[发明专利]一种基于Class-D的数字功率放大器设计方法

说明书

本发明涉及电能无线传输技术领域，公开了一种基于Class‑D的数字功率放大器设计方法，首先构建数字功率放大器，包括微型计算机或计算机、信号驱动电路、信号放大电路和滤波电路；所述微型计算机或计算机接收SPW M信号，并计算所述SPW M信号的脉冲宽度；根据所述SPW M信号的脉冲宽度，将所述SPW M信号转换为二进制的数字控制信号；所述信号驱动电路接收所述数字控制信号进行驱动，并输出给所述信号放大电路；所述信号放大电路用于将所述数字控制信号进行放大；所述滤波电路用于将放大后的数字控制信号进行滤波，并输出。本发明简化了数字功率放大器的整体结构，减小电路设计复杂度，减小电路成本，提高了数字功率放大器的适用性和稳定性。

技术领域

本发明涉及电能无线传输技术领域，更具体的说，特别涉及一种基于Class-D的数字功率放大器设计方法。

背景技术

随着电能无线传输技术的不断成熟，推动了电能无线传输的产品快速发展。其中磁谐振耦合式电能无线传输技术有着远距离电能传输，高功率高效率传输和支持多个设备充电的优点，被广泛研究。在大功率设备电能传输研究方向，被运用于工业机器人、电动汽车等设备的电能传输；在小功率电能传输研究方向，多运用在智能手机、电脑、小型机器人的无线充电。但是目前的磁谐振式充电系统实际能量传输效果并不理想，面临着传输效率和功率偏低，无法传输信息或传输信息的质量差以及传输范围小等问题。产生这些问题的很大原因在于谐振信号放大的环节，即系统的功率放大器。传统的A类、B类和AB类放大器中最大的理想传输效率只有78％，而且输出的信号失真严重，无法满足磁谐振式充电系统的需求。

Class-D功率放大器的晶体管工作在饱和区，能量消耗极低，能传输大功率信号，其理论的传输效率可达100％，被广泛运用于音频的功率放大，在目前的磁谐振式充电系统研究中也被广泛应用。

现有的运用于高功率磁谐振耦合式电能无线传输系统的Class-D功率放大器由信号输入到放大信号输出经历了信号发生、信号调制、驱动信号产生、开关管拓扑结构和低通滤波的过程，其工作原理图如图1所示。涉及元器件众多，电路设计复杂，尤其是在中高频电路设计中，信号发生、信号调制容易受电路布局和元器件参数波动的影响导致输入信号参数过多偏离理论值，影响系统的传输效率和稳定性。驱动信号往往需要添加死区时间，如果通过设计死区时间电路添加死区时间，则会增加系统设计的复杂度，尤其是在中高频系统中电路复杂程度更高。采用自带死区时间的驱动IC芯片，也可以添加死区时间，但是工作在中高频的驱动IC价格昂贵，种类稀少，使系统对驱动IC芯片依赖程度增高，不利于系统的灵活开发。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种基于Class-D的数字功率放大器设计方法，得到的数字功率放大器结构简单、高效稳定。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于Class-D的数字功率放大器设计方法，该设计方法具体步骤包括如下：

构建数字功率放大器，包括微型计算机或计算机、信号驱动电路、信号放大电路和滤波电路；

所述微型计算机或计算机接收SPW M信号，并计算所述SPW M信号的脉冲宽度；

根据所述SPW M信号的脉冲宽度，将所述SPW M信号转换为二进制的数字控制信号；

所述信号驱动电路接收所述数字控制信号进行驱动，并输出给所述信号放大电路；所述信号放大电路用于将所述数字控制信号进行放大；所述滤波电路用于将放大后的数字控制信号进行滤波，并输出。

进一步地，所述SPW M信号脉冲宽度的计算过程如下：

确定控制信号的参数，包括载波信号幅值A、载波比N、调制度M和调制信号频率f；

根据所述参数，构建单周期的正弦调制信号的表达式；