Diseño e implementación de un amplificador de audio clase D de alta eficiencia

Abstract

El concepto de eficiencia se define como la capacidad de disponer de alguien o de algo para conseguir un efecto determinado. Este término está muy presente en la actualidad debido a la necesidad de consumir lo menos posible para conseguir el mismo fin y es aplicable en todos los campos o situaciones, por ejemplo en los sistemas de amplificación de potencia. Los amplificadores de audio más utilizados, como pueden ser los de clase A, B o AB, tienen algunos inconvenientes en cuanto a su eficiencia. La mayor eficiencia obtenida por estas clases de amplificadores la consigue el amplificador clase B llegando a un 70% de eficiencia en su valor teórico y entre 50 - 60% en la práctica. Sin embargo no son pocos los fabricantes los que están empezando a utilizar en sus más recientes modelos un tipo de amplificación llamada clase D. Esta topología, al contrario que las anteriores que funcionan de forma lineal o directa, funciona en modo de conmutación y aumenta notablemente el rendimiento del amplificador pudiendo obtener valores de eficiencia superiores al 85-90%. Por este motivo es interesante conocer en detalle las características de dicha amplificación para así conocer sus ventajas e inconvenientes respecto a las mucho más frecuentes clase A y clase AB. Así pues en el presente proyecto se estudia detenidamente el modo de funcionamiento del amplificación en clase D y se diseña y construye un amplificador clase D capaz de obtener la máxima eficiencia.

Efficiency is defined as the ability to have someone or something to get a certain effect. Nowadays, we take care about efficiency because of the requirement of being able to waste as little as possible to achieve the same aim. This term is applicable in many areas or situations of our life, for example in the power amplifiers. The most used audio amplifiers, such as A, B or AB classes, have some disadvantages talking about efficiency terms. The highest efficiency value is achieved by class B topology, being 70% its theoretical value and 50-60% in practice. However there are many manufacturers who are beginning to use in their latest models a new topology called class D amplifier. This topology works in switching mode, totally different 4 as the previous classes, and thank to that it improves its performance wasting less energy and being able to obtain efficiency values such as 85-90%. For this reason, it seems interesting enough to know the main characteristics of this new class D amplifier, learn about its advantages and disadvantages and compare it with the rest classes of amplification. So, in this project is going to be studied in detail the working mode of the class D amplification, and then, an improvement of a typical class D amplifier is going to be designed and built to improve its practice efficiency.