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标题: [其他] 浅谈D类功放（一） [打印本页]

作者: 老窖 时间: 2025-12-4 22:26 标题: 浅谈D类功放（一）

近年来，D类放大器市场愈发活跃。作为一名在此领域沉浸十余年的设计工程师，笔者希望借本文，结合自身经验，对当前主流技术架构做一些简要梳理。

目前市面上的D类功放，从架构上主要可分为两种：

第一种为模拟输入型。该类放大器通过比较器将模拟音频信号调制成PWM信号，再进行功率放大。当处理数字音源时，需先将数字信号解码为模拟信号，流程可概括为 Digital → Analog → PWM，我们不妨将其简称为 DAP 架构。
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第二种为数字输入型。该类放大器借助内部DSP，直接将PCM信号调制成PWM信号，省去了中间的 Digital → Analog 转换步骤，流程为 Digital → PWM，我们称之为 P2P 架构。
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DAP 架构在市场上较为常见，集成芯片如 TI 的 TPA3116、TPA3225，ST 的 TDA7498，英飞凌的 MA5302MS 等，不一而足。分立器件方案则包括 IR 的 IRS 系列，以及基于北欧多家公司模块的设计。从输出结构来看，DAP 功放又可分为 N沟道对管和 PN沟道对管两种，例如 ST 的 TDA7498 便属于 PN 沟架构。供电方式则有单电源全桥输出与正负双电源半桥输出之分，英飞凌 MA5302MS、NXP TDA8954、IR 的 IRS 系列及北欧模块多采用正负电压半桥输出。

以上所述多为基于硅基MOSFET的方案，其死区时间（Td）相对较大。采用氮化镓（GaN）器件的方案目前仍较少，已知的有英飞凌与 EPC 的方案，其中实现商业化的主要是英飞凌的 EVAL_AUDAMP24 评估板，因其驱动集成度高，更易于实现；EPC 的 9106 方案则分立元件较多，设计更为复杂。总体而言，硅基MOSFET在开关速度与THD表现上均略逊于氮化镓器件。

在DAP架构中，Analog至PWM的转换依靠比较器完成，通过自振荡产生的三角波与输入正弦波合成PWM方波，这种方式带来的PWM频率抖动相对略大。由于DAP架构中的PWM功放部分可独立实现，只要掌握硬件设计即可开发，因此市场上厂商与DIY的同类产品较多。

P2P架构方面，国内目前已知仅有三家企业涉足：盛、林与珀璞。其中*盛曾推出两款机型后便未见更新。国外品牌则多将此类技术用于AV功放，且多数在国内代工后销往海外，国内市场较为少见。

DAP架构中常用的DSP芯片包括 TI 的 TAS5558、TAS5508，D2-Audio 的 DAE1-6 系列，ST 的 STA311B，以及 MPS 的 AX5689 等。其中，D2-Audio 的 DAE3、DAE6 功能尤为强大，其可编程模块为厂商实现个性化设计提供了便利。国内上述三家企业所使用的DSP分别来自 TI、D2-Audio 和 MPS。

P2P架构的PWM放大部分可采用集成模块或分立元件实现。早期支持PWM输入的功放模块有 TI 的 TAS51xx/TAS53xx/TAS56xx 系列，以及 APOGEE 的 DDX21xx/DDX22xx 系列——TI 为双N沟架构，APOGEE 为PN沟架构。如今可选方案更为丰富。分立方案中，支持双N沟PWM输入的驱动芯片较少，如英飞凌的 IRS20957SPBF、IRS20965S 和 TI 的 LM5113；而支持PN沟的驱动则选择更多，甚至可采用分离式驱动等更优拓扑，从而进一步压缩Td，提升音质。值得注意的是，氮化镓技术同样可应用于P2P架构，其潜力不限于DAP。

题外一提：PWM放大原理早在1958年就已提出，直至21世纪才真正得以广泛应用，其背后是硬件技术对理论实现的长期制约。在当前晶体管技术尚未完全达到理论理想状态的情况下，盲目追求更高的PWM频率并不可取。频率与死区时间（Td）在THD表现上呈反比关系：频率越高，Td必须相应减小才能维持原有THD水平，否则只会导致失真增大。所谓“高PWM频率优势论”多基于平面几何理解，而实际上晶体管的抛物线跟随特性可在一定程度上弥补采样频率的不足——否则在存储技术高度发达的今天，CD的44.1kHz采样率早已被更高规格所取代。

最后，P2P架构在理念上与解码器（DAC）异曲同工，区别在于其输出功率足以直接驱动扬声器发声。某种意义上，我们可将其视为一台“大功率解码器”。

[ 本帖最后由老窖于 2025-12-4 22:27 编辑 ]

作者: 老窖 时间: 2025-12-4 22:29

浅谈D类功放（二）
开关电源在D类音频功放中的应用，常常受到质疑甚至贬低。甚至有人戏称，一台价值上万元的功放一旦采用开关电源，其声价便可能跌至千元级别。那么，开关电源真的不适用于D类功放吗？答案是否定的。

