自己设计数字功放（D类）

roseason · 发表于 2010-4-18 16:57:09

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

(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？？？

guolun · 发表于 2010-4-18 19:51:01

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）。

(原文件名:KTIM1118.JPG)

xjf20072608 · 发表于 2010-4-18 19:51:20

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

xjf20072608 · 发表于 2010-4-18 19:56:09

楼主传一个清晰一点的图片，也试着做一下

roseason · 发表于 2010-4-18 20:27:33

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）

roseason · 发表于 2010-4-18 20:31:08

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）

liaoliao · 发表于 2010-4-18 20:35:50

我的农民
看完走开

roseason · 发表于 2010-4-19 13:05:04

上几张我目前了解到的数字刚放的图片：首先是丹麦的ICEpower

自带开关电源，1000W (原文件名:icepower1000asp.jpg)

1000W不带电源 (原文件名:icepower1000a.jpg)

自带开关电源，250W (原文件名:icepower250asp.jpg)

自带开关电源，200W (原文件名:icepower200asc.jpg)

250W不带电源 (原文件名:icepower250a.jpg)

roseason · 发表于 2010-4-19 13:11:37

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

ElecBear · 发表于 2010-4-19 13:32:49

这个要顶！！

roseason · 发表于 2010-4-19 14:52:41

下面是美国的nuforce

(原文件名:nuforce-1.jpg)

(原文件名:nuforce-2.jpg)

(原文件名:nuforce-3.jpg)

(原文件名:nuforce-4.jpg)

(原文件名:nuforce-5.jpg)

(原文件名:nuforce-6.jpg)

(原文件名:nuforce-7.jpg)

(原文件名:nuforce-8.jpg)

(原文件名:nuforce.jpg)

roseason · 发表于 2010-4-19 14:54:39

还有TACT的全数字功放

(原文件名:TACT.jpg)

longquan · 发表于 2010-4-19 16:21:02

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

(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

guolun · 发表于 2010-4-19 16:51:44

to 【12楼】 longquan
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我有这本书。

gzhuli · 发表于 2010-4-19 17:10:02

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。

90999 · 发表于 2010-4-19 18:08:11

tda8920（好象是）这个片子我以前跑过500KHZ，有人跑过750KHZ。

roseason · 发表于 2010-4-19 19:09:54

回复【14楼】gzhuli 咕唧霖
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请问PDM的全名是什么？Pulse "What?" Modulation??

roseason · 发表于 2010-4-19 19:12:58

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。。。

gzhuli · 发表于 2010-4-19 19:14:43

Pulse Density Modulation，也就是Sigma-Delta调制。

roseason · 发表于 2010-4-19 19:14:56

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

roseason · 发表于 2010-4-19 19:17:06

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？

roseason · 发表于 2010-4-19 19:24:04

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。。

gzhuli · 发表于 2010-4-19 21:13:56

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。

roseason · 发表于 2010-4-19 22:18:16

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

roseason · 发表于 2010-4-19 22:22:27

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

shangxf · 发表于 2010-4-19 22:28:55

armok · 发表于 2010-4-20 04:01:27

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

roseason · 发表于 2010-4-20 08:05:54

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

roseason · 发表于 2010-4-20 13:23:10

回复【14楼】gzhuli 咕唧霖
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上一个图

(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！）

xky183 · 发表于 2010-4-20 20:35:55

没有开关频率上限的问题？

roseason · 发表于 2010-4-20 22:28:04

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

gzhuli · 发表于 2010-4-21 02:03:43

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。

roseason · 发表于 2010-4-21 07:07:45

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

liouravr · 发表于 2010-4-21 16:30:06

顶啊，见识了

gzhuli · 发表于 2010-4-21 16:47:09

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？

roseason · 发表于 2010-4-21 17:17:04

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。。。

roseason · 发表于 2010-4-21 17:21:22

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？

gzhuli · 发表于 2010-4-21 17:42:56

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。

gzhuli · 发表于 2010-4-21 17:46:38

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？

guolun · 发表于 2010-4-21 18:27:19

关注。

roseason · 发表于 2010-4-21 18:40:44

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。。。

roseason · 发表于 2010-4-23 08:59:12

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)

gzhuli · 发表于 2010-4-23 16:08:19

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)

zgb613 · 发表于 2010-4-24 10:08:22

可以用IRS2092S这个芯片可以试做一下CLASS-D功放。

damoplus · 发表于 2010-4-24 14:40:23

期待阿莫试用MHZ后的评价

roseason · 发表于 2010-4-24 23:07:26

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。。。

litchiate · 发表于 2010-5-9 08:11:56

mark

haiqiang508 · 发表于 2010-5-17 19:32:22

楼主那里去了？怎么没有下文了？

roseason · 发表于 2010-5-22 09:54:03

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！

zhongr452 · 发表于 2010-7-12 09:28:22

没想么数字功放也可以做的这么好

lin338 · 发表于 2010-7-12 15:48:32

我最近也在研究数字功放，期待有好的方案，谢谢

bluelool · 发表于 2010-7-12 20:38:52

mark

millwood0 · 发表于 2010-7-13 06:37:16

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.

roseason · 发表于 2010-7-13 08:24:58

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

guo132 · 发表于 2010-11-6 12:00:01

<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

1ongquan · 发表于 2011-6-7 12:20:55

也想做一个容易实现的

tyou · 发表于 2011-6-7 12:54:10

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

rj44444 · 发表于 2011-6-12 23:50:09

围观

zhao_jian_xin · 发表于 2011-6-28 21:58:36

MARK，学习~最近正学习数字功放中~

kenny0020 · 发表于 2011-7-4 20:44:23

mark

chahu1227 · 发表于 2011-8-9 14:09:40

mark

lw-seed · 发表于 2011-8-9 15:55:25

留名。
有机会做个D类。

lanjingjing · 发表于 2011-8-9 17:03:58

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）.

nono2000 · 发表于 2011-8-10 04:49:34

为一缺点电磁波幅射太强,干扰东西太多....

msc4456 · 发表于 2011-8-11 11:14:42

大功率关键问题是电源现在很多都是用开关电源做的了

liyanli56 · 发表于 2011-8-17 14:49:06

我也想学啊！但就是不知从那里起步！！

ideality0214 · 发表于 2011-9-11 00:23:25

MARK

huangdog · 发表于 2011-9-11 10:04:16

记号下~

stupidone · 发表于 2011-9-11 10:45:28

关注中，多谢各位前辈指教！

lanjingjing · 发表于 2011-9-11 18:36:23

wo 大开眼界了。

zsq1991 · 发表于 2011-10-11 10:27:24

也想做一个容易实现的

yratyer · 发表于 2011-11-19 21:03:57

觉得首先难以实现100K~150KHz稳定的三角波

xiongxie007 · 发表于 2012-6-21 13:33:55

mark
mark
mark

guolun · 发表于 2012-6-29 08:03:02

这个费时间，退休了。去研究一个。

Altium12A · 发表于 2012-8-26 19:50:22

，应该好好学习。

cumtgao · 发表于 2012-9-24 21:01:01

好东西，期待楼主做出实物

bingxiin8 · 发表于 2012-12-19 06:17:26

marrk !!!!!!

sjx000000 · 发表于 2014-12-29 10:19:21

厉害，NB 的DIY。我用的是现成的芯片TDA7498,没多少外围电路

自己设计数字功放（D类）

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！