基于D类功放的宽范围可调开关电源的设计

3．5 基于D类功率放大器的开关电源整体电路设计

根据上述分析与设计构成的，基于D类功率放大器的开关电源整体电路设计如图7所示，对应的输入端的可调电压信号、三角波及PWM波形、输出PWM电压波形以及滤波输出电压波形的对应关系如图8所示。

图7 基于D类功率放大电路开关电源电路图

(a) 三角波发生器输出
(b) Vin>0、Vout>0，PWM波形和负载上的电压波形
(c) Vin<0、Vout<0，PWM波形和负载上的电压波形
图8 输入端的可调电压信号、三角波及PWM波形、输出PWM电压波形、
滤波输出电压波形的对应关系

由此可见，通过对D类功放的开关电源的改造构成了一个实用的PWM开关电源。

4 D类功率集成电路在实用宽范围可调PWM开关电源的运用实践与分析

当前的D类功率放大器集成电路（包括前端控制电路和后级H桥）种类繁多，功能完善，放大器内部已具有完善的误差反馈放大电路、保护电路、三角波发生器和比较器等。为开发经济实用、功能完善的通用开关电源提供了极大的方便。

图9就是在利用美国国家半导体公司新推出的LM4651和LM4652设计的D类超低音功率放大器电路基础上，改造成的一款通用开关电源的实验电路（其中的括号内的元件参数是按电源运用而使用的）。

图9 用LM4651＋LM4652D类功放模块构建的实验PWM开关电源

LM4651是PWM控制/驱动器IC，内置振荡器、PWM比较器、误差放大器、反馈放大器、电平移位与高端驱动器、低端驱动器及欠压、过热、短路和过调制保护电路。

LM4652是采用15脚（其中脚6、8、9、11、12未连接）TO－220封装的半桥功率MOSFETIC，4只MOSFET的击穿电压V(BR)DSS=50V，漏极电流ID=10A，通态电阻RDS(ON)=200mΩ（典型值），开启电压VGS(th)=0.85V（典型值）。

LM4651中振荡器频率fosc=1×109/(4000＋Rosc)，其中Rosc=R6=3.9kΩ，于是PWM频率fosc=125kHz。
输入的直流调整信号Vin经C1及R1和脚10输入到增益为17．5dB的误差放大器。

LM4652的脚7和脚15上的H桥开关输出通过RC滤波器滤波，由R7～R10的采样电路取样后，反馈至LM4651的脚14、脚19经内部反馈测量放大器，再从脚9输出到脚10，为误差放大器提供一个单端反馈信号Vf，反馈电压Vf和Vin叠加形成开关电源的脉宽调制与电压控制信号（Vc）。Vc=Vin＋Vf与振荡器产生的三角波进行比较，在PWM比较器输出端产生一个占空比与输入电平成正比的方波脉冲，以驱动IC2中的功率MOSFET。
LM4652脚7和脚15的开关输出，经L1、C16和L2、C17低通滤波，向负载输出直流电压、电流。

这款实验电路的输出电压随输入端WR的调节，可以在接近电源±VEE的幅度实现随意的调节和稳定的输出。但其功率受LM4652的限制，最大输出在100W左右，略小于它在音频功放时的输出，同时，由于LM4652本身耐压和功耗的限制，而没有用220V的交流直接整流供电给末级，而是通过变压器降压到音频运用时的电压范围（±24V/18V交流）。在实际开关电源运用时，可以通过使用分立器件的大功率高耐压开关器件来替代LM4652，从而构成实用的开关电源输出电路。

5 结语

通过上面实验电路的设计与制作说明，基于D类功?放大器集成电路的开关电源是完全可以实现的。利用现成的D类功放成品器件制作PWM开关电源，避免了在开发通用宽范围可调开关电源的核心控制电路上的设计花费与制作，同时构成的电源电路又相对简单，配以各种功率的H桥可以获得各种功率的输出，以适用于更为广泛的应用场合。