專利名稱：一種新型大功率丁類音頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種大功率放大器，尤其涉及一種新型大功率丁類音頻功率放大
o
背景技術(shù)：
目前，AB類功率放大器和丁類功率放大器是音頻功率放大器的基本電路形式，其 中丁類功率放大器的效率比AB類功率放大器的效率高二到五倍，因此，在大功率應(yīng)用中， 為了降低內(nèi)部消耗，廣泛采用丁類功率放大器。丁類功率放大器可將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻 脈沖，按照音頻輸入信號(hào)切換輸出。某些丁類放大器使用脈沖寬度調(diào)制器(PWM)來(lái)產(chǎn)生連 續(xù)脈沖，該脈沖寬度按照音頻信號(hào)幅度而變化。寬度變化的脈沖以固定頻率來(lái)切換輸出功 率晶體管，其它丁類功率放大器可依靠其它類型的脈沖調(diào)制器。丁類功率放大器主要應(yīng)用 在音頻功率放大領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)可分為開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)，由于閉環(huán)結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)點(diǎn)， 例如能提高放大器的SNR(Signal to NoiseRatio，信噪比)，以及得到較低的總諧波失真 (THD)，因此在丁類功率放大器中經(jīng)常使用該閉環(huán)結(jié)構(gòu)。由于閉環(huán)結(jié)構(gòu)使用了反饋環(huán)路，容 易引起環(huán)路的不穩(wěn)定，因此在設(shè)計(jì)時(shí)考慮最多的因素就是環(huán)路的穩(wěn)定性。特別是對(duì)于大功 率的丁類功率放大器，由于常在功率開(kāi)關(guān)級(jí)使用高電源電壓來(lái)提高輸出的動(dòng)態(tài)范圍，并直 接將功率開(kāi)關(guān)的輸出PWM波形反饋回去與輸入進(jìn)行疊加，對(duì)于不同的電源電壓，功率開(kāi)關(guān) 的輸出PWM波形的幅度不同，導(dǎo)致在電源電壓高的場(chǎng)合，由于輸出動(dòng)態(tài)范圍過(guò)大，反饋到輸 入端與輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行疊加后，容易導(dǎo)致放大器環(huán)路的不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)存丁類功率放大器技術(shù)上的穩(wěn)定性較差的一些問(wèn)題，本發(fā)明提供了一 種新型大功率丁類音頻功率放大器，通過(guò)控制反饋到脈沖寬度調(diào)制器的輸入端的PWM波形 的幅度，極大提高丁類功率放大器的穩(wěn)定性。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該新型大功率丁類音頻功率放大 器包括脈沖寬度調(diào)制器，高壓功率開(kāi)關(guān)、低通濾波器、電感和電容器、參考波產(chǎn)生器、反饋網(wǎng) 絡(luò)、第一電壓源AVdd、第二電壓源Vdd、電平移位器、晶體管MP1，晶體管MP2，晶體管MP3，晶 體管MP4，晶體管MP5，晶體管麗1，晶體管麗2，晶體管麗3。所述的電平移位器的輸入端與所述高壓功率開(kāi)關(guān)的輸出端連接，該電平移位器的 輸出端與所述脈沖寬度調(diào)制器的輸入端連接，用于控制反饋到所述脈沖寬度調(diào)制器的輸入 的PWM波形的幅度。該種新型大功率丁類音頻功率放大器設(shè)置有第一電壓源AVdd和第二電壓源Vdd， 第一電壓源Avdd用于給所述脈沖寬度調(diào)制器提供電力；第二電壓源Vdd用于給所述高壓功 率開(kāi)關(guān)提供電力；所述第一電壓源Avdd的電壓設(shè)置在3. 3伏至5伏之間，所述第二電壓源 Vdd的電壓設(shè)置在8伏至30伏之間。該種新型大功率丁類音頻功率放大器在反饋回路上另設(shè)有反饋網(wǎng)絡(luò)，用于將從所
