專利名稱：音頻功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻AC-AC和DC-AC轉(zhuǎn)換，其中倒相級(DC-AC)是單 端D類級(開關(guān)放大器)。
AC-DC級優(yōu)選為開關(guān)模式電源，但是本發(fā)明同樣涉及使用線性電源技 術(shù)的音頻功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
D類放大器使用的兩種最主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是全橋拓?fù)浜桶霕蛲負(fù)洹D2 和圖3顯示了包括電源的這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)置。
對于低成本的耗電產(chǎn)品，半橋拓?fù)湎鄬τ谌珮蛲負(fù)渚哂忻黠@的優(yōu)勢，因 為它只需要一半數(shù)量的電源開關(guān)、驅(qū)動(dòng)裝置和輸出電感。盡管半橋拓?fù)渲须?源開關(guān)的額定電壓被加倍，但元件數(shù)量的減少仍能帶來制造和成本利益。由 于揚(yáng)聲器的輸出終端接地，所以與全橋拓?fù)湎啾冗^載保護(hù)和輸出感應(yīng)更容易 實(shí)現(xiàn)了。
半橋D類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是需要雙干線(rail)電源，并且事實(shí)上這種 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)從耗盡功率的干線返回為相對的電源干線抽運(yùn)(pump)電流。如 圖4所示，輸出的感應(yīng)電流會(huì)在時(shí)段te[DT; T]內(nèi)對負(fù)極干線電容C2充電。
輸送回所述干線的電荷與負(fù)載阻抗、音頻頻率、功率等級和干線電壓有 關(guān)。它們之間的關(guān)系可用下式表示<formula>formula see original document page 7</formula>
(1)<formula>formula see original document page 8</formula>
最壞的情況，抽運(yùn)可以通過對式(2)求解^/^^*。=0得到
<formula>formula see original document page 8</formula>
然后把式(3)代入式(2)可以得到最壞情況下電荷為
2,7r .7油'^w (4) 可以得到對于給定的干線電壓增幅(標(biāo)稱干線電壓的一部分)，電容最 小值為-
<formula>formula see original document page 8</formula>圖5顯示了音頻信號為20Hz、負(fù)載阻抗為4ohm的實(shí)例，其中干線容量 的最小值由可允許的干線擾動(dòng)的函數(shù)決定。如果我們允許干線電壓增加 20%，最小容量/通道/干線約為3000uF。對于使用單端D類放大器的立體聲 裝置，若想保持千線電壓的增幅在20%之內(nèi)，需要使用4個(gè)3300uF的電容。 上面實(shí)例中的干線變化結(jié)果如圖5所示。標(biāo)稱干線電壓是40V DC，干線擾 動(dòng)約增加8V (20%)。音頻信號等于2/Ji倍的標(biāo)稱干線電壓，也就是上述的 最壞的情況。
放大器的性能也會(huì)受到干線抽運(yùn)的影響，特別是無反饋D類放大器，其 中不對稱的干線擾動(dòng)與音頻信號直接調(diào)制在一起會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重失真。由于雙電 源具有不對稱的擾動(dòng)，所以執(zhí)行的任何前饋系統(tǒng)只起很小作用或不起作用。
當(dāng)考慮到上述由干線抽運(yùn)現(xiàn)象所帶來的問題時(shí)，與全橋D類放大器相 比，單端D類放大器在元件數(shù)量和復(fù)雜度方面的優(yōu)勢蕩然無存。缺點(diǎn)可被總 結(jié)如下
_過多使用干線電容-更高的成本和更大的物理尺寸
—采用干線電容和放大器MOSFET成為更高額定電壓裝置-更高的成 本和更大的物理尺寸
—無反饋D類放大器難以接受的音頻性能和反饋D類放大器變差的音 頻性能=>產(chǎn)品價(jià)值的降低