事实上，线性电源、开关电源与D类功放在工作原理上具有本质差异。后两者均属于高频模拟电路范畴，若仍沿用传统音频模拟电路的设计思路，确实难以取得理想效果。

一般而言，D类功放的工作频率约为400kHz，而常见开关电源的开关频率多在50kHz至100kHz之间，仅有少数设计能够实现与D类功放频率同步。以400kHz的D类功放搭配50kHz开关电源为例，电源在每个周期内最多只能为功放提供8次能量支持；若提高电源的开关频率，这一次数还可进一步降低，而在PWM频率完全同步时，甚至可达到1:1的对应关系。相比之下，使用50Hz的线性电源时，每个周期内功放需索取高达8000次能量。每一次功率索取都可能引发或大或小的电压纹波，将这些纹波的峰值点连接起来，便构成了所谓的“包裹频率”。从以上数据不难看出，采用线性电源供电所产生的包裹频率，实际上远高于开关电源。

此外，线性电源在整流二极管截止期间，仅依赖滤波电容进行供电。随着每个周期进入后半段，输出电压逐渐下降。为了维持电压稳定，不得不采用体型庞大的变压器和容量充足的电解电容，导致成本显著上升，完全丧失了竞争优势。

得益于高频调制的特性，目前绝大多数开关电源在高压整流前均设有π型滤波器，旨在滤除电源中的高频杂波，避免其被调制到输出中。然而，此类滤波器在D类功放中的应用效果往往一般。要实现更佳性能，必须采用其他滤波手段——例如，珀璞在其D类功放中便已应用了更为先进的滤波方案。

同时，与电源相连的地线也常寄生着不可忽视的杂波。由于开关电源中Y电容的存在，这些地线杂波同样可能被调制进入音频信号。因此，若接地处理不当，也会严重影响开关电源在D类功放中的表现。市面上常见的电源处理器，大多仅关注零线与火线的净化，而忽视了地线在开关电源系统中的关键作用，很多产品甚至未对地线做任何处理。例如使用过金牛GaN2功放的用户，可以尝试操作其背后电源插座旁的拨动开关：向上拨动时地线滤波功能介入，向下则处于脱离状态。通过实际聆听比较，两者之间的声音差异一目了然。

许多人指出D类功放存在“数码声”，这一方面源于功放本身传输延迟（Td）较大，另一方面也与滤波电容的引入有关（后续将另文讨论），此外开关电源的二次电流干扰也是重要成因。若能有效抑制开关电源的二次电流，D类功放的数码感至少可减少三分之二。若采用PCM to PWM（P2P）架构进行设计，其声音表现甚至有望超越同价位的DAC+功放组合系统。

总而言之，开关电源应用于D类功放并非本身存在缺陷，关键在于如何设计与应用。只要深入理解其技术特点与适用场景，通过恰当的设计，开关电源不仅能在性能上超越线性电源，还能在成本上占据显著优势。

[ 本帖最后由老窖于 2025-12-4 22:32 编辑 ]

作者: 老窖 时间: 2025-12-4 22:30

浅说D类功放（三）
电解电容在音频电路中扮演着滤波与耦合的重要角色，然而却较少被人注意，它同时也可能成为噪声的来源。众所周知，低噪声电源对音质有显著提升，而电解电容作为电源滤波电路的关键组成部分，其性能直接关系到电源纯净度。
在电解电容的绕制结构中，最外层导体容易成为外部电磁噪声的接收体。在电磁干扰较高的环境下，例如D类功放，这种噪声引入现象尤为明显。

电容根据应用场景分为多种类型，例如音频专用、开关电源专用和PC主板专用等。然而在D类功放中，即便使用这些专用电容，也并未带来音质上的实质性突破。当前D类功放的工作频率普遍在400kHz左右，且处于大电流工作状态，这使得电解电容的选择颇为困难：音频专用电容的工作频率范围偏低；开关电源专用电容的频率上限仍显不足；主板专用电容虽频率范围合适，但耐压通常仅为16V，难以满足要求。

若将主板电容用于DSP供电，又会面临其他限制：PLL部分工作频率超过24MHz、Core部分超过100MHz，均不适用，仅PWM部分电源可勉强匹配。由此可见，要使电路特性与器件性能真正契合，往往需要结合实际工作条件定制电解电容。

在珀璞公司的实践中，针对系统各部分固定工作频率，通过为不同电路段设计专用电容，最终实现了功放音质的显著改善——不仅消除了常见的“数码声”，还扩展了声场表现，使音色更显温润柔和。这一案例说明，精准的电容设计与选型，是提升高开关频率、大电流音频电路音质的关键所在。
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[ 本帖最后由老窖于 2025-12-5 19:52 编辑 ]

作者: 百里屠苏 时间: 2025-12-5 10:19

那hypex ncx500、purifi 1ET7040sa那种d类功放是不是已经属于行业最强的了？

作者: 57701341 时间: 2025-12-5 10:47

好帖支持下

作者: 老窖 时间: 2025-12-5 12:46

纸面数字强而已，声音不算强。

引用:

原帖由 百里屠苏 于 2025-12-5 10:19 发表
那hypex ncx500、purifi 1ET7040sa那种d类功放是不是已经属于行业最强的了？

作者: 巍子 时间: 2025-12-5 23:54

好帖，看后耳目一新，不明觉厉

作者: laoliu 时间: 2025-12-7 17:13

支持！

作者: cheng 时间: 2025-12-7 19:48 标题: 好贴

拨云见日

作者: 天涯行者 时间: 2025-12-8 09:30

引用:

原帖由老窖于 2025-12-5 04:46 发表
纸面数字强而已，声音不算强。

以前的珀璞用户：希望国产的能D类能实现超越。

作者: 刻苦 时间: 2025-12-8 17:51

作者: fidodido 时间: 2025-12-9 13:37

支持技术分享。

作者: aammm4aa 时间: 2025-12-11 23:04

d类性价比挺高的

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