3述高壓功率開(kāi)關(guān)的輸出端輸出的PWM波形反送到所述脈沖寬度輸入端進(jìn)行疊加。所述脈沖寬度調(diào)制器連接的參考波產(chǎn)生器，用于給所述脈沖寬度調(diào)制器提供三角 參考波。所述電平移位器包括晶體管MP1，晶體管MP2，晶體管MP3，晶體管MP4，晶體管 MP5，晶體管麗1，晶體管麗2，以及晶體管麗3。所述晶體管MP5的源極接所述第二電壓源 Vdd ；所述晶體管麗3的源極接參考地電位；所述晶體管MP5的漏極接所述晶體管麗3的漏 極，輸入信號(hào)接所述晶體管MP5和所述晶體管麗3的柵極；所述晶體管MP4和所述晶體管 麗2的柵極接所述晶體管MP5和晶體管麗3的漏極；所述晶體管MP1和所述晶體管MP2的 源極接第一電壓源Avdd ；所述晶體管MP1的柵極接所述晶體管MP4和所述晶體管麗2的漏 極；所述晶體管MP2的柵極接所述晶體管MP3和所述晶體管麗1的漏極；所述晶體管MP1的 漏極接所述晶體管MP3的源極；所述晶體管MP2的漏極接所述晶體管MP4的源極；所述晶體 管MP3的漏極與所述晶體管麗1的漏極相連，所述晶體管MP4和所述晶體管麗2的漏極相 連；所述晶體管MP3和所述晶體管MN1的柵極連接在一起接輸入信號(hào)；所述晶體管Mm和所 述晶體管麗2的源極接參考地電位，所述晶體管MP1、所述晶體管MP2、所述晶體管MP3、所述 晶體管MP4的襯底接所述第一電壓源Avdd，所述晶體管MP5的襯底接所述第二電壓源Vdd， 所述晶體管麗1、所述晶體管麗2、所述晶體管麗3的襯底接參考地電位。所述晶體管MP1、 晶體管MP2、晶體管MP3、晶體管MP4、以及晶體管MP5為PM0S晶體管，所述晶體管麗1、晶體 管麗2、晶體管麗3為NM0S晶體管。所述低通濾波器設(shè)有電感和電容器，所述電感的一端接信號(hào)輸入端，所述電感的 另一端接信號(hào)輸出端，所述電容器的一端接地，所述電容器的另一端接信號(hào)輸出端。本發(fā)明的有益效果該種新型大功率丁類音頻功率放大器通過(guò)在丁類功率放大器 的反饋回路上設(shè)置電平移位器，能夠有效控制反饋到脈沖寬度調(diào)制器的輸入端的PWM波形 的幅度，極大提高了丁類功率放大器的穩(wěn)定性，使該丁類放大器可適用于使用高電壓源，輸 出大功率的場(chǎng)合。


圖1為本發(fā)明的丁類功率放大器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的丁類功率放大器全橋輸出結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的電平移位器的具體電路結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明的電平移位器的功能圖；圖5為本發(fā)明的低通濾波器的電路圖。
具體實(shí)施例方式在圖中，該種新型大功率丁類音頻功率放大器用于對(duì)音頻輸入信號(hào)加以放大處 理，并輸出音頻輸出信號(hào)，丁類功率放大器包括順序連接的脈沖寬度調(diào)制器101 ；高壓功率 開(kāi)關(guān)102 ；低通濾波器103 ；以及在高壓功率開(kāi)關(guān)102的輸出端和脈沖寬度調(diào)制器101的輸 入端之間連接的電平移位器104，也就是在丁類功率放大器的反饋回路上設(shè)置一電平移位 器104，通過(guò)該電平移位104來(lái)控制反饋到脈沖寬度調(diào)制器的輸入端的音頻信號(hào)的波形幅 度，該丁類功率放大器還包括與脈沖寬度調(diào)制器101連接的參考波產(chǎn)生器106，用于給脈沖
4寬度調(diào)制器101提供三角參考波。上述的脈沖寬度調(diào)制器101用于將音頻輸入信號(hào)的振幅變化變換成脈沖寬度的 變化，并得到脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，可通過(guò)第一電壓源Avdd為脈沖寬度調(diào)制器101提供電力， 該第一電壓源Avdd為一低壓電壓源，該電壓值可設(shè)置在3. 3伏至5伏之間，當(dāng)然也可選擇 其他范圍的電壓值，在該脈沖寬度調(diào)制信號(hào)經(jīng)高壓功率開(kāi)關(guān)102進(jìn)行功率放大處理后輸出 到低通濾波器103，通過(guò)該低通濾波器103驅(qū)動(dòng)負(fù)載阻抗，該負(fù)載阻抗可選用揚(yáng)聲器。