在WO 2005/091497中提出了一種單端D類放大器的電壓均衡電路。
該電路存在一些本發(fā)明中不存在的缺點(diǎn)，其中的一些缺點(diǎn)是-
1) 電路通過一個(gè)2步驟的操作重新分配抽運(yùn)能量。第一步將能量儲(chǔ)存 到電感中，第二步電感釋放能量。
2) 電路使用兩個(gè)分離的控制系統(tǒng)。
3) 電路只能限制干線抽運(yùn)-而不會(huì)消除它。
4) 電路不會(huì)同時(shí)幫助兩個(gè)干線上的干線容量的利用。
5) 電路是基于一種轉(zhuǎn)換效率很低的"升降壓"拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 如果干線抽運(yùn)被有效地消除， 一定數(shù)量的不可忽略功率不得不在干線之
間循環(huán)。根據(jù)式(4)可以計(jì)算出在所述最壞情況下需要從一個(gè)干線轉(zhuǎn)換到 另一個(gè)干線的平均功率
<formula>formula see original document page 9</formula>
引入最大調(diào)制指數(shù)MMax，它是最大輸出電壓與干線電壓的比值，可以 得到平均抽運(yùn)功率與最大輸出功率之間的關(guān)系為
<formula>formula see original document page 9</formula>
在一種功率為2xl25W、負(fù)載阻抗為4ohm、干線電壓為+/—40￥、最大 調(diào)制指數(shù)為0.85的立體聲裝置中，在所述最壞情況下重新分配的平均功率大 約為81W，該平均功率約占輸送到負(fù)載上的功率的32%。
為了受益于使用單端D類放大器的優(yōu)勢，干線抽運(yùn)問題需要用一種在音
頻功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中增加最小復(fù)雜度和成本的巧妙方法來解決。 發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是為音頻功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供
1) 更優(yōu)的系統(tǒng)性能，通過消除或減少電源抽運(yùn)從而改善導(dǎo)致較好音頻 性能的電源質(zhì)量。
2) 減少復(fù)雜度，由于本發(fā)明能夠在保證單端結(jié)構(gòu)所有優(yōu)勢的同時(shí)不引 入由干線抽運(yùn)現(xiàn)象所引起的典型問題。
此外，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中還提供
3) 更高的系統(tǒng)效率，通過采用減少干線抽運(yùn)和D類放大器的單端結(jié)構(gòu) (在電源路線中僅有一個(gè)半導(dǎo)體)的結(jié)合，從而降低了電源的峰值功率與平
均功率的比值。
4) 更優(yōu)的EMI性能，因?yàn)楸景l(fā)明能夠采用對產(chǎn)生的高頻噪聲具有有益 影響的軟開關(guān)技術(shù)(ZVS， ZVC)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)通過音頻功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括用于為單端D類 放大器供電的具有正極電源干線和負(fù)極電源干線的電源。該系統(tǒng)還包括與電 源干線連接的電源抽運(yùn)(supplypump)減少電路，該電源抽運(yùn)減少電路用于 通過強(qiáng)制電流從具有較高電壓的干線流向具有較低電壓的干線來重新分配 來自所述電源的抽運(yùn)電荷(pumping charge)。
本發(fā)明的核心裝置是電源抽運(yùn)減少電路。該電路起電源干線鏡像 (Supply Rail Mirror) (SRM)的作用，該電源干線鏡像在給定的任何給定的 時(shí)間把數(shù)值上最小值的電壓映射到另一條干線。在發(fā)生干線抽運(yùn)的情況下， SRM電路將通過重新分配抽運(yùn)電荷的方法映射電源干線，采用這種方法電 源干線在數(shù)值上變的基本相等。
