当离散功率源可以有效产生时，脉宽调制可保证高效信号传递，特别是加载于具有低通特性的负载。因而加于脉宽调制的音频输入作为开关量可驱动半桥逆变器或全桥逆变器，再利用一个低通滤波器解调出音频信号并把它提供给扬声器。总的来说。这一过程是非线性的。但以获得高保真音频系统所需的功率电平看。这一缺点并不明显。
二、保真度和失真问题
业已知道。脉宽调制的低通滤波器信号恢复性能并不完美。此外，在实际逆变器和开关器件中附带来的非线性也限制着系统的性能。
但随着数字声频的飞速发展，业界已为信号的数字特性提供了定义高保真的基础。例如16比特的激光唱片具有1比特量化误差作为噪声和失真的下限，这是96dB动态范围的一部分。
24比特声频抽样表征144cIB动态范围的下限。
一部放大器达到如此好的电声指标可通过比较声频信号量化误差来完美实现。通常商用音频放大器不能达到这样高的动态范围。而极品发烧友用的音频放大器可达到极低的失真电平即0.05％（-66dB）。昂贵的调音设备或THX级别的放大器可达到0.02％（-74dB）的失真电平。
我们已经从现有的放大器（索尼STR-DE445）用数字输入测得的结果为60W输出，失真为0.2％（-54dB）。然而重要的是：对于音乐和类似声频的信号而言，入耳对其谐波失真的容忍程度远远超过非谐波噪音。例如一部谐波失真为0.2％的放大器，如其信噪比很高，入耳可产生良好的听音效果。
一般来说，等效字长的概念可用于描述保真度。附表示出不同的比特数、失真的百分比和失真电平（dB）之间的关系。在音频工程中，总谐波失真（THD）有时使用得很宽松，由非线性过程产生的失真并不需谐波参与。更通常的方法是。一般是在放大器输出端测其失真和噪声之和，尽管谐波失真对声音质量的影响比噪声小。表1反映出这一定义。等效字长是2的幂。接近失真加噪声的倒数。
这个表反映的仅仅是对放大器性能的度量。动态范围、互调失真、声道分离、信噪比和其他诸因数，高字长数据流系统都可以支持。哪怕放大器的线性度很低（尤其是谐波失真这一项较差时）。
脉宽调制驱动声频输出带来的总谐波失真（THD）和非谐波失真影响能否可视为高保真方案（大于和优于-60dB）？在一个实际放大器中重要的失真影响是那些？它们怎样被寻址？
在这篇论文中。可以证明脉宽调制的确可用于提供声频放大器的高保真度。本论文对失真的诸影响进行了深度分析。在处理过程中噪声成型可降低量化误差。之后以纯数字形式馈给全桥逆变器放大音频信息。从数字输入到逆变器的门极驱动的信号处理链是完全数字化的。
在整个系统中只有扬声器及其滤波器是模拟部件。实验结果证实，脉宽调制逆变器在实用上可以达到高保真度。开关器件不理想和死区时间的限制等不利因数可以减轻以避免对系统失真的直接影响。实验电路提供50瓦功率驱动负载。总失真加噪声约0.022％（-73dB），放大器总效率优于80％。
一致抽样方式也产生基带信号、开关频率及其谐波，还有许多开关边带。此外，一致抽样方式波形还包括信号本身的谐波。它们都显着大于实际所用开关频率的开关边带。因此，在音频段，一致抽样方式在实际上比自然抽样方式的失真更大。
使用D类放大器的主要目的是取其高效率。传统音频放大器在使用时效率很少超过20％。对比之下。基于脉宽调制逆变器的放大器可以达到90％或以上的效率。在过去。人们常常认为，这一效率改进带来的好处是以失真为代价换取的。电池供能应用产品潜在效率的改进和驱动小型功放导致人们热衷研究另外先进的脉宽调制放大技术。现在已经知道，这样的努力是不必的。用脉宽调制可以获得高质量的声频。失真可降低到可接受的电平。
四、大有希望的数字脉宽调制
自然抽样和失真之间的关系无需牵扯到脉宽调制放大。在功率电子学中，脉宽调制的实用开关频率必须设置得远高于调制频率以简化滤波器处理并使能量存储部件的尺寸变得最小。
对于一个单音调制信号，各种失真分量的幅值正比于普通贝塞尔函数值。当开关频率是数倍于调制频率时，基带失真很低。例如开关频率为88kHz调制频率为12kHz的基带失真低至一llldB。当开关频率高于1嘴调制频率时产生的基带失真低至-144dB。考虑到音频带的上限约20kHz，选择开关频率为200kHz不会产生可检测到的失真——这是基于一个单音分析时的结果。
模拟脉宽调制的过程对噪声敏感。出现在调制信号或比较波形中的噪声很麻烦。特别是噪声对功放逆变器直流偏置的影响。另一个潜在的失真源是比较波形：若三角波线性度不理想，自然抽样的时间将包括误差。最终将导致失真。随着大量使用CD、DVD、电影音带、广播和计算机运用，人们自然会向着完全数字化脉宽调制处理进军。国际上已有几个研究机构在探索数字脉宽调制处理用于声频功率放大。
高质量数字脉宽调制处理技术至少在十年前就开始了，尽管这样的研究工作没有包括开关功率级。
现在开关功率级研究工作已有少量报道。具有较高功率电平报道的更是少有。无论如何，上述参考文献表明。自然抽样脉宽调制（NPWM）可以提供高保真声频处理的理论已被人们完全接受。当然，功率方面的各种考虑，如开关的非线性、死区要求、门极驱动的时延等等复杂问题暗示着附加的失真源或其他问题。
因此。基于对上述参考文献的理解，由于本论文产品的设计是通过完善的实验系统进行的，可以说其性能已超出以前研究的结果。
附图示出的是从模拟脉宽调制处理到完全的数字处理最后到实现数字扬声器终极目标的简图。
所谓的数字扬声器，是一个其中具有数字流的高效本地D类放大器。产生本地输出去响应数字音频输入或是去响应音量和声道设置等网络指令。我们可以想象，一个基于音频系统的灵活网络被视为技术成熟的标志。
五。本论文总概要
本文旨在讨论功率电子学领域内实现音频用高保真逆变器的整个过程，并在以前研究的基础上提高其性能，实现大功率高保真的目标。
作为研制工作的一部分，讨论了任意调制信号下自然抽样（NPWMl和一致抽样（UPWM）的特殊工作状态。已经研制出一个用数字信号作为输入并由MOSFET全桥驱动感性负载的完整数字逆变器。信号处理步骤始干先把一个超抽样电路变为较慢音频抽样电路以满足实际逆变器所需的高开关频率，然后把快抽样品用内插方法加以变换到自然抽样（NPWM）数据流中。自然抽样样品通过噪声成型滤波器除去音频段的大量量化噪声，同时容许一个适中的脉宽精度支持所有全部信号的保真度。
噪声成型的输出然后被解释成脉冲宽度，用以产生逆变器的门极驱动信号。门极驱动产生死区地址。
最后通过一个四阶无源低通滤波器把信号加于扬声器以避免扬声器音圈的高频损失。实验结果表明，本论文途径方法达到了许多市售最好商用音频放大器的失真和噪声性能水平。
本文关键字：逆变器 稳压-电源电路，单元电路 - 稳压-电源电路
