臺灣博碩士論文加值系統

音頻功率放大器的損耗主要來自輸出功率電晶體上的導通損耗。傳統功率放大器多採用固定工作電壓架構，當放大器在低功率輸出時，工作於線性區的電晶體跨壓相對增大，效率也隨之降低。本論文研究一組能跟隨輸入聲音訊號大小來調整功率放大器電源電壓的高功率音頻放大系統。藉由動態調整電源電壓的功能，在低功率輸出時，降低放大器工作電壓，藉此降低功率電晶體所造成的導通損失，達到提升整體功率放大系統效率的效果。本論文中將由前級取得聲音訊號作為電源轉換器之參考訊號，以輸入之聲音訊號大小控制電源轉換器之輸出電壓。所研究放大器系統可分為功率放大器與可變電源供應器兩組區塊：功率放大級所採用的是新型積體電路驅動模組搭配AB類輸出級；而電源轉換器部份架構為全橋相移轉換器。
本論文實作完成一組輸出功率800 W，並搭載可變電源供應器之音頻放大系統，實驗結果顯示調壓功能可使放大器之效率上升至60 %以上，減少電能消耗。

Conventional audio power amplifiers are operating with fixed power supply. It means that the power losses caused by quiescent current are also fixed and regardless to output power. When power amplifier working in low power condition, the voltage across power devices will be larger than high power condition such that the losses on power devices increase.
This dissertation presents an audio power amplifier with variable power supply controlled by input audio signal. In low-power output condition, the power supply will provide low voltage to reduce the power loss on power transistors and improve circuit efficiency. The power supply voltage of power amplifier can be controlled by the audio input signal used as the reference of power converter. The amplifier system is divided into two parts: the audio power amplifier adopting an integrated amplifier driving circuit with class AB topology and the power supply implemented with a full-bridge phase-shifted converter.

摘要 i
Abstract ii
誌 謝 iii
目錄 vi
圖目錄 xi
表目錄 xviii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 內文編排方式 2
第二章 音頻功率放大系統架構 4
2.1 音頻放大器架構 4
2.2 前級放大器 5
2.2.1 非平衡與平衡式訊號 6
2.2.2 濾波器與音質控制電路 8
2.2.3 橋接模式 11
2.3 功率放大器架構 12
2.3.1 A類功率放大器 13
2.3.2 B類功率放大器 14
2.3.3 C類放功率大器 15
2.3.4 AB類功率放大器 15
2.3.5 D類功率放大器 16
2.4 AB類功率放大器 17
2.4.1 雙端推挽放大 17
2.4.2 單端推挽放大 19
2.5 放大器輸入級與電壓放大級 21
2.6 電晶體輸出對 22
2.7 偏壓與溫度補償 25
2.8 功率放大器之效率 29
2.8.1 A類功率放大器 29
2.8.2 B類功率放大器 30
2.9 可變電源功率放大器 31
2.10 揚聲器 33
2.10.1 揚聲器種類 33
2.10.2 音箱 38
2.10.3 音路 42
2.10.4 聲道 47
第三章 全橋相移式電源轉換器架構與原理 48
3.1 全橋相移式轉換器架構 48
3.2 全橋相移式轉換器之控制電路介紹 49
3.3 主電路轉換區間操作原理分析 51
3.3.1 區間I 52
3.3.2 區間II 54
3.3.3 區間III 57
3.3.4 區間IV 58
3.3.5 區間V 60
3.3.6 區間VI 61
3.4 零電壓切換條件 63
3.5 輸入與輸出電壓關係 67
3.6 次級側輸出型式 69
3.7 可調電壓原理 72
第四章 功率放大器設計 74
4.1 前級放大器 74
4.2 高壓驅動模組 77
4.2.1 靜音功能 79
4.2.2 削峰失真偵測 79
4.2.3 電晶體偏壓與溫度補償 80
4.3 功率放大器參數設計 81
4.3.1 輸出電晶體 81
4.3.2 射極輸出電阻 84
4.3.3 輸出電晶體短路保護 85
4.3.4 推動電晶體 86
4.4 揚聲器保護器 87
第五章 全橋相移式轉換器設計 90
5.1 設計流程 90
5.1.1 主變壓器設計 90
5.1.2 次級側整流輸出電路設計 95
5.1.3 主功率開關選擇 99
5.1.4 串聯電感設計 100
5.1.5 阻隔電容 101
5.1.6 輸入整流電路設計 102
5.1.7 UCC3895控制電路設計 104
5.1.8 閘極驅動電路設計 106
5.1.9 可調電壓電路設計 108
5.2 輔助電路 111
5.2.1 輔助電源 111
5.2.2 電源供應器過電壓保護 113
第六章 實驗數據與結果 114
6.1 高功率音頻功率放大器 114
6.1.1 設計規格 114
6.1.2 正弦波測試 114
6.1.3 方波測試 118
6.1.4 功率放大器效率 119
6.1.5 電路實體圖 120
6.2 全橋相移式電源轉換器 122
6.2.1 設計規格 122
6.2.2 測試數據 122
6.2.3 電路實體圖 125
6.3 整合測試 126
第七章 結論與未來展望 130
7.1 結論 130
7.2 未來展望 130
參考文獻 132

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