在現(xiàn)有技術(shù)中，干線抽運(yùn)通過兩個(gè)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)，其中第一循環(huán)只能從正 極干線向負(fù)極干線重新分配電荷，第二循環(huán)只能從負(fù)極干線向正極干線重新 分配電荷。對于實(shí)際電路來講，這意味著重新分配電荷時(shí)只有第一個(gè)或第二 個(gè)循環(huán)是有效的。
根據(jù)本發(fā)明，重新分配電路被安排為始終從高電壓的干線分配電荷。這 意味著對實(shí)際電路來說，抽運(yùn)消除是連續(xù)發(fā)生的，而并不像現(xiàn)有技術(shù)中那樣 限制為每隔一個(gè)循環(huán)。
這也涉及到抽運(yùn)消除電路的效率如何如果本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)對同樣的 電荷數(shù)量進(jìn)行重新分配，由于每次都只有第二個(gè)循環(huán)是起作用的，所以現(xiàn)有 技術(shù)不得不在每個(gè)循環(huán)中兩次移動(dòng)抽運(yùn)電荷。這相當(dāng)于和本發(fā)明相比，現(xiàn)有 技術(shù)中均方根電流要高很多，結(jié)果導(dǎo)致效率的損失。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電路簡單并且易于控制。由于SRM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和
該方法的自我調(diào)整特性，不再需要任何控制電路，并且任何導(dǎo)致干線電壓變 化的抽運(yùn)都被自動(dòng)修正。
電源抽運(yùn)減少電路最好包括具有第一和第二線圈的高頻變壓器，該第一 和第二線圈能在第一和第二循環(huán)期間交替地連接到所述正極和負(fù)極電源干 線，使得電流從具有最高電壓的干線轉(zhuǎn)移到具有最低電壓的干線，同時(shí)均衡 所述變壓器。根據(jù)本發(fā)明，變壓器是實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整重新分配電路的適應(yīng)的辦 法。在兩個(gè)循環(huán)中，變壓器的線圈將以不同的方式連接，以便于均衡變壓器。
電源抽運(yùn)減少電路還可以包括用于連接的開關(guān)裝置，在所述第一循環(huán)期 間，所述第一線圈連接到所述正極電源干線和地線之間，并且所述第二線圈
連接到所述負(fù)極電源干線和地線之間；在所述第二循環(huán)期間，所述第二線圈 連接到所述正極電源干線和地線之間，所述第一線圈連接到所述負(fù)極電源干 線和地線之間。
這種開關(guān)將會(huì)使兩條電源干線互相有效地映射。它有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)。
首先，兩個(gè)干線電壓的任何變化都被均衡(抽運(yùn)消除)。其次，該電路有效 地利用兩條干線的電容，這意味著從干線電容傳遞過來的動(dòng)態(tài)功率將等于在 具有相同電容數(shù)量的單干線電源中利用的功率。
所述開關(guān)裝置可以包括受控開關(guān)，如MOSFET。 MOSFET的簡單驅(qū)動(dòng) 方式還可以啟動(dòng)簡單的方法來實(shí)施晶體管軟開關(guān)技術(shù)。那么所述電路可以包 括用于提供兩個(gè)等長度的具有相等間隔且不重疊的脈沖的脈沖序列的開關(guān) 控制系統(tǒng)，該開關(guān)控制系統(tǒng)用來控制受控開關(guān)。
另外，所述電路可以包括分離濾波器，該分離濾波器在保持軟開關(guān)特性 的同時(shí)能夠使SRM單元與任何雙干線電源耦合。
所述開關(guān)裝置還可以包括像二極管之類的不受控開關(guān)，來減少復(fù)雜度。 這種方案也能夠?qū)崿F(xiàn)軟開關(guān)技術(shù)。
所述電源抽運(yùn)減少電路可以集成在單端D類放大器的主電源上。該集成 電路在重新分配所述抽運(yùn)能量的同時(shí)向放大器供電。在該電路中可通過使用 基本SRM轉(zhuǎn)換器的簡單控制方案來保持軟開關(guān)的特性。


