中国代理-伟健电子总部·电话（029）85269988·传真（029）85262728·电子邮箱sales@wellking.com647应用1．0说明文章主要分三部分，第一部分是脉宽调制放大器的概述及原理框图。第二部分是使用PWM放大器设计时的注意事项，必须阅读，每个PWM放大器的保护特性并不完全一样，一些设计上的错误会引起线性放大器振荡而导致PWM放大器的一部分保护电路损坏。最后一部分主要介绍PWM放大器的几种应用方式。PWM放大器经历了同运算放大器同样的发展过程，从分立器件到模块化、混合电路、然后是单片集成电路。APEX从第一代PWM放大器混合电路的产品开始已经在功率、封装方面有了广泛的发展，它具有三个内部保护电路的放大器以及低价格的产品。许多放大器具有模拟和数字输入能力，它可以满足许多应用。2．0为什么用PWM随着对功率要求的提高，各种驱动电路也就戏剧般地不断提高。具有高电压大电流的线性功放是很吸引人的，但是它的内部功耗变得很难处理，一个20A的输出级常常需要许多20A的半导体安装在一巨大的散热器上，通常还需要有噪音大的风扇甚至液体致冷。图1。线性功率传输图一说明了一个线性元件传送功率的工作方式。当输出达到最大时，驱动器将内部传输功率元件的电阻减到最小，这时电路的内部损耗相对低一些。当输出为零时，内部电阻接近无穷大，内部损耗接近零。线性电路最不利的时候是输出为50%时，此时内部电阻等于外部负载阻抗，这意味着内部功耗等于输出功率。当线性电路驱动一纯阻性负载且输出50%时，最大效率为50%，当负载呈现电抗性时，效率更低。图2。PWM功率传输图二说明了PWM的基本工作方式。PWM控制模块将模拟信号转换成占空比可调的开关信号，随着输出电压的提高，开关置于开的时间也随之增加。一般来讲，在开关频率的一个周期内将会发生一次开关动作，但许多设计也能实现100%的占空比。在这种工作方式下，损耗只是开关的导通电阻与电感上的电阻之和，当要求一小的占空比时，损耗还包括在续流二极管中产生的热量。大多数情况下，续流二极管的损耗很小，因为它的工作时间很短，在上的电压降只是电源电压的一小部分。电感的作用是在开关关的时候存储能量而滤波。在这种方式下负载上的开关频率就显得很小，经验表明PWM的可用带宽是开关频率的十分之一。感性负载有时在没有滤波器的情况下也能提供足够的滤波。对PWM放大器，输出要么接近电源电压要么接近零。仅仅通过改变信号的占空比就能获得连续变化的经滤波后的输出电平。相对线性电路来说，当PWM的输出功率变化时它的效率是一常数。注意：PWM混合电路参数表中的效率不包含滤波器的损耗，一个具有滤波电路的PWM放大器的效率典型值从80%到95%。在设计时，几乎所有放大器都必须能够承受最坏情况下的内部功耗一段时间（低占空比的声纳放大器除外），这段时间的长短相对于散热器将热量散去所需要的延迟时间而定。因此这就迫使在设计时一定要让放大器在最坏的情况下具有自我致冷的能力，最坏的情况包括最大的电源工作电压，最小的负载阻抗，最高的环境温度，最低的效率，对于电抗式负载，电压和电流的相位差（最小功率因数）也必须考虑。假设一个电路传送1KW的峰值功率，当工作在最大输出时，90%效率的PWM电路将产生100W的损耗热量，理论上一个很好的线性电路传送500W的功率时将产生500W的损耗热量。表一显示了三种可能的设计方法。三种情况下都假设环境温度是30℃，最大壳温是85℃。并假设TO-3封装放大器的单只功率是125W。线性电路的散热器要求安装多个部分，这样热量不会从一部分流到另一部分，线性运放要求的散热器是PWM功放的5倍。混和线性电路最坏情况下的热量集中在一小部分，这时要求液体致冷。混合线性运放需要的散热器尺寸和重量是PWM的5倍多。3．0PWM工作方式PWM电路简化模式同许多开关电源电路非常相似。如果控制模块被优化产生一个宽范围的输出而不是一个固定的输出，这个功率电源就变成了一个放大器。进一步我们用四个开关组成一个H桥在单电源下提供双向的负载电流就得到了PWM电路。它要求负载的两边都有驱动电压，当驱动为0时，负载两边的电压是电源电压的一半。图3和4是基本的桥式工作方式和典型波形。MICROTECHNOLOGY应用30PWM基本理论Http://www.wellking.com中国代理-伟