基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，包括依次連接的信號輸入級、比較器、大功率開關(guān)電路、LC低通濾波器和負載。其音頻輸出方法是輸入信號先由信號輸入級將輸入信號進行放大處理，并輸入到比較器的正相端；來自大功率開關(guān)電路的模擬量信號輸送至比較器的反相端；反相端的電壓和正相端的電壓進行比較產(chǎn)生初級PWM信號；再通過大功率開關(guān)電路中的驅(qū)動電路轉(zhuǎn)變成大功率PWM信號；通過LC低通濾波器消除大功率PWM信號中的干擾成分，并輸送至負載。與傳統(tǒng)音頻功率放大器相比，本音頻功率放大器輸出音質(zhì)更好，應(yīng)用范圍更廣。
【專利說明】
基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及音頻輸出技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的音頻功率放大器在實際生活的應(yīng)用中，常常存在以下不足:
[0003](I)效率低，其輸出的功率難以滿足現(xiàn)代高級音響的需求；
[0004](2)由于模擬功放中的功放管內(nèi)阻較大，所以在匹配不同阻值的揚聲器時，模擬功放電路的工作狀態(tài)會受到負載(即揚聲器)大小的影響，輸出不穩(wěn)定；
[0005](3)傳統(tǒng)音頻功率放大器多存在由于對管配對及各級調(diào)整不佳產(chǎn)生的過零、交越失真等現(xiàn)象，同時也存在由于晶體管在小電流時的非線性特性而引起的在輸出波形正負交叉處的失真現(xiàn)象；
[0006](4)大功率輸出需要龐大的散熱系統(tǒng)做后盾，但系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)較大時，無法滿足家庭AV對設(shè)備的要求，因此難以得到應(yīng)用。
[0007](5)D類數(shù)字功放采用高頻三角鋸齒波形形式，由于周期的頻率固定，無法修正超調(diào)量。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輸出音質(zhì)好、應(yīng)用范圍廣的基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器。
[0009]本實用新型的技術(shù)方案為:一種基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，包括依次連接的信號輸入級、比較器、大功率開關(guān)電路、LC低通濾波器和負載；
[0010]信號輸入級用于處理作為輸入信號的音頻功率放大器的各種音源信號，提高共模抑制比和抗干擾能力；
[0011]比較器用于輸出正脈沖或負脈沖，以驅(qū)動大功率開關(guān)電路；當正相的電平高于反向的電平時，輸出正脈沖；當正相的電平低于反向的電平時，輸出負脈沖；
[0012]大功率開關(guān)電路輸出兩路信號，一路為通過大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號相同的音頻信號提供給負載，另一路為通過積分器還原出與輸入信號成相同幅值的模擬量信號提供給比較器；
[0013]LC低通濾波器用于消除大功率PffM信號的干擾成分，為負載提供音頻驅(qū)動電流。
[0014]所述大功率開關(guān)電路包括相連接的放大電路和驅(qū)動電路;放大電路輸出音頻信號和模擬量信號，音頻信號通過LC低通濾波器輸送至負載，模擬量信號輸送至比較器;驅(qū)動電路將經(jīng)過比較器調(diào)制的初級PWM信號轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β蔖WM信號。
[0015]所述放大電路內(nèi)設(shè)有積分器，積分器用于將輸入信號還原成相同幅值的模擬量信號。
[0016]所述負載與比較器模塊之間還設(shè)有保護電路，用于防止音頻功率放大器內(nèi)電路出現(xiàn)故障對負載產(chǎn)生影響。
[0017]所述LC低通濾波器包括相連接的兩個巴特沃斯濾波器，兩個巴特沃斯濾波器為負載提供音頻驅(qū)動電流，巴特沃斯濾波器保證了全頻段內(nèi)的平滑頻響，可使音頻功率放大器具有良好的動態(tài)響應(yīng)。
[0018]所述音頻功率放大器外接三相高速開關(guān)電源，為音頻功率放大器內(nèi)的各電路單元提供穩(wěn)定的直流電源。
[0019]所述負載為揚聲器。
[0020]所述信號輸入級內(nèi)設(shè)有運算放大器，該運算放大器采用差動的放大電路，對輸入功率放大器的各種音源信號進行處理，提供共模抑制比和抗干擾能力。
[0021]上述基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器的音頻輸出方法，包括以下步驟:
[0022](I)作為輸入信號的音源信號先進入信號輸入級，由信號輸入級將輸入信號進行放大處理，并輸入到比較器的正相端；
[0023](2)來自大功率開關(guān)電路的模擬量信號輸送至比較器的反相端；