結(jié)合附圖，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式將在下面進(jìn)一步說明 圖1顯示了使用單端D類放大器的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)； 圖2顯示了單千線電源和橋式D類放大器組合的現(xiàn)有技術(shù)； 圖3顯示了雙干線電源和單端D類放大器組合的現(xiàn)有技術(shù)； 圖4顯示了電源抽運(yùn)效應(yīng)內(nèi)部的機(jī)制；
圖5是對于負(fù)載阻抗為4ohm且頻率為20Hz的最壞情況，干線容量作 為電壓干線偏移量的函數(shù)的曲線圖6是負(fù)載阻抗為4ohm且每干線上電容為3300uF，對于20Hz的最壞 情況的音頻信號，干線抽運(yùn)的仿真圖7顯示了具有連接到電源干線(SRM)的電源抽運(yùn)消除電路的音頻功 率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；
圖8顯示了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式；
圖9顯示了在圖8基礎(chǔ)上添加一個(gè)干線分離濾波器的優(yōu)選實(shí)施方式； 圖IO顯示了本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式； 圖11顯示了集成在主電源上的抽運(yùn)消除轉(zhuǎn)換器的框圖； 圖12-14顯示了如圖11中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式； 圖15顯示了優(yōu)選實(shí)施方式中用于開關(guān)的控制信號的時(shí)序； 圖16顯示了把抽運(yùn)消除電路添加到一個(gè)功率為2xl25W、負(fù)載阻抗為 4ohm且沒有(或有很少)輸出電容的系統(tǒng)上的效果。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了音頻功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的框圖。電源(1)可以是開關(guān)模式電源 或是線性電源。根據(jù)放大器的類型，提供輸出的電源可以是單干線或雙干線 電源。D類放大器(2)通常是半橋(單端)或全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在(2)中的 通道數(shù)量可以從1變化到多個(gè)通道。負(fù)載(3)通常是電動(dòng)擴(kuò)音器，但也可 以是把放大器的電信號轉(zhuǎn)換成聲音信號的任何種類的變換器。功率源(power source) (4)可以是AC源，例如公用網(wǎng)(utilitynet)，或者它可以是電池(例 如汽車的電池、可攜帶設(shè)備的電池)。功率源(4)的輸出是(或幾乎是)DC 電壓，這意味著在交流源輸入的情況下，(4)中包括調(diào)整并穩(wěn)定電壓的裝置。 音頻功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電部分定義為(3)。
假定D類放大器(2)是單端型的，用于支持這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源(1) 將是雙干線電源。本發(fā)明的主要目的是通過一種巧妙的辦法解決前面討論的 干線抽運(yùn)問題，這樣單端D類放大器結(jié)構(gòu)將更有吸引力。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施方式中，SRM (6)(電源干線鏡像)轉(zhuǎn)換器與電源(2)同時(shí)運(yùn)行。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施如圖8所示。正極電源干線連接到第一電容(15) 與第一對MOSFET (8)和(9)的漏極之間的連接點(diǎn)上。(8)的源極連接到 第一變壓器線圈(12)的第一終端上，并且(9)的源極連接到第二變壓器 線圈(13)的第一終端上。兩個(gè)變壓器線圈的第二終端(12)和(13)連接 到公共點(diǎn)(0)。兩個(gè)線圈通過由磁性材料制成的變壓器鐵心(14)互相耦合。 負(fù)極電源干線連接到第二電容(15)與第二對MOSFET (10)和(11)的源 極之間的連接點(diǎn)上。(10)的漏極連接到變壓器線圈(12)與(8)的源極之 間的連接點(diǎn)上。(11)的漏極連接到變壓器線圈(13)與(9)的源極之間的 連接點(diǎn)上。兩個(gè)電容通過公共點(diǎn)(0)與兩個(gè)變壓器線圈連接。
