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D类功放中EMI抑制技术的研究

作　者: 陈早
导　师: 张波
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电磁干扰扩频技术死区时间优化
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

Class D音频放大器由于具有高效率、低功耗的优点,被越来越多地应用在诸如PDA、手机、MP3等便携式设备中。然而,由于Class D独特的工作方式,它比传统放大器有着更高的电磁干扰(Electromagnetic Interference, EMI)问题,在电磁兼容标准(如美国的FCC标准和欧洲的CE标准)日益严苛的今天,Class D的应用范围受到了极大的挑战。因此,如何减小Class D中的EMI问题,已经越来越多地吸引了人们的注意。本文首先概述了Class D的工作方式、产生EMI的机理,以及相关的减小EMI的手段。接着阐述了由于固定采样频率导致的电磁干扰问题,着重介绍了基于PWM调制的Class D放大器的扩频技术,并且分析了影响扩频效果的各项参数,随后简单介绍了可能产生的频谱交叠和低频噪声等问题,另外,本文也给出了各个参数的相互关系。通过理论推导和随后的MATLAB仿真验证,对比了周期调制和随机调制各自的特点和优势,从而得出更优的扩频方案。随后本文在理论对比的基础上,基于PWM调制的Class D功率放大器构建了扩频电路,并且对比了周期扩频和随机扩频的效果差别,随机调制效果要比三角周期调制效果好2至3dB。最终的随机扩频方案成功将扩频前的谐波噪声能量峰值降低12dB。最后通过测试验证了该电路设计。接着本文分析了电路输出级体二极管的反向恢复特性产生的电磁干扰问题,量化分析了死区时间长短对于节点电压的影响。同时本文介绍国外存在的几种优化驱动级死区时间的方法,比较了它们之间的优劣。随后,本文提出了优化死区时间的具体电路,去掉传统意义上的死区时间,将负载端节点的电平作为触发信号驱动数字电路来控制功率管的导通与关断,达到避免体二极管导通的目的。设计了高速比较器、数字驱动电路以及驱动辅助电路等多个模块,并对整体电路做了整体功能验证和EMI频谱分析。通过优化电路,电磁干扰的峰值成功降低了10dB左右,是一种行之有效的方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 CLASS D 功率放大器的电磁干扰来源  10
  1.2 电磁干扰的传播途径  10-13
    1.2.1 辐射干扰  11-12
    1.2.2 传导干扰  12-13
  1.3 电磁干扰的抑制方法  13-18
  1.4 本文主要内容  18-19
第二章扩频原理分析  19-43
  2.1 周期调制理论  20-38
    2.1.1 正弦波调制  20-23
    2.1.2 方波调制  23
    2.1.3 扩频相关参数分析  23-27
    2.1.4 频谱交叠现象  27-29
    2.1.5 多频率调制  29-30
    2.1.6 调制函数的选取  30-33
    2.1.7 调制波形与扩频效果的对应关系  33-34
    2.1.8 周期调制实现方式  34-38
  2.2 随机调制理论  38-42
    2.2.1 随机调制实现方式  41-42
  2.3 本章小节  42-43
第三章扩频电路的实现  43-50
  3.1 随机扩频  45-47
  3.2 三角周期扩频  47-49
  3.3 本章小节  49-50
第四章死区时间优化理论  50-59
  4.1 体二极管反响恢复特性  50-52
  4.2 死区时间与体二极管导通及功耗的关系讨论  52-53
  4.3 死区时间优化方法介绍  53-58
  4.4 本章小节  58-59
第五章死区时间优化电路的实现  59-73
  5.1 比较器的设计  60-62
  5.2 数字逻辑优化  62-67
    5.2.1 驱动电路  63-64
    5.2.2 启动电路  64-66
    5.2.3 辅助驱动电路  66-67
  5.3 整体仿真  67-72
  5.4 本章小结  72-73
第六章结论和展望  73-75
  6.1 结论  73
  6.2 展望  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
攻硕期间取得的研究成果  79-80

D类功放中EMI抑制技术的研究

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