开关电源在专业功率放大器中

电力电子技术课程设计报告题目PWM开关型功率放大器的设计专业电气工程及其自动化班级电气学号学生姓名指导教师2008 年春季学期一、总体设计1．主电路的选型（方案设计）经过对设计任务要求的总体分析，明确应该使用电力电子组合变流中的间接交流变流的思想进行设计，因为任务要求频率是可变的，故选择交直交变频电路（即VVVF电源）。

交直交变频电路有两种电路：电压型和电流型。

在逆变电路中均选用双极性调制方式。

方案一：采用电压型间接交流变流电路。

其中整流部分采用单相桥式全控整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。

电路原理图如下所示：方案二：采用电压型间接交流变流电路。

其中整流部分采用单相全桥整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。

电路原理图如下所示：方案三：采用电压型间接交流变流电路。

其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。

电路原理图如下所示：分析：方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控制Ud的大小。

方案二中的整流电路是单相全桥整流电路，属于不可控型。

Ud大小不可变。

方案三采用双PWM电路。

整流电路和逆变电路的构成可以完全相同，交流电源通过交流电抗器和整流电路联接，通过对整流电路进行PWM控制，可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1，并且中间直流电路的电压可以调整。

但由于控制较复杂，成本也较高，实际应用还不多，故此处没有选用。

经过分析我选用了方案一。

其中控制部分采用双极性PWM波控制触发，从而控制负载电流和电压。

由于逆变部分采用电压型逆变电路，所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波，电压呈矩形波。

2. 总体实现框架二、主要参数及电路设计1. 主电路参数设计 由已知条件可得负载端的电流A i U P 5100500===, 电阻205100===i U R Ω。

2001年全国设计大赛D题：高效率音频功率放大器1.引言音频功率放大器是无线电、音响系统等领域中常见的设备,其功能是将音频信号放大到足够大的功率，以驱动扬声器产生所需的音频声音。

然而，传统的音频功率放大器存在效率低下的问题，造成了能源的浪费和不良的热量产生。

因此，本文将介绍一种2001年全国设计大赛D题中所要求的高效率音频功率放大器设计。

2.设计目标本设计的目标是开发一种高效率的音频功率放大器，具有以下特点：•高功率放大能力，以满足不同应用环境的需求；•高效能的设计，以减少能源浪费和热量产生；•保持良好的音频信号质量，以实现清晰、准确的音频输出。

