脈沖寬度調制音頻功率放大器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及大功率數字功放領域，特別是設及一種脈沖寬度調制音頻功率放 大器。
【背景技術】
[0002] 功率音頻信號放大器是最重要的模擬電子器件之一，它可把低功率的音頻信號放 大為高功率信號。音頻功放從放大原理上分為兩大陣容；傳統的模擬電路功放和近幾年出 現的數字電路功放。模擬電路功放包括了A類、B類、AB類型的音頻信號放大器，它們W音 質甜美和技術成熟的特點在音頻領域內數十年里獨領風騷。
[0003] 但此類功率放大器最致命的缺點就是電源轉換效率低。因為信號輸出的能量由電 源提供，所W兩者之間存在轉換效率問題。A類放大器的理論轉換效率是25%。例如電源 提供100W能量，僅有25W能夠轉換為有用信號，其它能量則轉換為熱能或無用信號（亦稱 干擾信號）。A類轉換方式導致電源利用效率低、設備復雜、體積大、能耗嚴重等弊病，而且 實際使用的A類功率放大器的效率僅在百分之十幾。B類、AB類型的音頻信號放大器的理 論效率分別是50%和78. 5%，實際使用只在40%和60%W下。
[0004] 因此，提高現行功率音頻放大器的效率是音頻領域最重要的生存空間，隨著A類、 B類、AB類型的音頻信號放大器生存空間的逐漸萎縮，近年來國外研究機構開始投巨資研 發(fā)D類放大器，并占據了中國幾乎全部的數字功放市場。
[0005] 由于國內市場此類產品目前還基本停留在概念階段，國內廠商很少有能力單獨研 發(fā)生產，部分廠商也只是照搬了國外的傳統D類設計方案。
[0006] D類音頻放大器即脈沖式開關量放大器，具有超過90%的電源能量轉換效率，符 合市場對綠色能源需求，造成近幾年快速的發(fā)展。而且因為高效，D類放大器體積可W做得 很小，可W減小散熱器的體積甚至不用散熱器，順應了設備輕薄小的發(fā)展趨勢。
[0007] D類放大器依靠其優(yōu)勢，正在迅速占領原來傳統A類和AB類放大器的市場。該就 是目前中國模擬電路設計企業(yè)所面臨的困局；在高端領域無法與國際大廠競爭，在低端市 場由于數字化技術的發(fā)展和國外廠商向低端侵襲而難W為繼。
[000引另外，時至今日，國際流行的A類、B類、AB類W及D類音頻功率放大器，采用的都 是將電源及放大器獨立設計的方式，或者說功放、電源電路是按照各自給定的參數進行設 計的兩個獨立子系統。由于整個系統的效率和各子系統效率之間是倍乘的關系。比如，設電 源轉換效率n1 = 90 %，功率放大器的轉換效率n2 = 80%，看起來兩者效率比較高。但 整機效率n=nixn2只有72%。若考慮到功放、電源電路之間的禪合，整機效率還會更 低?，F在市面上標榜的一體化機，也僅僅是將功放、電源電路做在一塊電路板上而已，其各 自仍然是獨立的部分。
[0009] 因此亟需提供一種新型的真正地將功放、電源一體化設計且功放效率高的音頻功 率放大器來解決上述問題。 【實用新型內容】
[0010] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種脈沖寬度調制音頻功率放大器，能夠 實現信號放大、驅動、功放輸出W及供電電源真正意義上的一體化。
[0011] 為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是；提供一種脈沖寬度調 制音頻功率放大器，包括依次相連的線性隔離模塊、PWM放大調制厚膜、懸浮驅動模塊、高壓 功率橋、己特沃斯濾波器，音頻信號輸入端連接線性隔離模塊輸入端，己特沃斯濾波器輸出 端連接音頻功率放大器的負載，音頻功率放大器的供電電源分別經過橋式整流電路、LPF、 雙閉環(huán)APFC電路后送至PWM放大調制厚膜、懸浮驅動模塊、高壓功率橋、己特沃斯濾波器， PWM放大調制厚膜、懸浮驅動模塊、高壓功率橋及己特沃斯濾波器構成D類橋式功放放大器 拓撲結構。
[0012] 在本實用新型一個較佳實施例中，所述線性隔離模塊包括線性光電隔離集成電 路、精密隔離放大器集成電路。
[0013] 線性光電隔離集成電路由依次相連的輸入差分電路、偏置電路、輸出跟隨器組成， 偏置電路由兩個光禪電路并聯組成，輸入差分電路構成積分器，其輸出端并聯第一光禪電 路、第二光禪電路，兩個光禪電路的輸出端并聯連接輸出跟隨器的正輸入端。線性光電隔離 集成電路采用雙通道光禪工作方式，在實現線性傳輸的同時，對高低壓供電電源進行了隔 離，且增寬了電路的線性輸出范圍。
[0014] 精密隔離放大器集成電路由隔離放大器、高增益放大器組成，隔離放大器采用片 內變壓器禪合方式隔離，片內變壓器輸出端連接高增益放大器。精密隔離放大器集成電路 對信號的輸入和輸出進行電氣隔離。
[0015] 在本實用新型一個較佳實施例中，PWM放大調制厚膜由基準電壓產生電路、S角波 振蕩器、間歇期調整電路、誤差放大器、PWM比較器W及FET輸出驅動電路組成，間歇期調整 電路由觸發(fā)器、鎖存器及欠壓鎖定電路組成，誤差放大器的負輸入端連接信號輸入端、正輸 入端連接基準電壓產生電路、輸出端連接PWM比較器的負輸入端，=角波振蕩器的輸出端 分別連接PWM比較器的正輸入端、觸發(fā)器的輸入端，PWM比較器的輸出端連接鎖存器，間歇 期調整電路連接FET輸出驅動電路。PWM放大調制厚膜用于PWM信號的產生與調制。
