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Class-D EMI抑制技术
本章深入讨论Class-D放大器的电磁干扰（EMI）问题及其抑制方法。Class-D的高频高速开关特性使其天然成为EMI源，效率与EMI之间的矛盾需要通过精心的电路设计、布局和滤波来解决。 15.1 Class-D产生EMI的原因 Class-D放大器在高开关频率（>250kHz）下以快速上升/下降时间切换高电压和大电流，天然具有EMI倾向。 效率与EMI的矛盾： 提高效率 → 加快开关速度 → 减少过渡时间 加快开关速度 → 更高的 dv/dt 和 di/dt → 更多EMI 15.2 电流环路（磁场，B-Field） 15.2.1 开关电流环路作为发射天线 开关电流在电路环路中构成...
Class-D LC解调滤波器
LC解调滤波器位于Class-D功率级与扬声器之间，其核心任务是将高频PWM方波还原为音频信号——既要最小化音频带内的负载交互，又要充分衰减开关频率纹波。 1.
Class-D PCB布局与热设计
本章详细介绍Class-D放大器的PCB布局和热设计。精心的PCB布局对Class-D实现高性能至关重要——再优秀的原理图设计，没有良好的布局也难以发挥效果。 16.1 不良布局的后果 不良PCB布局可导致： EMI发射和敏感性 开关波形振铃和过冲 过大电压降 串扰 热问题 THD和噪声增加 16.2 PCB布局规划 16.2.1 元件放置三要素 信号流向：从输入到输出的逻辑路径 噪声耦合：隔离噪声源和敏感电路 热考虑：散热路径规划 16.2.2 功能模块分组 音频输入电路 PWM控制电路 栅极驱动级 开关功率级 辅助电路 故障处理电路 电压调节器（DCDC + LDO） 16.2.3 就近...
Class-D三角波发生器
Class-D三角波发生器 三角波发生器是固定频率 PWM Class-D 放大器的核心信号源。其线性度、对称性和频率稳定性直接决定放大器的 THD 和 SNR 性能。本章覆盖三角波 vs 锯齿波的采样特性差异、基于电流镜的三角波发生电路、DC 伺服环路，以及斜坡缓冲器设计。来源：Class-D Audio Power Amplifier Design Ch4。 1.
Class-D保护电路
本章全面介绍Class-D放大器的保护电路设计，包括DC输出故障保护、过流保护（OCP）和过温保护（OTP）。这些保护对可靠运行至关重要，可防止扬声器损坏、器件过应力和热失控。 14.1 Class-D故障条件 Class-D放大器在实际使用中面临多种故障风险： 扬声器负载阻抗变化、接线错误、短路 过驱动和过热（通风堵塞、风扇故障） 高效率使设计更紧凑，散热余量更小 主要保护类型： DC输出故障保护（扬声器保护） 过流保护（OCP） 过温保护（OTP） 高频输出保护 过/欠压保护（电源泵浦） 14.2 DC输出故障保护 14.2.1 为什么需要DC保护 扬声器危害： DC电流流过音圈产生固定...
Class-D功率级损耗分析
本章深入分析Class-D放大器功率级的各类损耗机制，包括导通损耗、开关损耗、反向恢复损耗、容性开关损耗和栅极驱动损耗。理解这些损耗对于器件选型和效率优化至关重要。 11.1 损耗分类概述 Class-D放大器的功率开关损耗可分为五大类： 导通损耗（Conduction Losses） 开关损耗（Switching Losses） 反向恢复损耗（Reverse Recovery Losses） 容性开关损耗（Capacitive Switching Losses） 栅极驱动损耗（Gate Drive Losses） 11.2 导通损耗 导通损耗是最直观的损耗类型，由电流流经非理想功率开关的导...
Class-D半桥全桥功率级
功率开关级是Class-D放大器中将PWM信号转换为高功率输出的核心模块。半桥和全桥两种拓扑各有优劣，理解其详细的开关行为、死区效应和调制方式是设计高性能放大器的基础。 1.
Class-D反馈与补偿
本章讨论Class-D放大器的反馈与补偿设计，涵盖开环与闭环方案、稳定性判据、LTspice仿真方法、LC滤波器前后反馈拓扑对比，以及环路测量技术。 12.1 Class-D反馈的特殊性 Class-D（开关）放大器与模拟（线性）放大器有不同的误差源和失真机制。反馈实现面临独特挑战： LC滤波器引入180°相移（至少2极点），且传递函数随负载变化 稳定性与高反馈增益的矛盾：需在所有工作条件下保持足够的增益/相位裕度，同时在20Hz–20kHz全音频范围内维持高反馈增益 设计目标：使Class-D放大器表现为理想电压源 12.2 关于负反馈的讨论 作者明确支持使用反馈——只要保持足够的稳定性裕...