為了 能夠擴(kuò)大高壓功率開(kāi)關(guān)102的動(dòng)態(tài)輸出范圍，可采用較高的電壓源來(lái)驅(qū)動(dòng)該高壓功率開(kāi)關(guān) 102，在本實(shí)施例中，可選用第二電壓源Vdd為該高壓功率開(kāi)關(guān)提供電力，該第二電壓源Vdd 的電壓值可設(shè)置在8伏至30伏之間，當(dāng)然也可選用其他范圍的電壓值，此時(shí)為了保證丁類 功率放大器環(huán)路的穩(wěn)定性，需要有效地控制反饋到脈沖寬度調(diào)制器101的輸入端的PWM波 形的幅度，也就是可通過(guò)該電平移位器104把高源電壓的電平轉(zhuǎn)換成低電壓電平輸出，然 后可通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)105將輸出信號(hào)反送到輸入端進(jìn)行疊加，反饋網(wǎng)絡(luò)105可選用反饋電阻 R31，該反饋電阻R31連接在電平移位器104的輸出端0UTP_FIN與種分器的輸入端之間。上述第一電壓源Avdd可以由第二電壓源Vdd產(chǎn)生，也就是只設(shè)置一個(gè)電壓源；或 者也可通過(guò)一獨(dú)立的低壓電源來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是需要設(shè)置兩個(gè)電壓源。當(dāng)采用由第二電壓源 Vdd來(lái)生成第一電壓源Avdd時(shí)，可通過(guò)線性調(diào)整器來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)電壓源來(lái)提供兩種不同的電 壓。該種新型大功率丁類音頻功率放大器全橋輸出包括兩個(gè)半橋輸出級(jí)，其中一個(gè)半 橋輸出級(jí)包括順序連接的脈沖寬度調(diào)制器101 ；高壓功率開(kāi)關(guān)102 ；低通濾波器103，其中脈 沖寬度調(diào)制器101包括前置放大器；積分器和PWM比較器，前置放大器的輸出信號(hào)與反饋信 號(hào)輸入到積分器中，通過(guò)積分器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行求和，再將求和后的信號(hào)與參考波進(jìn)行比較， 產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制波形，高壓功率開(kāi)關(guān)102包括驅(qū)動(dòng)電路、M0S器件麗21、M0S器件麗22，其 中驅(qū)動(dòng)電路的輸入端接收脈沖寬度調(diào)制波，M0S器件麗21源極接第二電壓源Vdd，M0S器件 麗22的源極接參考地電位，驅(qū)動(dòng)電路使用第二電壓源Vdd，M0S器件麗21和M0S器件麗22 的柵極與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，而M0S器件麗21和M0S器件麗22的漏極與低通濾波器 連接，上面只描述了全橋輸出結(jié)構(gòu)中的半橋輸出級(jí)，而另一半橋輸出級(jí)同上述。 電平移位器104包括晶體管MP1、晶體管MP2、晶體管MP3、晶體管MP4、晶體管MP5、 晶體管麗1、晶體管麗2、以及晶體管麗3。其中晶體管MP1、晶體管MP2、晶體管MP3、晶體管 MP4、晶體管MP5可選用PM0S晶體管，晶體管麗1、晶體管麗2、晶體管麗3可選用NM0S晶體 管，晶體管MP5的源極接第二電壓源Vdd，晶體管麗3的源極接參考地電位，晶體管MP5的漏 極接晶體管麗3的漏極，輸入信號(hào)接晶體管MP5和晶體管麗3的柵極，此時(shí)晶體管MP5和晶 體管麗3構(gòu)成反相器。 該反相器的輸出接晶體管MP4和晶體管麗2的柵極，晶體管MP1和晶體管MP2的 源極接第一電壓源Avdd，晶體管MP1的柵極接晶體管MP4和晶體管麗2的漏極，晶體管MP2 的柵極接晶體管MP3和晶體管麗1的漏極，晶體管MP1的漏極接晶體管MP3的源極，晶體管 MP2的漏極接晶體管MP4的源極，晶體管MP3的漏極與晶體管麗1的漏極相連，晶體管MP4 和晶體管MN2的漏極相連，晶體管MP3和晶體管MN1的柵極連接在一起接輸入信號(hào)，晶體管 麗1和晶體管麗2的源極接參考地電位，其中晶體管MP1、晶體管MP2、晶體管MP3、晶體管 MP4的襯底接第一電壓源Avdd，晶體管MP5襯底接第二電壓源Vdd，晶體管麗1、晶體管麗2、晶體管MN3的襯底接參考地電位。 0UTP輸入幅度為0到Vdd的方波，經(jīng)過(guò)電平移位器104的處理后，0UTP_FIN輸出 得到0到Avdd的方波，該低通濾波器103包括電感52和電容器51，電感52 —端接信號(hào)輸 入端，另一端接信號(hào)輸出端，而該電容器51 —端接地，另一端接信號(hào)輸出端。