當(dāng)處于運(yùn)行的狀態(tài)并且晶體管8-11依照圖15處于ON/OFF(開啟/中止) 的狀態(tài)時(shí)，電路會(huì)通過兩條電源干線的相互映射來消除電源抽運(yùn)。在第一個(gè) 循環(huán)中，晶體管8和ll處于ON狀態(tài)。連接電容15的正極電源千線將連接 到變壓器線圈12。同樣的，電容16兩端的負(fù)極電源電壓會(huì)加在變壓器線圈 13上。由于兩個(gè)線圈是以l: l的比例互相耦合的，所以任何正極和負(fù)極干 線電壓的幅度差異都會(huì)引起負(fù)載電流從具有最大幅度的干線流向另一條干 線。在下一個(gè)循環(huán)中會(huì)執(zhí)行同樣的操作，但此時(shí)晶體管9和10處于ON狀 態(tài)。這種操作方式保證了變壓器14的均衡。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，晶體管8-ll在零電壓切換(ZVS)的 情況下處于ON或OFF的狀態(tài)。在這種情況下通過切換晶體管，則與ON和 OFF轉(zhuǎn)換有關(guān)的損耗可以被忽略。通過以一種方式調(diào)整變壓器構(gòu)造的磁化電 感(14)來實(shí)現(xiàn)晶體管的零電壓切換是有可能的，這種方式是使晶體管兩端 的電壓在下一次轉(zhuǎn)換發(fā)生前完全反向的方式。如圖15所示有必要在晶體管 處于ON狀態(tài)的信號之間設(shè)置一個(gè)小的空載時(shí)間，來允許ZVS的完成。
必須在空載時(shí)間窗口之內(nèi)使晶體管兩端的電壓完全反向的磁化電流由 下式給出
<formula>formula see original document page 15</formula>
其中Cw。de是電路節(jié)點(diǎn)的堆積容性負(fù)載，Vos是在此特殊節(jié)點(diǎn)處需要在空
閑時(shí)間內(nèi)被反向的電壓的幅值。式(8)是近似式，并且只有在空閑時(shí)間比
開關(guān)的接通時(shí)間小很多的情況下才成立。還應(yīng)該記住的是CN。de容量高度依
賴于電壓。(例如MOSFET的輸出容量和二極管的正極-負(fù)極容量)。
將磁化電流轉(zhuǎn)化成磁化電感得到-
將(8)代入(9):<formula>formula see original document page 15</formula>
這樣，非理想變壓器(14)的磁化電感可以用來促進(jìn)ZVS轉(zhuǎn)換。由于 實(shí)際的變壓器中也存在線圈之間的非理想連接，該非連接變壓器磁通量可以 認(rèn)為是與變壓器線圈串聯(lián)的寄生電感。該電感一般被認(rèn)為是漏電感。
根據(jù)本發(fā)明，還可能在SRM中形成電流，從而使零電流切換(ZCS) 成為可能(忽略變壓器的磁流)。ZCS可以通過利用變壓器的漏電感和電容 15與電容16的諧振回路來實(shí)現(xiàn)。電流諧振必須經(jīng)歷全波振蕩，這意味著理 想電流的形式將是平方正弦曲線。諧振回路必須遵從
在一些應(yīng)用中，不能通過控制電容15和電容16的取值來調(diào)節(jié)諧振電流 的轉(zhuǎn)換。這種情況下，可以依據(jù)本發(fā)明使用濾波器，該濾波器根據(jù)高頻電磁 感應(yīng)把電容15和16從電源干線分離(圖9)。該分離通過在電容15和正極 電源干線之間添加電感17以及在電容16和負(fù)極電源干線之間添加電感18 來完成。通過這種方法，電路的高頻特性以及電容15與電容16和漏電感之
間的諧振頻率被控制。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式如圖IO所示。晶體管30和晶體管31同 電容28和電容29構(gòu)成半橋結(jié)構(gòu)。變壓器線圈23連在晶體管30和31與電 容28和29的連接點(diǎn)之間。變壓器線圈21的第一終端與二極管26的正極和 二極管25的負(fù)極相連。變壓器線圈22的第二終端與二極管27的正極和二 極管24的負(fù)極相連。變壓器線圈21的第二終端與變壓器線圈22的第一終 端連在一起，并且連到公共點(diǎn)0。 二極管26和27的負(fù)極連接電容28、晶體 管31和電容33的連接點(diǎn)，該連接點(diǎn)也與正極電源干線連接。二極管24和 25的正極連接到電容29、晶體管30和電容32的連接點(diǎn)，該連接點(diǎn)也與負(fù) 極電源干線連接。電容33和電容32的連接點(diǎn)與公共點(diǎn)0相連。