Class-D多通道设计
多通道Class-D放大器设计引入了一整套新的设计挑战，核心问题是通道间串扰（crosstalk）。串扰可通过电源线、寄生电容、电磁感应、电感漏磁场、共阻抗耦合等多种路径传播。设计阶段预防串扰远比事后修复经济有效。 19.1 通道间串扰概述 串扰分类：直接串扰（如开关噪声直接耦合）和间接串扰（如电源轨纹波影响）。 六大串扰耦合机制： 编号耦合类型传播媒介1电源感应串扰共享电源轨2容性耦合寄生/离散电容3电磁耦合PCB走线电流4电感漏磁场铁氧体电感气隙5共阻抗耦合（I×R）共享走线/地6多栅极元件内串扰共享IC封装 19.2 电源感应串扰 19.2.1 机制 当多个通道共享同一正/负DC电源轨...
Class-D失真与噪声源
理解Class-D放大器的所有开环失真机制是实现高性能闭环设计的前提——负反馈并非万能药，必须在应用反馈之前尽可能减小每个开环失真源。 1.
Class-D定压放大器70V100V
定压（Constant-Voltage）放大器用于远距离音频功率分配，通过提高输出电压、降低电流来减少线缆 I2R 损耗。Class-D拓扑在定压应用中具有显著优势：效率对供电轨电压的敏感度远低于Class-AB，可实现无变压器的直接驱动（Direct Drive）。主要标准为美国70.7V和欧洲100V。 18.1 定压放大器的定义与命名 “定压”并非指输出电压恒定，而是指峰值输出电压符合标准值： 标准RMS电压峰值电压100W时电流额定负载阻抗70V（美国）70.7V±100V1.414A RMS49.98Ω100V（欧洲）100V±141.4V1.00A RMS100Ω Lo-Z（低阻...
Class-D放大器概述与历史
Class-D放大器概述与历史 Class-D 放大器利用功率开关管（通常为 MOSFET）在超声频率（>20kHz）下工作，将功率器件视为理想开关（全ON或全OFF），从而实现极高的功率转换效率。本章概述 Class-D 放大器的基本原理、与其他放大器类别的对比、功率器件演进历史、以及 Buono 参考设计的系统架构。来源：Class-D Audio Power Amplifier Design Ch1。 1.
Class-D数字应用与DSP
“数字放大器”是对Class-D放大器的常见误称——绝大多数Class-D设计本质上是模拟电路，仅在特定环节利用数字电路的优势（高速、噪声免疫、低功耗）。本章讨论FPGA在Class-D中的管家功能、数字输入接口、开环前馈校正方案，以及全数字闭环放大器的关键技术——低延迟ADC。 22.1 Class-D放大器的模拟/数字边界 22.1.1 “数字放大器”的误区 数字：仅逻辑状态（高/低）和时序携带信息，绝对电压不重要。 模拟：绝对电压携带信息和噪声。 参考设计的信号路径分析： 电路段性质原因输入→PWM比较器纯模拟音频信号为时变模拟电压PWM比较器→栅极驱动器近似数字信息在逻辑状态和时序中...
Class-D替代调制方案
Class-D放大器的调制方案远不止参考设计中使用的固定频率三角波PWM。本章系统比较固定频率调制器、自激振荡调制器（迟滞型和相移型）、Sigma-Delta调制器、多电平开关方案和数字调制器。核心权衡在于：固定频率设计提供稳定的EMI特性和精确控制，而自激振荡设计提供更宽的控制环路带宽和更低的音频失真。 21.1 固定频率（时钟同步）调制器 21.1.1 基本原理 参考设计采用三角波参考信号，PWM比较器将其与误差放大器输出比较： 三角波：每周期两次采样判决（优于锯齿波的一次） 调制器+功率级增益 = 轨电压峰峰值 / 三角波峰峰值 参考设计：96Vpp/8Vpp=12V/V=21.5...
Class-D栅极驱动电路
栅极驱动电路是Class-D放大器中控制功率MOSFET开关速度与精度的核心模块，其设计直接影响放大器效率、THD、EMI和可靠性。 1.
