D類時代來臨--Class D初探 by hn702906
 
  • 在傳統音響市場中，D類放大無疑是近年來火紅的注目焦點，相較於以往A類或是AB類放大器的天下，D類擴大機所帶來的將是另一種更佳的選擇.
 
  • 首先我們用較學理性的角度來探討何為D類放大器?
 
  • 與A類或AB類放大器輸出的線性訊號相較，D類放大器輸出的是脈衝寬度調變PWM訊號，音頻訊號以及PWM開關訊號和諧波所組成，然後經由一低通濾波變成線性的訊號， 利用這項技術，輸出級的功率耗損將降至極小；除此之外，LC濾波器或喇叭的電感性零件還會在每個週期中儲存能量，確保開關功率不會在喇叭中耗損，所以D類放大器遠比AB類或A類放大器更有效率，下圖是D類擴大機工作原理:
 
 
  • 上圖:D類擴大機工作的原理
 
  • 接下來我們以TI的TPA3001D作例子(資料來源:TI):音頻訊號輸入與250 kHz的三角波進行比較，當音訊輸入電壓大於250 kHz三角波電壓時，非反相比較器的輸出端將處於高電位，如果250 kHz三角波電壓大於音頻訊號電壓，非反相比較器的輸出端將則會進入低電位。非反相比較器輸出端為高電位時，反相比較器的輸出端就是低電位，如果非反相比較器的輸出端為低電位，反相比較器的輸出端就會進入高電位。PWM非反相輸出的平均電壓VOUT+(avg) 將等於負載週期 (duty cycle) 乘上供應電壓，其中D是負載週期，也就是導通時間t(on) 除以總週期時間T。
 
  • VOUT+(avg) = D × Vcc
 
  • D = t(on) / T
 
  • 反相輸出的負載週期VOUT- 等於1減掉VOUT+的負載週期；如果輸入電壓等於供應電壓的一半，那麼VOUT-和VOUT+的負載週期都會是0.5。
 
  • VOUT-(avg) = (1-D) × Vcc
 
 
  • TI的TPA3001D D類放大器的比較器輸入和PWM輸出
 
 
  • 上圖:TPA3001D顯示20 kHz音頻訊號輸入時PWM輸出，注意負載週期如何隨著輸入電壓的上升而增加
 
  • 當我們大致上了解到D類放大器的工作原理後，我們再來談談IcePower在D類技術上的奧妙之處:
 
  • 在1999年以後，丹麥的B&O旗下的IcePower推出了D類放大器模組，這款加入了IcePower專利技術的D類放大器模組很快的被許多音響大廠廣汎的採用，與以往的D類技術不同的是，IcePower的專利COM與MECC
 
 
  • 上圖:Icepower的工作方塊圖(資料來源Icepower)
 
  • COM（Control Oscillation Modulation，控制震盪調變）與MECC(Multivariable Enhanced Cascade Control，多重可變增強串聯控制)是Icepower引以自豪的二樣技術，首先COM是將PAM訊號轉換成PWM訊號的技巧，透過COM，可以將原本需要比較用的鋸齒波拿掉，以達到更精確，更低失真的PWM訊號轉換，而MECC則是在低通濾波還原類比訊號的過程中加以檢測，以達到更精準的程度.
 
 
  • 上圖:PAM振伏調變
 
  • 不只如此，Icepower同時也將SMPS電源內建於ASP擴大器模組上，這款以ASP為名的D類擴大器模組共有250ASP，500ASP及最頂級的1000ASP(D類1000W!!)
 
 
  • 以1000ASP為例，在4歐姆負載下可提供1000瓦的超高輸出功率，在8歐姆的負載下也可提供高達500瓦的功率，足以應付目前絕大部份的低效率喇叭，同時在極大功率輸出的情況之下，內建SMPS的1000ASP還可以達到高達83%的轉換率，換言之，效率更甚於50%的AB類擴大器!!這也是D類放大器的迷人之處
 
 
  • 上圖:售價高昂的Ps-Audio GCA也是採用Icepower D類擴大器模組
 
 
 
  • 上圖:IcePower的1000ASP模組，可達到0.01%的THD.N超低失真
 
 
  • 上圖:透過1000ASP的DC BUS，可外接不同的A編號模組，以符合個別的需求
 
 
  • 上圖:1000ASP的頻率響應，綠色為8歐姆，籃色的是4歐姆，紅色是OPEN Load(空載)
 
(待續)