3.设计原理本音频功率放大器的设计基于A类放大器的基本原理,通过合理的电路设计和选取高效率的元器件来实现高效能的目标。

3.1A类放大器原理A类放大器是一种线性放大器,通过将输入信号与能量源交叉驱动扬声器，实现信号放大。

在A类放大器中，当输入信号为零时，输出的功率也为零，因此功率效率非常低。

为了提高功率效率，本设计中采用了一种改进的A类放大器设计。

3.2改进的A类放大器设计改进的A类放大器设计使用了开关电源的技术，以提高功率效率。

设计中采用了一个高频开关电源作为电源输出，并通过负反馈控制电压幅值来实现音频信号的放大。

开关电源可以在开关时工作在饱和或截止状态，这样可以极大地提高功率效率。

3.3元器件选取为了实现高效率和良好的音频信号质量，本设计中选取了优质的电子元器件。

其中，功放芯片选取了高效率和低失真的集成功放芯片，以保持音频信号的清晰度和准确性。

止匕外，也选取了高效率的开关电源，并通过合理的电路布局和细致的连接来减少信号的噪声和干扰。

4.设计实施本设计的实施包括以下几个关键步骤：1.电路设计：根据设计要求，绘制出高效率音频功率放大器的电路图。

在设计中，需要考虑输入和输出接口、负反馈电路、功放芯片和开关电源的选取。

2.元器件选取：选择高质量的功放芯片和开关电源，以确保高功率放大和高效能的实现。

大功率三极管的作用
大功率三极管是一种电子元件，它的主要作用是放大电信号和控制电流。

它是一种半导体器件，由三个区域组成：P型区、N型区和P型区。

其中，N型区被称为基区，P型区被称为发射区和集电区。

大功率三极管的主要特点是能够承受高电压和高电流。

它的结构和普通三极管相似，但是它的尺寸更大，因此能够承受更高的功率。

大功率三极管通常用于高功率放大器、开关电源、电机驱动器等领域。

在高功率放大器中，大功率三极管的作用是放大音频信号。

音频信号经过前级放大器放大后，进入功率放大器。

功率放大器中使用的是大功率三极管，它能够将低电平的音频信号放大到足够的电平，以驱动扬声器发出声音。

在开关电源中，大功率三极管的作用是控制电流。

开关电源是一种高效率的电源，它能够将输入电压转换为稳定的输出电压。

大功率三极管在开关电源中扮演着关键的角色，它能够控制电流的流动，从而实现电压的稳定输出。

在电机驱动器中，大功率三极管的作用是控制电机的转速。

电机驱动器是一种用于控制电机转速的电子设备。

大功率三极管在电机驱动器中扮演着重要的角色，它能够控制电机的转速，从而实现精确的控制。

大功率三极管是一种重要的电子元件，它在各种电子设备中都扮演着重要的角色。

它的高电压和高电流特性使得它能够承受更高的功率，从而实现更高的性能。

随着科技的不断发展，大功率三极管的应用领域也在不断扩大，它将继续发挥着重要的作用。

技能认证信号电源电子电气考试(习题卷4)第1部分：单项选择题，共38题，每题只有一个正确答案,多选或少选均不得分。

1.[单选题]电源系统处于带电运行的条件下，要对电源系统应具有的各项控制功能进行（ ）检查，以便及时发现可能存在的事故隐患。

A)变量模拟B)变量隐含C)静态检查D)动态运行答案:D解析:2.[单选题]在两路输入交流电源转换期间，采用续流技术的直流电源（不含直流电动转辙机电源、闭塞电源）、（）电源应保证不间断供电。

A)交流B)25HzC)三相交流D)表示灯答案:B解析:3.[单选题]25Hz电子分频器模块功率变换主电路采用“交-直-交”结构，变为直流电源后，通过（ ）电力电子开关器件IGBT进行逆变，将两路直流逆变为两路25Hz交流电源。

A)分线型B)场控型C)模拟型D)滤波型答案:B解析:4.[单选题]ZG-13.2/0.6型整流器空载电流不大于（ ）mA。

A)40B)12C)15D)30答案:A解析:5.[单选题]康达智能电源屏，控制台只有“副电源”灯点亮，电源屏无声光报警，应该重点检查（ ）。

A)Ⅰ路输入电源B)Ⅱ路输入电源C)FV1是否损坏D)FV2是否损坏答案:CA)输出电压的β倍B)等于电源电压C)40VD)60V答案:C解析:7.[单选题]康达智能电源屏PDZ稳压整流屏，KA5是监督（ ）电源B相是否有断相。

A)Ⅰ路B)Ⅱ路C)两路D)输出答案:B解析:8.[单选题]智能电源屏一旦发生故障时，不要慌乱，不要抱着碰运气的侥幸心里去处理故障，因为这样会很容易把事故的（ ）轻易地破坏掉，从而为以后准确地判断故障原因造成不必要的困难。

A)现场信息B)模拟网络C)失真谐波D)方波相位答案:A解析:9.[单选题]PKX1系列智能电源屏进行模块故障报警试验时，只需断开（ ），待监控单元报警后再闭合即可。

A)模块输入开关B)模块输出开关C)Ⅰ路电源开关D)Ⅱ路电源开关答案:A解析:10.[单选题]电气化区段的轨道电路，当不平衡牵引电流在规定值以下时，应保证（ ）状态时轨道继电器可靠落下。