根據(jù)圖15晶體管以不重疊的接近50%的占空因數(shù)操作。在電源抽運(yùn)的 情況下，電容33或電容32的上的電壓將增加。在電容28和29上也會(huì)發(fā)現(xiàn) 這種電壓增加的現(xiàn)象，但由于電路構(gòu)造的原因，電壓的增加將被分?jǐn)傇谶@兩 個(gè)電容上。晶體管30處于ON狀態(tài)將使電容29兩端的電壓加在變壓器線圈 23上。如果電容33被抽運(yùn)，電容29的電流會(huì)從線圈23變換到線圈22，并 通過二極管24對電容32進(jìn)行充電。在下一個(gè)循環(huán)中，晶體管31將使電容 28兩端的電壓加在變壓器線圈23上。假設(shè)電容33被抽運(yùn)，電容28的電流 會(huì)從線圈23變換到線圈21，并通過二極管25對電容32進(jìn)行充電。電容32 的抽運(yùn)會(huì)引發(fā)與上面描述相似的操作，但這時(shí)二極管26和27代替二極管24 和25來起作用。
如用于本發(fā)明的前面實(shí)施，電路也以相似的方式促進(jìn)晶體管的ZVS。 對如圖IO所示的電路進(jìn)行ZCS操作也是可能的。該電路中的諧振回路 由電容28和電容29連同變壓器14的漏電感一起構(gòu)成。諧振電流是半波正 弦信號并且在下面的條件下引起零電流切換(ZCS)的轉(zhuǎn)換
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例如圖ll所示。在該實(shí)施中，SRM和電源被 集成在同一級上。到現(xiàn)在為止本發(fā)明所提出的所有實(shí)施都能被改變?yōu)榫哂屑?成SRM的電源。這種轉(zhuǎn)換非常簡單，可通過在變壓器結(jié)構(gòu)(14)上添加一 個(gè)線圈(或多個(gè)線圈)來完成。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式可參見圖12，其中電源和SRM已被集成。 附加的電路與如圖9所示的單獨(dú)放置的SRM相比，能夠容易地確定為兩個(gè) 附加的變壓器線圈34和35以及一個(gè)由晶體管36和37實(shí)現(xiàn)的推挽式結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明不局限于使用推挽式電路，同樣可以由如圖13中所示的半橋結(jié)構(gòu)和 圖14中所示的全橋結(jié)構(gòu)的任何初級側(cè)參考電路來實(shí)現(xiàn)。
如前面的討論圖6顯示了功率為2xl25W且負(fù)載阻抗為4ohm的立體聲 裝置的干線電壓變化。該實(shí)例中的干線容量是每干線2x3300uF (總共 4x3300uF)。通過添加如圖9所示的抽運(yùn)消除電路并且除去干線電容(剩余 2x22uF)，如圖16所示電壓變化實(shí)際上已經(jīng)消失了?？吹降男∽兓怯勺杩?電壓在非理想開關(guān)、電感和變壓器線圈中的下降引起的。
權(quán)利要求
1、一種音頻功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(3)，該系統(tǒng)包括電源(1)，該電源(1)具有用于為單端D類放大器(2)供電的正極電源干線(100)和負(fù)極電源干線(200)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括與所述電源干線(100、200)連接的電源抽運(yùn)減少電路(6)，該電源抽運(yùn)減少電路(6)用于通過強(qiáng)制電流從具有較高電壓的干線流向具有較低電壓的干線來重新分配來自所述電源的抽運(yùn)電荷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電源抽運(yùn)減少電路包括高頻 變壓器，該高頻變壓器具有第一線圈和第二線圈，所述第一線圈和第二線圈 在第一循環(huán)和第二循環(huán)期間能夠交替連接到所述正極電源干線和負(fù)極電源 