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轉(zhuǎn)換成高頻 脈沖，按照音頻輸入信號切換輸出。某些丁類放大器使用脈沖寬度調(diào)制器(PWM)來產(chǎn)生連 續(xù)脈沖，該脈沖寬度按照音頻信號幅度而變化。寬度變化的脈沖以固定頻率來切換輸出功 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， 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)計時考慮最多的因素就是環(huán)路的穩(wěn)定性。特別是對于大功 率的丁類功率放大器，由于常在功率開關(guān)級使用高電源電壓來提高輸出的動態(tài)范圍，并直 接將功率開關(guān)的輸出PWM波形反饋回去與輸入進行疊加，對于不同的電源電壓，功率開關(guān) 的輸出PWM波形的幅度不同，導(dǎo)致在電源電壓高的場合，由于輸出動態(tài)范圍過大，反饋到輸 入端與輸入的音頻信號進行疊加后，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；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輸入端，所述電感的 另一端接信號輸出端，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音頻輸入信號加以放大處 理，并輸出音頻輸出信號，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 開關(guān)102 ；低通濾波器103 ；以及在高壓功率開關(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，通過該電平移位104來控制反饋到脈沖寬度調(diào)制器的輸入端的音頻信號的波形幅 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，可通過第一電壓源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，當然也可選擇 其他范圍的電壓值，在該脈沖寬度調(diào)制信號經(jīng)高壓功率開關(guān)102進行功率放大處理后輸出 到低通濾波器103，通過該低通濾波器103驅(qū)動負載阻抗，該負載阻抗可選用揚聲器。為了 能夠擴大高壓功率開關(guān)102的動態(tài)輸出范圍，可采用較高的電壓源來驅(qū)動該高壓功率開關(guān) 102，在本實施例中，可選用第二電壓源Vdd為該高壓功率開關(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，當然也可選用其他范圍的電壓值，此時為了保證丁類 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 后可通過反饋網(wǎng)絡(luò)105將輸出信號反送到輸入端進行疊加，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)置一個電壓源；或 者也可通過一獨立的低壓電源來實現(xiàn)，也就是需要設(shè)置兩個電壓源。當采用由第二電壓源 Vdd來生成第一電壓源Avdd時，可通過線性調(diào)整器來實現(xiàn)一個電壓源來提供兩種不同的電 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半橋輸出級，其中一個半 橋輸出級包括順序連接的脈沖寬度調(diào)制器101 ；高壓功率開關(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與反饋信 號輸入到積分器中，通過積分器對該信號進行求和，再將求和后的信號與參考波進行比較， 產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制波形，高壓功率開關(guān)102包括驅(qū)動電路、M0S器件麗21、M0S器件麗22，其 中驅(qū)動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，而另一半橋輸出級同上述。 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，輸入信號接晶體管MP5和晶體管麗3的柵極，此時晶體管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，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 —端接信號輸 入端，另一端接信號輸出端，而該電容器51 —端接地，另一端接信號輸出端。
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；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輸入端，所述電感的另一端接信號輸出 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，輸出大功率的場合。
文檔編號H03F3/217GK101980443SQ201010513468
公開日2011年2月23日 申請日期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 申請人:徐州泰思電子科技有限公司