音频功率放大器,简称音频功放,广泛应用于广播系统、车载音频系统、商业音响系统等场合。音频功放是将频率范围20Hz～20k Hz的音频信号高效率高保真地放大,用以驱动扬声器。传统音频功放通常采用线性功放,输出电压失真低,但功放系统效率较低,需要的散热体积大。近年来随着便捷式消费类电子的发展,高效率、高功率密度、低失真成为了音频功放的关键指标。不同于线性功放,Class-D音频功放的效率理论上可达到100%,因此,Class-D音频功放得到了广泛应用。Class-D音频功放主要有半桥Class-D和全桥Class-D,与全桥Class-D相比,半桥Class-D的器件少,拓扑结构简单。特别地,在2.1通道、5.1通道、7.1通道等多通道输出的音频功放系统中,半桥Class-D可以大幅减少器件数量,降低成本。半桥Class-D音频功放有两种供电方式:单电源供电和双电源供电,双电源供电不需要很大的输出隔直电容,有利于提高音频功放的功率密度,但需要双极性直流电压供电,半桥Class-D音频功放的前级DC-DC变换器则需要满足双极性输出的特性。功放电源的性能会显著影响音频功放系统的性能,因此,电路结构及控制策略简单可靠,并能保证音频功放系统高效率、高功率密度的前级DC-DC变换器成为了研究重点。为提高音频功放系统的性能,基于隔离型前级DC-DC变换器,提出了一种给半桥Class-D音频功放供电的单向倍压整流半桥直流变压器（Voltage Doubler Rectified Half Bridge DC-Transformer,VDR HB-DCX）。该变换器结构简单,无需复杂的控制器,可以给半桥Class-D音频功放提供双极性直流电压,实现音频信号的功率放大。同时,在全负载范围,单向VDR HB-DCX的开关管均能够实现ZVS导通,提高了音频功放系统效率。半桥Class-D音频功放正负供电电压随输出电流正负而波动,输出电压频率越低,供电电压波动越大,这一现象称为半桥Class-D音频功放的电源泵。分析了单向VDR HB-DCX供电半桥Class-D音频功放系统电源泵形成原因及影响因素,研究了电源泵对音频功放系统的影响。研究结果表明:电源泵主要与音频功放的输出电压频率和单向VDR HB-DCX的输出电容有关,增大输出电容值可以减小电源泵,但大体积的电解电容,会降低音频功放系统的功率密度,减小音频功放的使用寿命并增加成本。此外,电源泵将增大开关器件的电压应力,加剧音频功放系统的损耗,降低音频功放系统的效率。针对半桥Class-D音频功放电源泵问题,提出了一种给半桥Class-D音频功放供电的双向VDR HB-DCX。双向VDR HB-DCX可以给半桥Class-D音频功放提供双极性对称直流电压,实现音频信号的功率放大。通过双向VDR HB-DCX回收半桥Class-D音频功放电源泵产生的能量,解决了电源泵问题,降低了开关器件的电压应力,减小了前级DC-DC变换器输出电容值。在全负载范围,双向VDR HB-DCX的开关管均能够实现ZVS导通,实现了音频功放系统的高效率高功率密度。为了对理论分析进行验证,计算了关键电路参数并选取合理的元器件,分别搭建了单向/双向VDR HB-DCX供电的半桥Class-D音频功放系统的仿真电路与实验样机,给出了相应的仿真和实验结果,进行了对比分析,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。