开关电源功放技术的优势1.高效能：开关电源功放比传统的线性功放更加高效。

传统的线性功放以类A、类AB等形式工作，会产生大量的热量，导致能量浪费。

而开关电源功放使用开关型的电源来控制输出信号的功率，在工作时只会将电能转化为最小的热量，大大提高了功率的利用率，能量效率高达90%以上。

因此，开关电源功放可以在同等大小的装置下输出更大的功率。

2.尺寸小巧：由于开关电源功放能够高效地将电能转化为输出功率，因此它所需的散热设备较小。

相比之下，传统的线性功放需要使用大而厚重的散热器来处理产生的大量热量。

这意味着开关电源功放可以在较小的空间内提供相同或更高的功率，从而实现更紧凑的设计。

3.低失真：开关电源功放的工作方式使其能够实现极低的失真水平。

传统线性功放存在许多失真源，例如交叉失真、谐波失真等。

而开关电源功放通过控制开关器件的开关频率和工作状态，可以减少这些失真源的产生。

因此，开关电源功放能够提供更准确和更逼真的音频放大。

4.宽频响：开关电源功放能够提供宽带宽的音频放大。

其开关频率可以在几万赫兹到几百万赫兹之间变化。

这使得开关电源功放可以放大多种类型的音频信号，包括高频信号和超声波信号。

传统的线性功放因为设计上的限制，无法在宽频带内保持高效的放大能力。

5.耐用性：由于开关电源功放的工作方式，它的器件并没有像传统线性功放那样经常工作在过饱和状态。

这意味着开关电源功放的寿命更长，不容易出现器件损坏。

此外，开关电源功放由于利用开关方式来控制输出功率，功率放大器器件不需要承受过大的电压和电流，从而减少了设备本身的负载。

总之，开关电源功放技术具有高效能、尺寸小巧、低失真、宽频响和耐用性的优势。

这使得它成为音频放大领域的一个重要技术，被广泛应用于音响设备、汽车音响系统、家庭娱乐系统和专业音频设备等方面。

开关电源功放的发展和应用也为音频放大技术的发展带来了新的机遇和挑战。

D类数字功放简介D类功放也叫丁类功放，是指功放管处于开关工作状态的功率放大器。

早先在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地，认为A类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。

但A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。

后来效率较高的B类功放得到广泛的应用，然而，虽然效率比A类功放提高很多，但实际效率仍只有50%左右，这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，仍感效率偏低不能令人满意。

所以，如今效率极高的D类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视，并得到广泛的应用。

一、D类功放的特点与电路组成1．D类功放的特点（1）效率高。

在理想情况下，D类功放的效率为100%（实际效率可达90%左右）。

B类功放的效率为78.5%（实际效率约50%），A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。

这是因为D类功放的放大元件是处于开关工作状态的一种放大模式。

无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。

工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。

理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。

（2）功率大。

在D类功放中，功率管的耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合，输出功率可达数百瓦。

（3）失真低。

D类功放因工作在开关状态，因而功放管的线性已没有太大意义。

在D 类功放中，没有B类功放的交越失真，也不存在功率管放大区的线性问题，更无需电路的负反馈来改善线性，也不需要电路工作点的调试。

（4）体积小、重量轻。

D类功放的管耗很小，小功率时的功放管无需加装体积庞大的散热片，大功率时所用的散热片也要比一般功放小得多。

而且一般的D类功放现在都有多种专用的IC芯片，使得整个D类功放电路的结构很紧凑，外接元器件很少，成本也不高。

2．D类功放的组成与原理D类功放的电路组成可以分为三个部分：PWM调制器、脉冲控制的大电流开关放大器、低通滤波器。

数字功率放大器的工作原理是什么数字功率放大器其实就是D类功率放大器。

传统功率放大器都是模拟功率放大器，也就是说利用模拟电路对信号进行功率放大，放大处理的是连续信号，而D类功率放大器是一种数字功率放大器，其功率输出管处于开关工作状态，即在饱和导通和截止两种状态间变化，用一种固定频率的矩形脉冲来控制功率输出管的饱和导通或截止。

一般D类功率放大器中的矩形脉冲频率（其作用相当于采样频率）为100～200kHz，每台D类功率放大器生产出来后其矩形脉冲的频率就固定为一具体频率了，也就是脉冲周期固定了。

矩形脉冲在一个周期内的宽度（或者说占空比）受到音频模拟信号的控制而改变，从而改变了功率输出管在一个脉冲周期内的导通时间，脉冲越宽（占空比越大），功率输出管在一个（采样）脉冲周期内导通时间越长，则输出电压就越高，输出功率就越大。

调制波形原理图见图，称为脉冲宽度调制（PWM），它是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

数字功率放大器的特点是效率远远比传统的模拟功率放大器高得多，可以达到80%多甚至达90%多。

由于D类功率放大器比AB类功率放大器在功率输出管上损耗的功率小得多，产生的热量也少得多，所以D类功率放大器的散热器可以减小，重量可以减轻。

数字功率放大器的电源部分采用开关电源，因此整机效率将进一步提高，所以可以设计出输出功率相当大的数字功率放大器。

早期的D类功率放大器的失真比较大，经过不断改进，目前失真已经降到比较低的水平，可以满足专业音响的要求。

但是由于D类功率放大器功率输出管的开关频率很高，功率又很大，所以难免会有信号泄漏，这样也就容易引起信息的泄漏，所以在一些需要保密的场合还是以不采用D类功率放大器为好。

