项目背景和研究

随着人们生活水平的提高，人们对电子产品质的要求越来越高，音频质量的好坏也就成为了人们关注的焦点，基本要求是在更低的负载阻抗和更高输出功率下实现更好的音质。而功率放大器是放大音频功率的设备，是高保真音频放大处理的核心部分。

传统的A类，B类或AB类音频放大器直接放大模拟信号并且必须在三极管区域中工作。虽然AB类音频放大器具有高保真度，但其功耗显着，转换效率低于50％，难以满足节能要求。有些方法（如采用推挽输出级）用于补偿AB类放大器，但功率较大时，功率器件仍然受到威胁，功率输出受到限制，实际转换效率为30％-40％不管理论值是78.5％，导致严重的能源浪费问题。同时我们必须增加芯片面积，甚至增加一个加热辐射法兰以消除热量，因此占用的面积太多，成本也难以承受。另一方面，D类放大器与上述A，B或AB类相比具有许多优点，对开关状态起作用的特性使理论效率可达100％，实用价值可达80％以上，D类功放能达到80%以上的效率是因为其与开关电源的工作方式相似，其中MOSFET要么工作在饱和态，要么工作在截至态，因此可以减少开关管晶体管的功耗损失，从而增强放大器的功率。正是其开关特性，放大器实现了高效率的转换。也就是说D类功放的效率是如今已开发出来的功率放大器中效率最高的功率放大器。并且所以PCB的功耗，芯片面积和面积可以大大减小。由于目前的电子工业以小体积，低功耗和高效率为目标，D类放大器将成为未来。

在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地。认为A类功放声音最为清晰，具有很高的保真度。但是，A类功放的低效率和高损耗却是其无法克服的缺点。B类功放虽然效率提高很多，但实际效率仅为50%左右，由于其效率偏低，在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合不能令人满意。所以，效率极高的D类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。

D类工作模式在1959年由Baxandall首先提出，即使用脉冲形式的信号来驱动高速的功率开关，该脉冲信号一般都是脉宽调制 (PWM)信号，它的低频部分包含了调制信号的 信息，通过一个低通滤波器以后，可以将调制信号重现。从60年代起，人们就开始尝试研制D类放大器，最早是想用真空管来研制D类放大器，但 由于受到真空管在电压降和电流能力方面的限制，降低了放大器的效率，限制了放大器的输出。在60年代后期 ，双极型晶体管取代了真空管，此时研制低频高效D类放大器的条件已经成熟，然而由于D类放大器需要在高频条件下工作，其工作频率至少为20KHZ音频频率的4~5倍，因此在这样的高频下，使用双极型晶体管会产生连续的开关损耗，这限制了D类放大器效率的提高。直到1970年金属氧化物半导体场效应管出现后，满足了D类放大器对高开关速度和低导通损耗的要求，实现了高性能的开关器件，这才开发出宽频带D类音频功率放大器 D 类音频功率放大器从一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了电 子工业界的广泛关注。 由于现在设计技术的不断提高，D类音频功率放大器的性能得到了突飞猛进的改善，在音质方面己经逐渐追上了AB类的性能，这使得其近年来在市场上有极快的发展 ；根据专业调研公司的数据，2010年全球D类音频放大器销售总值已达10亿美元以上，2012年增 长至约3 . 5亿美元，而2013年市场需求将会超过16亿美元，按照这样的增长速度，预计到2020年将达到30亿左右的规模 ，发展前景十分乐观 。

国际方面，国外几家公司在D类音频功率放大器的研究及开发方面取得了一定的进展，他们为了提前占领数字音频功率放大器的市场，用他们自己研制的专用IC及器件，采用专门技术做成“评估模块”，如：LM4651、LM4652组合（170W）D类音频功率放大器；CS44210、IRCS8001组合（50W）D类音频功率放大器；Tripath Technology 公司推出的“T类音频功率放大器”；Microsemi 公司推出LXE1710评估套件，且声称他们采用了不同于D类音频功率放大器的技术，但经分析研究，我们认为，这些音频功率放大器是D类音频功率放大器的派生。经短暂几年的发展，目前国外以商业化D类音频功率放大器产品为主。

国内方面，国内有几家公司研究开发了D类音频功率放大器，但大多采用的是国外“评估件”、专用IC，开发成本高，如：成都天奥集团投资45万人民币在其博士后工作站研究D类音频功率放大器，目前国内研究的D类音频功率放大器能适应低、中、高压电源供电，能输出中功率、大功率及超大功率。

最后，ADI公司便携式音频产品线低功耗D类产品市场经理张杨女士认为：“D类音频放大器问世已经有很长的历史了，但最近几年发展的非常快，其中主要的推动力是手机，或者说是统称为便携式产品的大规模应用。以往我们都是在大功率的时候，才会考虑到D类，近两三年D类才开始进入便携式产品里面，同时受益于便携式产品的庞大需求，在很大程度上促进了D类放大器的发展。”

总之，D类音频功率放大器现已成为一种流行趋势，相比于传统的线性音频功放具有效率高、功耗低、体积小等显著优点。基于单片机的D类音频功率放大器,在便携式和大功率音视频领域中具有广阔的发展前景。

设计目的和意义