干線(100、 200)，由此使得電流從具有最高電壓的干線轉(zhuǎn)移到具有最低電 壓的干線，同時(shí)均衡所述變壓器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電源抽運(yùn)減少電路還包括幵 關(guān)裝置，該開關(guān)裝置用于在所述第一循環(huán)期間將所述第一線圈連接在所述正 極電源干線與地之間并將所述第二線圈連接在所述負(fù)極電源干線與地之間， 并且該開關(guān)裝置用于在所述第二循環(huán)期間將所述第二線圈連接在所述正極 電源干線與地之間并將所述第一線圈連接在所述負(fù)極電源干線與地之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括與第一變壓器線圈 和第二變壓器線圈并聯(lián)的電容(15、 16)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)裝置包括受控開關(guān)(8、 9、 10、 11)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括開關(guān)控制系統(tǒng)，該開關(guān) 控制系統(tǒng)用于提供兩個(gè)等長度的具有相等間隔且不重疊的脈沖的脈沖序列 來控制所述受控開關(guān)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中控制脈沖是經(jīng)PWM調(diào)制的。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3-7中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)裝 置還包括不受控開關(guān)(24、 25、 26、 27)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電源抽運(yùn)減少電路(6)包括 變壓器，該變壓器具有第一變壓器線圈和第二變壓器線圈(12、 13); 第一電容(15)，連接在第一公共點(diǎn)(0)與第二公共點(diǎn)(100)之間； 第一開關(guān)，連接在所述第二公共點(diǎn)(100)與所述第一變壓器線圈(12)的第一終端之間；第二開關(guān)，連接在所述第二公共點(diǎn)(100)與所述第二變壓器線圈(13) 的第二終端之間；第二電容(16)，連接在所述第一公共點(diǎn)(0)與第三公共點(diǎn)(200)之間；第三開關(guān)(10)，連接在所述第三公共點(diǎn)(200)與所述第一變壓器線圈(12) 上的所述第一終端之間；第四開關(guān)(11)，連接在所述第三公共點(diǎn)(200)與所述第二變壓器線圈(13) 上的所述第二終端之間；以及其中所述第一變壓器線圈(12)的第二終端和所述第二變壓器線圈(13) 的第一終端連接到所述第一公共點(diǎn)(0)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(圖9)，其中所述電源抽運(yùn)減少電路(6) 還包括第一分離濾波器電感(17)，連接在第一公共點(diǎn)(100)與所述正極電源 干線之間；以及第二分離濾波器電感(18)，連接在第二公共點(diǎn)(200)與所述負(fù)極電源 干線之間。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(圖IO)，其中所述電源抽運(yùn)減少電路 (6)包括變壓器，該變壓器具有第一變壓器線圈、第二變壓器線圈和第三變壓器線圈(21、 22、 23);第一電容，連接在第一公共點(diǎn)(0)與第二公共點(diǎn)(100)之間； 第一二極管(26)，該第一二極管(26)的負(fù)極連接到所述第二公共點(diǎn) (100)，并且該第一二極管(26)的正極連接到所述第一變壓器線圈(21)的第一終端；第二二極管(27)，該第二二極管(27)的負(fù)極連接到所述第二公共點(diǎn) (100)，并且該第二二極管(27)的正極連接到第二變壓器線圈(22)的第 二終端；第二電容，連接在所述第一公共點(diǎn)(0)與第三公共點(diǎn)(200)之間； 