權(quán)利要求
一種新型大功率丁類音頻功率放大器，該種新型大功率丁類音頻功率放大器包括脈沖寬度調(diào)制器，高壓功率開(kāi)關(guān)、低通濾波器、電感和電容器、參考波產(chǎn)生器、反饋網(wǎng)絡(luò)、第一電壓源AVdd、第二電壓源Vdd、電平移位器、晶體管MP1，晶體管MP2，晶體管MP3，晶體管MP4，晶體管MP5，晶體管MN1，晶體管MN2，晶體管MN3，其特征是所述的電平移位器的輸入端與所述高壓功率開(kāi)關(guān)的輸出端連接，該電平移位器的輸出端與所述脈沖寬度調(diào)制器的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型大功率丁類音頻功率放大器，其特征是所述的第 一電壓源Avdd的電壓設(shè)置在3. 3伏至5伏之間，所述第二電壓源Vdd的電壓設(shè)置在8伏至 30伏之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型大功率丁類音頻功率放大器，其特征是所述參考 波產(chǎn)生器與脈沖寬度調(diào)制器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型大功率丁類音頻功率放大器，其特征是所述電平 移位器包括晶體管MP1，晶體管MP2，晶體管MP3，晶體管MP4，晶體管MP5，晶體管麗1，晶體 管麗2，以及晶體管麗3，所述晶體管MP5的源極接所述第二電壓源Vdd ；所述晶體管麗3的 源極接參考地電位；所述晶體管MP5的漏極接所述晶體管MN3的漏極，輸入信號(hào)接所述晶體 管MP5和所述晶體管麗3的柵極；所述晶體管MP4和所述晶體管麗2的柵極接所述晶體管 MP5和晶體管麗3的漏極；所述晶體管MP1和所述晶體管MP2的源極接第一電壓源Avdd ；所 述晶體管MP1的柵極接所述晶體管MP4和所述晶體管麗2的漏極；所述晶體管MP2的柵極 接所述晶體管MP3和所述晶體管MN1的漏極；所述晶體管MP1的漏極接所述晶體管MP3的 源極；所述晶體管MP2的漏極接所述晶體管MP4的源極；所述晶體管MP3的漏極與所述晶體 管麗1的漏極相連，所述晶體管MP4和所述晶體管麗2的漏極相連；所述晶體管MP3和所述 晶體管MN1的柵極連接在一起接輸入信號(hào)；所述晶體管MN1和所述晶體管MN2的源極接參 考地電位，所述晶體管MP1、所述晶體管MP2、所述晶體管MP3、所述晶體管MP4的襯底接所述 第一電壓源Avdd，所述晶體管MP5的襯底接所述第二電壓源Vdd，所述晶體管麗1、所述晶體 管麗2、所述晶體管麗3的襯底接參考地電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型大功率丁類音頻功率放大器，其特征是所述晶體 管MP1、晶體管MP2、晶體管MP3、晶體管MP4、以及晶體管MP5為PM0S晶體管，所述晶體管 麗1、晶體管麗2、晶體管麗3為NM0S晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型大功率丁類音頻功率放大器，其特征是，所述低通 濾波器包括電感和電容器，所述電感的一端接信號(hào)輸入端，所述電感的另一端接信號(hào)輸出 端，所述電容器的一端接地，所述電容器的另一端接信號(hào)輸出端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型大功率丁類音頻功率放大器。該新型大功率丁類音頻功率放大器包括脈沖寬度調(diào)制器，高壓功率開(kāi)關(guān)、低通濾波器、電感和電容器、參考波產(chǎn)生器、第一電壓源AVdd、第二電壓源Vdd、電平移位器、晶體管MP1，晶體管MP2，晶體管MP3，晶體管MP4，晶體管MP5，晶體管MN1，晶體管MN2，晶體管MN3。該種新型大功率丁類音頻功率放大器通過(guò)在丁類功率放大器的反饋回路上設(shè)置電平移位器，能夠有效控制反饋到脈沖寬度調(diào)制器的輸入端的PWM波形的幅度，極大提高了丁類功率放大器的穩(wěn)定性，使該丁類放大器可適用于使用高電壓源，輸出大功率的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H03F3/217GK101980443SQ201010513468
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者莊磊, 蔡孟霏 申請(qǐng)人:徐州泰思電子科技有限公司