[0024](3)反相端的電壓和正相端的電壓進行比較，使比較器的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)并調(diào)制成初級PffM信號；
[0025](4)步驟(3)產(chǎn)生的初級PffM信號通過大功率開關(guān)電路中的驅(qū)動電路轉(zhuǎn)變成大功率PWM信號；
[0026](5)通過LC低通濾波器消除大功率PffM信號中的干擾成分，并輸送至負載。
[0027]其中，大功率開關(guān)電路采用了四個M0SFET，輸出兩路信號，一路通過大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號相同的音頻信號，另一路通過積分器還原出與輸入信號成相同幅值的模擬量信號，但由于積分電路的存在，遠離音頻信號的某些頻段會產(chǎn)生相位差，當這個相位差足夠大時，會令整個電路產(chǎn)生震蕩，但是沒有固定的震蕩頻率，比一般的數(shù)字功放相比，會獲得更大的驅(qū)動能力。
[0028]本音頻功率放大器基于伺服驅(qū)動技術(shù)，利用PFM與PffM(即寬度與頻率)的復(fù)合調(diào)制開關(guān)式，沒有固定的采樣頻率，其載波脈沖調(diào)制寬度隨信號的復(fù)制變化而變化，具體原理為:當輸入信號為零時，由于電路元器件自身的噪音或誤差，令二階積分電路產(chǎn)生在某個頻率上相位滯后180度，比較器的誤差處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而令自身狀態(tài)反正翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生正脈沖或負脈沖，從而驅(qū)動開關(guān)電路產(chǎn)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，而這個脈沖信號通過積分電路形成并與輸入信號相比較，當驅(qū)動開關(guān)電路的狀態(tài)令這個電路的脈沖放大，這個被放大的脈沖信號經(jīng)過積分器還原出相應(yīng)的模擬量信號，并送到比較器的反相端繼續(xù)與輸入信號進行比較；當反相端的電壓比正相端的電壓高時，比較器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)從而驅(qū)動開關(guān)電路，由于積分器在高頻端存在信號滯后，在電路中會產(chǎn)生自激振蕩，自激振蕩的中心頻率將由積分電路決定。
[0029]本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0030]本音頻功率放大器成功將伺服驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用于揚聲器的驅(qū)動系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的音頻功率放大器相比較，取消了三角波采樣的頻率，利用低通濾波器產(chǎn)生的相移，沒有固定的載波頻率，大功率開關(guān)電路可以以更快的速度將輸出偏差值向相反的方向修正?？朔?D類放大器失真大、由于周期的頻率固定而無法修正超調(diào)量的現(xiàn)象，也克服了傳統(tǒng)開關(guān)電路需要等待時鐘信號的下個周期去修正的缺陷。從而使本音頻功率放大器輸出的聲音定位更清晰，音場更寬闊。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本音頻功率放大器的原理示意圖。
[0032]圖2為信號輸入級與比較器的電路原理示意圖。
[0033]圖3為大功率開關(guān)電路中放大電路的原理示意圖。
[0034]圖4為大功率開關(guān)電路中驅(qū)動電路的原理示意圖。
[0035]圖5為保護電路的原理示意圖。
[0036]圖6為三相高速開關(guān)電源提供的供電系統(tǒng)電路原理圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合實施例，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0038]實施例
[0039]本實施例一種基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，如圖1所示，包括依次連接的信號輸入級、比較器、大功率開關(guān)電路、LC低通濾波器和負載；
[0040]信號輸入級用于處理作為輸入信號的音頻功率放大器的各種音源信號，提高共模抑制比和抗干擾能力；
[0041]比較器用于輸出正脈沖或負脈沖，以驅(qū)動大功率開關(guān)電路；當正相的電平高于反向的電平時，輸出正脈沖；當正相的電平低于反向的電平時，輸出負脈沖；
[0042]大功率開關(guān)電路輸出兩路信號，一路為通過大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號相同的音頻信號提供給負載，另一路為通過積分器還原出與輸入信號成相同幅值的模擬量信號提供給比較器；
[0043]LC低通濾波器用于消除大功率PffM信號的干擾成分，為負載提供音頻驅(qū)動電流。