第三二極管(24)，該第三二極管(24)的正極連接到所述第三公共點(diǎn) (200)，并且該第三二極管(24)的負(fù)極連接到所述第二變壓器線圈(22) 的所述第二終端；第四二極管(25)，該第四二極管(25)的正極連接到所述第三公共點(diǎn) (200)，并且該第四二極管(25)的負(fù)極連接到所述第一變壓器線圈(21) 的所述第一終端；其中所述第一變壓器線圈(21)的第二終端和所述第二變壓器線圈(22) 的第一終端連接到所述第一公共點(diǎn)(0);第三電容(28)，連接在所述第二公共點(diǎn)(100)與所述第三變壓器線圈 (23)的第一終端之間；第四電容(29)，連接在所述第三變壓器線圈的所述第一終端與所述第 三公共點(diǎn)(200)之間；第一開關(guān)(31)，連接在所述第二公共點(diǎn)(100)與所述第三變壓器線圈 (23)的第二終端之間；以及第二開關(guān)(30)，連接在所述第三變壓器線圈的所述第二終端與所述第 三公共點(diǎn)(200)之間。
12、 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述電源抽運(yùn)減少電路 (6)集成在所述電源(7)中。
13、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述變壓器具有第三變壓器線圈 和第四變壓器線圈(34、 35)，并且其中所述電源抽運(yùn)減少電路(6)還包括第五開關(guān)(36)，該第五開關(guān)(36)的第一終端連接到所述第三變壓器 線圈(34)，并且該第五開關(guān)(36)的第二終端連接到功率源(4);第六開關(guān)(37)，該第六開關(guān)(37)的第一終端連接到所述第四變壓器 線圈(35)，并且該第六開關(guān)(37)的第二終端連接到所述功率源(4)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述變壓器具有第三變壓器線圈 (38)，且其中所述電源抽運(yùn)減少電路(6)還包括第三電容(39)，連接在所述第三線圈(38)的第一終端與電源(4)之間；第五開關(guān)(41)，連接在所述第三線圈(38)的第二終端與所述電源(4) 之間；第四電容(40)，連接在所述第三線圈(38)的第一終端與所述電源(4) 之間；第六開關(guān)(42)，連接在所述第三線圈(38)的第二終端與所述電源(4) 之間。
15、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述變壓器具有第三變壓器線圈 (43)，且其中所述電源抽運(yùn)減少電路(6)還包括第五開關(guān)(44)，連接在所述第三線圈(38)的第一終端與電源(4)之間；第六開關(guān)(46)，連接在所述第三線圈(38)的第二終端與所述電源(4) 之間；第七開關(guān)(45)，連接在所述第三線圈(38)的第一終端與所述電源(4) 之間；第八開關(guān)(47)，連接在所述第三線圈(38)的第二終端與所述電源(4) 之間。
16、 根據(jù)權(quán)利要求2-15中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述變壓 器線圈在由磁性材料制成的變壓器鐵心(14)中互相磁耦合。
全文摘要
一種音頻功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(3)，該系統(tǒng)包括用于為單端D類放大器(2)供電的具有正極電源干線(100)和負(fù)極電源干線(200)的電源(1)。該系統(tǒng)還包括與電源干線(100、200)連接的電源抽運(yùn)減少電路(6)，并且該電源抽運(yùn)減少電路用于通過強(qiáng)制電流從具有較高電壓的干線流向具有較低電壓的干線的方式重新分配來自所述電源的抽運(yùn)電荷。根據(jù)本發(fā)明，重新分配電路通常分配來自具有較高電壓的干線的電荷。這意味著對實(shí)際電路來說，抽運(yùn)消除是連續(xù)發(fā)生的，而并不像現(xiàn)有技術(shù)那樣限制每隔一個(gè)循環(huán)出現(xiàn)一次。
文檔編號H03F3/217GK101390286SQ200780006470
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者L·彼得森 申請人:B&O Ice動(dòng)力公司