论文题目：基于MATLAB/Simulink的1kW防空警报器的设计与实现
摘要：本文的课题取自于某公司的输出功率为1k W防空警报装置,经测试,该公司产品在使用过程中出现的谐波成分过多,并且装置运行过程中温度过高,本文的研究主要为了解决上述问题。技术理论研究以1k W防空警报器为背景,详细介绍了警报装置的构成部分与工作原理,设计并实现了一种不同于传统警报器原理的输出功率为1k W的防空警报器。传统警报装置需要调制电路将音频与三角波相比较产生PWM来驱动下一级D类功率放大电路,经过观察,传统调制方法输出的PWM误差偏大,最终造成输出过多谐波,影响音频的质量与内容,虽说音频的质量与内容相对于报警类装置来说可能并不是很重要,但是论文提出的改善输出音频质量的方法也同样用于舞台音响、村村通广播等装置中。本文中调制器部分的功能将由STM32来实现,将存储有音频的SD卡插入STM32单片机,由单片机对SD卡内音频解码并经过一系列算法输出PWM来驱动下一级电路,单片机内部由于内部时钟的存在,因此可以保证输出PWM的准确性。在功率放大电路部分的功率管选择上以SiC MOSFET来替代Si MOSFET,因为SiC材料MOSFET具有更高开关速度,能够减少系统的失真,电路采用了全桥型驱动电路来驱动功率管,能保证D类功率放大电路的灵敏性,最后设计合理的LC滤波电路作为低通滤波器来还原音频波形,装置整体达到了功率放大的目的。本文完成了程序设计、MATLAB/Simulink建模与整体电路仿真、原理图设计与PCB制作等部分,具体研究内容如下:（1）调制器设计:对STM32单片机进行选型,确定调制器部分的主体,用Keil软件编程工具在单片机程序中体现出所需的算法,最后配置STM32单片机能够发出准确的PWM。（2）SiC MOSFET建模:为了减少谐波的产生,将由开关频率更高的SiC MOSFET来替代Si MOSFET,并且还可以减少D类功率放大电路运行过程中的损耗,对SiC MOSFET的建模由MATLAB软件中的Simulink工具来完成,设计出的模型与厂家给出的特性曲线相比较,来确认设计模型是否合理。（3）Simulink仿真系统电路:以SiC材料MOSFET作为开关管设计出功放电路,最终通过对比原波形与输出波形,来确认电路设计的是否能达到本文的设计要求。（4）实物制作及测试:利用Altium designer软件对硬件电路进行原理图的设计,在其中生成PCB,焊接完成后上电完成最终测试。
关键词：D类功率放大电路;低通滤波电路;STM32单片机;SiC MOSFET;调制器
学科专业：电气工程（专业学位）
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题的研究意义
1.2 功率放大器的类型
1.3 研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 章节安排
1.6 本章小结
第二章 警报器的工作原理
2.1 警报器的结构与原理
2.2 功率放大电路
2.2.1 谐波失真
2.2.2 直通与死区
2.2.3 D类功率放大器的功率和效率
2.3 本章小结
第三章 基于STM32 的调制器的原理及实现方法
3.1 主控制芯片选型
3.2 音频获取方法
3.2.1 读取数据方法
3.2.2 WAV文件解码
3.2.3 解码方法验证
3.2.4 算法实现
3.2.5 算法验证
3.3 本章小结
第四章 基于MATLAB/Simulink的 SiC基 MOSFET的建模
4.1 SiC基 MOSFET的介绍
4.1.1 MOSFET的发展
4.1.2 SiC基 MOSFET的优势
4.1.3 SiC功率MOSFET建模的意义
4.2 SiC基 MOSFET模型的探究
4.2.1 SiC基 MOSFET模型
4.2.2 MOSFET模型原理
4.3 SiC基 MOSFET模型建立
4.3.1 SiC基 MOSFET建模
4.3.2 补偿电压源建模
4.3.3 静态模型参数提取
4.3.4 补偿电流源建模
4.4 模型建立与验证
4.4.1 模型建立
4.4.2 模型验证
4.5 本章小结
第五章 D类功率放大电路的仿真
5.1 驱动芯片选择
5.1.1 IR2110 介绍
5.1.2 IR2110 自举电路的设计
5.1.3 功率放大电路的设计
5.2 IR2110 模型建立
5.3 电路的构建与仿真
5.4 频响特性
5.5 谐波失真
5.6 本章小结
第六章 基于STM32 的D类功率放大电路的测试与分析
6.1 测试平台总体结构介绍
6.2 调制电路设计
6.3 D类功率放大电路PCB设计
6.3.1 电路原理图设计
6.3.2 PCB设计与实物制作
6.4 测试与探究
6.5 D类音频功率放大器的效率测试
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 未来展望
参考文献
致谢