目前一些数字功率放大器产品已经同时具有模拟输入口和数字输入口，既适合模拟信号输入，也可以数字信号输入，应用更灵活。

“DSP系统设计与创新实践”课程论文论文名称：基于TMS320F28027的DC-DC开关电源学生姓名:学号:专业: 电子科学与技术班级:2013年6月16日基于TMS320F28027的DC-DC开关电源摘要开关电源作为线性稳压电源的一种替代产物，在现代电子产品中已被广泛应用。

因此作为学习电子科学与技术专业的当代大学生，相当有必要对开关电源进行相应的研究。

本设计就是以TMS320F28027为核心控制芯片，采用脉宽调制(PWM)方式的降压型开关电源。

我们利用7805和AMS1117的线性降压稳压芯片对12V的电源适配器进行双级降压，形成TMS320F28027专用的3.3V稳定电源；并通过TMS320F28027对输出电压进行实时AD采样，然后和根据GPIO 3的状态来设定输出不同电压时计算的AD的标准值进行比较，以调节输出为50KHZ的ePWM 的占空比，并把该ePWM的矩形波信号经三级管9013初步放大之后，再经过三极管8050和8550构成的互补推挽放大器放大后来驱动功率场效应管（IRF4905）；从而利用BUCK型降压电路实现了稳定的5V或3.3V的电压输出。

之后，我们对制作完成的开关电源进行了ePWM放大波形，输出电压和输出纹波的测试，对遇到的问题进行反复分析，并解决了部分问题。

最后的通过实际测试，本设计基本上满足的当初的设计要求。

关键词：开关电源；TMS320F28027；互补推挽放大器；BUCK型降压器引言现在的开关电源具有转换效率高，体积小，工作频率高的特点，已经被广泛用于电子计算机、通信、航天、家电和国防等领域中。

国内开关电源技术的发展，基本上起源于20世纪70年代末和80年代初，经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。

新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使小型开关电源的工作频率达到400kHz(AC/DC)或1MHz(DC/DC);软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率（国产6kW通信开关电源采用软开关技术，效率可达93%）；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效率。

如何设计和优化功率放大器的效率在电子设备的设计中，功率放大器是起到至关重要作用的一个组件。

功率放大器的效率不仅关系到整个系统的性能，而且也直接影响到设备的能耗和发热情况。

本文将介绍如何设计和优化功率放大器的效率，以实现更高效、更稳定的电子设备。

一、选择合适的功率放大器类型首先，选择合适的功率放大器类型是设计高效功率放大器的关键。

常见的功率放大器包括A类、B类、AB类、C类、D类等。

不同类型的功率放大器在功率转换效率、失真度、频率响应等方面有所差异。

因此，在设计功率放大器时，需要根据具体的应用需求选择合适的功率放大器类型。

二、优化功率放大器的电源设计功率放大器的电源设计对其效率起着至关重要的影响。

首先，选择高效的电源供应器可以提高功率放大器的效率。

例如，使用开关电源替代传统的线性电源可以降低功率损耗。

其次，合理设计电源滤波电路，减少电源干扰和噪声对功率放大器的影响。

同时，使用低阻抗电源可以降低功率放大器的输入功率和热耗，提高效率。

三、选择高效的功率放大器晶体管功率放大器的晶体管是其核心部件，也是影响效率的重要因素之一。

选择高效的功率放大器晶体管可以降低功率放大器的开关损耗、静态功耗和热耗。

目前，市场上已经有许多高效率的功率放大器晶体管可供选择。

在选择时，需要综合考虑晶体管的失真度、开关速度和功率转换效率等指标，并参考厂家提供的数据手册进行评估。

四、合理设计功率放大器的输出匹配网络功率放大器的输出匹配网络的设计对其效率起着重要的影响。

通过合理设计输出匹配网络，可以降低功率放大器的反射损耗和功率损耗。

一种常见的方法是使用L型、π型或T型网络来匹配功率放大器的输出阻抗和负载阻抗。

同时，根据具体的应用需求，可以采用变压器、功率分配器等技术，在输出匹配网络中进行进一步的优化。

五、合理布局和散热设计合理的功率放大器布局和散热设计可以有效降低功率放大器的温度，减少热耗，提高效率。

首先，将功率放大器的关键元件放置在较大的散热片上，增加散热面积。