[发明专利]基于高性能MCU大功率低失真D类功放的实现方法

说明书

一种基于高性能MCU大功率低失真D类功放的实现方法，属于音频功放领域。步骤：1)选择、显示输入信号模式。2)对输入信号进行预处理得到音频数据。3)将音频数据传输至STM32F407最小系统，输出PWM至半桥驱动模块。4)每两个半桥驱动模块驱动一个全桥功率放大部分，实现小信号的功率放大。5)对全桥功率放大部分的输出进行滤波。6)对经过低通滤波器的输出进行电流采样，反馈至最小系统。7)根据输出反馈信号，对数字滤波器进行设置，对1)中音频数据进行滤波。8)重复2)‑7)，实现输出的负反馈控制。本发明利用较低的成本解决D类功放上电瞬间噪声干扰的问题，也可以通过IIR对高频进行补偿，解决D类功放在开关频率低时对滤波器的要求高问题。

技术领域

本发明属于音频功放领域，涉及STM32F407控制的高性能及便捷人机交互的D类音频功率放大器的设计与制造，具体涉及一种基于高性能MCU大功率低失真D类功放的实现方法。

背景技术

甲乙类功放是利用功率管的线性放大区，直接对音频进行线性放大，其电压加在功率管上，功率管功耗很大。D类功放是将输入信号与三角波进行比较后驱动半桥，经滤波后得到功率放大后得音频。由于其功率管工作在开关状态，与甲类、甲乙类等线性功放相比效率高，损耗低，不需要体积大的散热器散热，因此总体体积小。并且由于场效应管的制造工艺日渐成熟，GaN、SiC等高性能场效应管已经应用于大功率电器，绿色环保又便携的D类功放将更加具有竞争力。

THD+N是衡量音频功率放大器的重要指标。目前市面上大部分的集成功率放大器在低功率情况下THD极小，但在大功率情况下无论是D类功放还是线性功放THD均呈指数型增加。D类功放以TDA8920为例，其双声道最大输出功率为200W，1W功率下THD仅为0.2％，但最大功率情况下THD为10％。甲乙类功放以LM1875为例，测试频率1Khz，功率20W情况下THD仅为0.015％，在30W时THD便超过了1％。并且甲乙类功放效率很低，最大仅为78.5％，大功率工作时需要极大的散热片。因此无论是D类集成功放还是甲乙类集成功放均不适用于大功率场合，且人机交互性能差，无法直接对放大的音频进行数字处理。

本设计利用STM32F407最小系统的数据处理能力，直接对音频信号进行运算处理。将输入的音频信号与高级定时器的三角波比较后，输出互补带死区的PWM，驱动场效应管。为了使功放在大功率下性能更高，选用了分立的场效应管作为功率管，使其功率相较于传统的集成D类功放翻倍的同时，又使THD更小，音频放大更准确。

如李杨春等的《数字功放电路》(CN104270105A)其对信号的处理是分开高低音分别驱动AB类和D类功放，幅频平坦度不高，输出信号接入的为集成D类功放电路，不适用于大功率场合且效率较低，输入模式单一，难以满足多方式音频输入的需求。综上所述，需要一种由高性能MCU支持多种输出模式，输出PWM直接驱动全桥电路，并且对音频高音补偿使其幅频特性平坦的D类功放实现方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于高性能MCU大功率低失真D类功放的实现方法，本发明利用较低的成本解决了D类和甲乙类集成功率放大器在大功率场合下失真严重的问题以及人机交互性差的问题，解决了D类功放上电瞬间噪声干扰的问题，也可以通过IIR对高频进行补偿解决D类功放在开关频率低时对滤波器的要求高问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：