Class-D比较器与PWM电路
Class-D比较器与PWM电路 PWM 比较器是 Class-D 放大器从连续时间模拟域进入采样（量化）域的转折点。它将误差放大器输出与三角波进行比较，生成变占空比的 PWM 脉冲序列。本章覆盖比较器关键规格、最小/最大占空比限制、削波检测电路，以及 PWM 占空比与输出电压的数学关系。来源：Class-D Audio Power Amplifier Design Ch3。 1.
Class-D电平转换电路
电平转换电路是Class-D放大器中连接PWM调制器与栅极驱动器的关键桥梁，负责在不同参考电位之间无损传递高速逻辑信号，同时维持极低的传播延迟和高共模瞬态抗扰度。 1.
Class-D电源设计
Class-D放大器的电源系统是其整体性能的基础支撑。本章讨论ACDC和DCDC电源架构、供电轨泵浦效应及其缓解方案、低噪声低压配电设计，以及LDO在噪声敏感模拟电路中的应用。电源设计的核心挑战在于：音频功率需求的高度动态性与OEM电源的恒功率规格之间的匹配。 17.1 电源分配架构总览 参考设计采用分层电源架构： ACDC级：三个独立ACDC变换器 ACDC1 → +48VDC（正高压轨） ACDC2 → −48VDC（负高压轨） ACDC3 → +12VDC（常开，辅助供电） DCDC级：三个DCDC变换器 + 三个LDO Buck → +7VA（模拟正电源） Inverting Buc...
Class-D自举偏置电路
自举偏置电路为Class-D半桥拓扑中的上管栅极驱动器提供浮地偏置电源，看似简单实则是系统可靠性的关键——其设计必须应对开关节点的高dv/dt、VS欠冲过充、最小占空比约束等多重挑战。 1.
Class-D辅助电路与UVLO
本章介绍Class-D放大器的辅助电路（Housekeeping）和欠压锁定（UVLO）设计。这些电路负责监测所有供电轨电压，确保功率级仅在全部电压达到最低工作电平后才允许开关，防止不受控输出导致扬声器损坏或器件故障。 13.1 辅助电路与UVLO的作用 辅助电路的核心功能是监测与控制： 监测对象： 电压条件（低压和高压供电轨） 电流条件 温度条件 控制类型： 使能/禁用控制与时序 继电器触点闭合 PWM占空比控制 增益控制 区分：辅助电路负责正常工况监测，与保护电路（故障检测与响应）功能有所重叠但定位不同。 13.2 UVLO基本原理 13.2.1 为什么需要UVLO 功率MOSFET能开...
Class-D输入电路设计
Class-D输入电路设计 Class-D 放大器的输入/预放大电路与 Class-AB 有本质差异：由于高速比较器、栅极驱动等低压需求，Class-D 必须采用低压供电的运放方案。本章系统覆盖运放选型的关键规格、差分输入电路设计、过压保护、电源旁路、共模抑制等设计要点。来源：Class-D Audio Power Amplifier Design Ch2。 1.
Class-D集成电路方案
Class-D放大器的IC集成度持续提升，从分立元件到控制器+外部MOSFET，再到集成功率开关的全集成方案。本章概述主要IC厂商的产品线、选型要素，以及功率器件（GaN/SiC）、栅极驱动器、比较器、运放、电感磁芯、电容等元件和材料的最新进展。 23.1 Class-D IC集成的演进 集成度演进路径： 分立搭建：运放+比较器+分立晶体管逻辑+独立MOSFET 专用IC出现：适合Class-D的运放/比较器 → 专用栅极驱动器IC（~1991年IR推出首款半桥驱动器） 控制器集成：栅极驱动器 + 误差放大器 + 比较器 + 保护电路 → 仍需外部MOSFET和LC 功率级集成：功率开关集成...
Class-D音频性能测量
Class-D放大器使用与线性放大器相同的测试方法进行评估，但其开关特性对测量设备提出了特殊要求：高频残余能量和快速电压摆率可能导致分析仪输入级非线性。必须在放大器输出与分析仪之间插入无源低通滤波器。本章覆盖噪声、THD+N、FFT、IMD、频率响应、阻尼因子和串扰等关键测量项目。 20.1 Class-D对测量设备的特殊要求 20.1.1 残余高频能量 Class-D功率级的开关特性产生大量高频能量和快速电压/电流摆率。LC滤波器衰减超音频能量，但残余仍存在，主要源自： 电感并联寄生电容 滤波电容ESR/ESL 开关转换噪声尖峰（20MHz~数百MHz） 20.1.2 分析仪输入级问题 精...
Robert N. Buono
Robert N.
Class-D Audio Power Amplifier Design
Class-D Audio Power Amplifier Design 本书是 Robert N.