音频开关功放因具有较高的效率而在广播系统、专业演出、影院系统、汽车音乐系统、便携式音箱、移动电子设备等场合获得了广泛的应用。开关功放通常需要一级开关电源将市电转换成合适的直流电压为其供电,因此音频信号放大过程需要经过两级功率转换。采用单级开关功放(Single-Stage Switching Amplifier,SSA)电路,可以实现音频信号的单级功率放大,减少一级功率转换电路,省去整流滤波电路,提高系统效率。此外,SSA输出脉宽调制(Pulse Wdith Modulation,PWM)波形频率是开关频率的两倍,可以以较低的开关频率获得PWM波倍频效果。上述优点使得SSA在高效率、高功率密度音频放大场合具有良好的应用前景。但是SSA存在周波变换器换流死区期间滤波电感电流与漏感电流没有流动通路而导致的电压尖峰大、能量损失与失真问题;此外SSA开关频率很高,高开关频率导致了高开关损耗,限制了SSA的实际应用。本文致力于解决SSA中存在的上述问题,研究具有高效率、低轻载功耗、低失真的单级功率转换音频开关功放电路。SSA电路滤波电感与漏感电流在周波变换器死区时间内没有流动通路,因而会产生非常大的尖峰电压,尖峰电压不仅造成高电压应力,而且还会导致输出电压失真增大。已有文献基于单极性移相调制(Unipolar Phase Shift Modulaiton,UPSM)SSA,提出了全桥有源钳位(Full Bridge Active Clamp,FBAC)电路。UPMS FBAC-SSA有效消除了尖峰电压并回收了漏感能量,改善了系统效率并降低了开关管电压应力。但是UPSM FBAC-SSA应用于音频放大时存在几个方面的缺点。首先,UPSM FBAC-SSA原边开关管在输出功率较低时工作在硬开关状态,导致非常大的轻载功耗。其次,UPSM FBAC-SSA在输出电压幅值较低时,存在PWM波窄脉冲丢失问题,导致输出电压失真变大。再者,UPSM FBAC-SSA原边必须使用全桥电路,开关管数量较多。本文首次将双极性移相调制(Bipolar Phase Shift Modulaiton,BPSM)应用于FBAC-SSA,并研究了其软开关方法。阐述了所提电路工作原理,给出了参数设计方法并通过实验进行了验证。研究结果表明,本文所提BPSM FBAC-SSA实现了宽范围软开关且不存在窄脉冲丢失问题,因而具有高效率、低轻载功耗以及低失真的优点。此外,BPSM FBAC-SSA原边不仅适用全桥电路,半桥电路和推挽电路也适用。FBAC电路需要使用四个钳位开关管,电路相对复杂。已有文献提出两开关有源钳位电路虽然能够实现变压器副边钳位,却无法回收滤波电感能量。本文在BPSM FBAC-SSA研究基础上,从DC-DC变换器电压钳位原理出发,阐述了BPSM SSA同时实现周波变换器两端电压钳位的原理与条件。针对BPSM SSA,提出了只需要两个钳位开关管的半桥有源钳位电路。本文详细分析了BPSM HBAC-SSA的工作原理以及滤波电感能量回收对效率的影响。研究结果表明,本文所提BPSM HBAC-SSA只需要两个钳位开关管且回收了滤波电感能量,在实现高效率低失真音频放大的同时,简化了电路结构。除了单通道功放,双通道以及多通道功放也同样有广泛的应用。但是SSA无法像两级D类功放通过直流母线为多个功放通道供电。已有文献提出了多种基于电路复用的双通道及多通道SSA电路,其中基于变压器复用的BPSM多通道SSA电路最为简单。但是因为已有双通道及多通道SSA电路未考虑周波变换器换流或者采用RCD吸收电路辅助换流,无论效率还是失真均不够理想。本文首次将半桥有源钳位电路应用于变压器复用型双通道SSA,实现了周波变换器可靠换流与宽范围软开关。此外,基于本文所提双通道SSA电路,通过在变压器副边增加周波变换器与滤波电路,可以拓展为多通道SSA功放。研究结果表明,本文所提采用半桥有源钳位的双通道SSA电路,以简单的电路形式实现了高效率低失真双通道音频放大。2.1通道开关功放系统有两个中高音功放单元和一个低音功放单元,分别驱动两个中高频喇叭与一个低音喇叭。低音喇叭的阻抗较低,因此低压功放单元输出电压频率低且输出功率大。D类功放可以通过共用前级DC-DC变换器提供的直流母线实现2.1通道放大功能,电路结构简单。但是D类功放存在电源泵问题,导致直流母线电压脉动,且脉动幅度随输出电压频率降低以及输出功率增大而增大。在2.1通道场合,低音功放单元驱动低频喇叭且输出功率比较大,电源泵会造成直流母线电压大幅度脉动,因而导致非常高的电压应力。多通道SSA电路能够在实现高效率2.1通道放大的同时避免电源泵问题,但是电路结构相对复杂。本文提出单级/两级混合2.1通道开关功放电路,在两级双通道D类功放中加入SSA作为低音功放单元。SSA实现了低频功放通道单级功率变换,在提高系统效率的同时,避免了电源泵问题。此外,单级/两级混合2.1通道开关功放采用高频交流/直流混合供电,SSA通道不需要钳位开关管,具有电路结构简单的优点。为了验证理论分析的正确性,本文搭建了相应的仿真与实验样机并进行了对比验证,给出了相应的仿真和实验结果。仿真及实验结果对本文的理论分析进行了很好的验证。