frequency of PWM and PFM can also be above MHz <br>2010-11-06 楼主做出来没?做做无输出滤波器的吧,美信有成品IC,貌似可以做到50W,研究下这个贴,我想用分立件自己做个 也想做一个容易实现的 三角波 PWM 频谱分析 有重叠,也就是说理论上都是有失真的
这东西一个是理论,一个是高频+大功率+高效 围观 MARK,学习~最近正学习数字功放中~ mark mark 留名。
有机会做个D类。 我有MPS7782(50W)数字功放的PCB二十多片,(还是请本坛坛友帮设计的),愿送想要的朋友(可加qq289545897). 为一缺点电磁波幅射太强,干扰东西太多.... 大功率 关键问题是电源 现在很多都是用开关电源做的了 我也想学啊!但就是不知从那里起步!! MARK 记号下~ 关注中,多谢各位前辈指教! wo 大开眼界了。 也想做一个容易实现的 觉得首先难以实现100K~150KHz稳定的三角波 mark
mark
mark 这个费时间,退休了。去研究一个。 {:smile:},应该好好学习。 好东西,期待楼主做出实物 marrk !!!!!! 厉害,NB 的DIY。我用的是现成的芯片TDA7498,没多少外围电路
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