[0016] 在本實用新型一個較佳實施例中，懸浮驅動模塊對PWM放大調制厚膜調制后的 PWM信號采用懸浮驅動方式。
[0017] 在本實用新型一個較佳實施例中，高壓功率橋采用全橋或者半橋式功率輸出拓 撲方式，橋式電路的每臂上采用大功率金屬氧化物半導體場效應晶體管或IGBT管做功率 輸出器件。全橋式功率輸出拓撲方式簡稱H輸出方式，H方式浮動輸出載波峰-峰值可達 2VCC，充分利用了電源電壓，有效提高了輸出效率。
[0018] 在本實用新型一個較佳實施例中，己特沃斯濾波器為二階或四階低通濾波器。由 于高壓功率橋的H輸出方式中含有高頻成分，因此在接負載時需要進行低通濾波。
[0019] 在本實用新型一個較佳實施例中，雙閉環(huán)APFC電路采用電流環(huán)與電壓環(huán)雙回路 閉環(huán)控制電路，使電源電流主動跟蹤電源輸入電壓并及時自動調整，保持兩者之間的相位 同步，電源轉換效率接近100%。
[0020] 在本實用新型一個較佳實施例中，所述脈沖寬度調制音頻功率放大器采用供電電 源自適應方式，適應任何電壓值的工頻電壓。將市電高壓直接供給音頻功放，取消了現行功 放賴w工作的工頻變壓器和大功率開關電源變壓器，同時也就減少了各種變壓器帶來的能 量損耗及干擾，提高了電源利用率。
[002U 本實用新型的有益效果是；本實用新型將電源、PWM功放、APFC技術和DSP技術融 為一體，功放電路、調制電路和電源電路之間無界限，取消了市電與功放電路的降壓低頻隔 離方案，在功放后級采用懸浮驅動技術，在前置放大級則采用光隔離器，極大地提高了功放 的效率及電源利用效率，減小了放大器各個部分由于相互禪合帶來的各種噪聲干擾，使設 備的Effl得到極大的改善，真正實現了信號放大、驅動、功放輸出化及供電電源的一體化。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本實用新型脈沖寬度調制音頻功率放大器一較佳實施例的結構框圖；
[0023] 圖2是所述雙閉環(huán)APFC電路的電路原理圖；
[0024] 圖3是所述線性光電隔離集成電路的電路原理圖；
[0025] 圖4是所述精密隔離放大器集成電路的電路原理圖；
[0026] 圖5是所述D類橋式功放放大器拓撲結構框圖；
[0027] 圖6是所述PWM放大調制厚膜的電路原理圖；
[002引圖7是所述高壓功率橋及己特沃斯濾波器的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，W使本實用新型的優(yōu)點 和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確 的界定。
[0030] 請參閱圖1，本實用新型實施例包括：
[0031] 一種脈沖寬度調制音頻功率放大器，包括依次相連的線性隔離模塊、PWM(Pulse Wi化hMo化lation，脈沖寬度調制）放大調制厚膜、懸浮驅動模塊、高壓功率橋、己特沃斯濾 波器，音頻信號輸入端連接線性隔離模塊輸入端，己特沃斯濾波器輸出端連接音頻功率放 大器的負載，音頻功率放大器的供電電源分別經過橋式整流電路、LPF(LowPassFilter, 低通濾波器）、雙閉環(huán)APFC電路后送至PWM放大調制厚膜、懸浮驅動模塊、高壓功率橋、己特 沃斯濾波器，PWM放大調制厚膜、懸浮驅動模塊、高壓功率橋及己特沃斯濾波器構成D類橋 式功放放大器拓撲結構。
[0032] 所述脈沖寬度調制音頻功率放大器采用供電電源自適應方式，適應任何電壓值的 工頻電壓。電源輸入端采用小功率開關電源集成電路，將市電高壓直接供給音頻功放，取消 了現行功放賴W工作的工頻變壓器和大功率開關電源變壓器，同時也就減少了各種變壓器 帶來的能量損耗及干擾，提高了電源利用率。
[0033] 由于本實用新型設計在直流電源供給部分取消了流行的脈沖式開關電源W及經 典的變壓器整流電源，同時取消了現有技術中的低壓供電設計音頻功率放大器的模式，將 市電高壓直接供給音頻功放，在取消了脈沖式開關電源W及變壓器整流電源所必需的高 頻、低頻變壓器后，交流-直流變換電路即本實用新型中的整流器僅由非線性不控二極管 或娃整流元件構成，其工作方式將導致輸入電流高頻諧波分量極高，對電網的污染嚴重， 并使交流網側電壓產生崎變，影響其它電器正常工作，因此本實用新型對電源的設計部分 采用了有源功率因數校正技術APFC(ActivePFC)。電源經過整流器的交流-直流變換、LPF(低通濾波器）的濾波后送至雙閉環(huán)APFC電路。
[0034] 請參閱圖2,輸入電壓經過EMI濾波器濾波后送至整流器，整流器為單相橋式，主 電路采用DC/DC變換電路，控制電路含電壓誤差放大器、電流誤差放大器、模擬乘法器和固 定頻率的PWM控制器。內環(huán)（電流輸入經PWM控制器到S及電感L)為電流環(huán)，完成對Boost 電感電流IL的采樣，并采用單周期控制模式控制PWM信號的占空比。外環(huán)（輸入電壓采樣 到乘法器、輸出電壓采用經比較器到乘法器）為電壓環(huán)，完成輸入電壓與輸出電壓的采樣。 由于整個電路采