[0044]其中，大功率開關(guān)電路包括相連接的放大電路(其電路原理如圖3所示)和驅(qū)動電路(其電路原理如圖4所示)；放大電路輸出音頻信號和模擬量信號，音頻信號通過LC低通濾波器輸送至負載，模擬量信號輸送至比較器;驅(qū)動電路將經(jīng)過比較器調(diào)制的初級PWM信號轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β蔖WM信號。
[0045]放大電路內(nèi)設(shè)有積分器，積分器用于將輸入信號還原成相同幅值的模擬量信號。
[0046]負載與比較器模塊之間還設(shè)有保護電路(其電路原理如圖5所示)，用于防止音頻功率放大器內(nèi)電路出現(xiàn)故障對負載產(chǎn)生影響。該保護電路可采用與現(xiàn)有音頻功率放大器相同的保護電路。
[0047]LC低通濾波器包括相連接的兩個巴特沃斯濾波器，兩個巴特沃斯濾波器為負載提供音頻驅(qū)動電流，巴特沃斯濾波器保證了全頻段內(nèi)的平滑頻響，可使音頻功率放大器具有良好的動態(tài)響應(yīng)。
[0048]音頻功率放大器外接三相高速開關(guān)電源(形成的供電系統(tǒng)原理如圖6所示)，為音頻功率放大器內(nèi)的各電路單元提供穩(wěn)定的直流電源。
[0049]負載為揚聲器。
[0050]信號輸入級內(nèi)設(shè)有運算放大器，該運算放大器采用差動的放大電路，對輸入功率放大器的各種音源信號進行處理，提供共模抑制比和抗干擾能力。如圖2所示，為信號輸入級與比較器連接的電路原理。
[0051]上述基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器的音頻輸出方法，包括以下步驟:
[0052](I)作為輸入信號的音源信號先進入信號輸入級，由信號輸入級將輸入信號進行放大處理，并輸入到比較器的正相端；
[0053 ] (2)來自大功率開關(guān)電路的模擬量信號輸送至比較器的反相端；
[0054](3)反相端的電壓和正相端的電壓進行比較，使比較器的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)并調(diào)制成初級PffM信號；
[0055](4)步驟(3)產(chǎn)生的初級PffM信號通過大功率開關(guān)電路中的驅(qū)動電路轉(zhuǎn)變成大功率PWM信號；
[0056](5)通過LC低通濾波器消除大功率PffM信號中的干擾成分，并輸送至負載。
[0057]其中，大功率開關(guān)電路采用了四個M0SFET，輸出兩路信號，一路通過大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號相同的音頻信號，另一路通過積分器還原出與輸入信號成相同幅值的模擬量信號，但由于積分電路的存在，遠離音頻信號的某些頻段會產(chǎn)生相位差，當這個相位差足夠大時，會令整個電路產(chǎn)生震蕩，但是沒有固定的震蕩頻率，比一般的數(shù)字功放相比，會獲得更大的驅(qū)動能力。
[0058]本音頻功率放大器基于伺服驅(qū)動技術(shù)，利用PFM與PffM(即寬度與頻率)的復(fù)合調(diào)制開關(guān)式，沒有固定的采樣頻率，其載波脈沖調(diào)制寬度隨信號的復(fù)制變化而變化，具體原理為:當輸入信號為零時，由于電路元器件自身的噪音或誤差，令二階積分電路產(chǎn)生在某個頻率上相位滯后180度，比較器的誤差處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而令自身狀態(tài)反正翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生正脈沖或負脈沖，從而驅(qū)動開關(guān)電路產(chǎn)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，而這個脈沖信號通過積分電路形成并與輸入信號相比較，當驅(qū)動開關(guān)電路的狀態(tài)令這個電路的脈沖放大，這個被放大的脈沖信號經(jīng)過積分器還原出相應(yīng)的模擬量信號，并送到比較器的反相端繼續(xù)與輸入信號進行比較；當反相端的電壓比正相端的電壓高時，比較器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)從而驅(qū)動開關(guān)電路，由于積分器在高頻端存在信號滯后，在電路中會產(chǎn)生自激振蕩，自激振蕩的中心頻率將由積分電路決定。
[0059]如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較佳實施例，并非用來限定本實用新型的實施范圍；即凡依本【實用新型內(nèi)容】所作的均等變化與修飾，都為本實用新型權(quán)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，其特征在于，包括依次連接的信號輸入級、比較器、大功率開關(guān)電路、LC低通濾波器和負載； 信號輸入級用于處理作為輸入信號的音頻功率放大器的各種音源信號，提高共模抑制比和抗干擾能力； 比較器用于輸出正脈沖或負脈沖，以驅(qū)動大功率開關(guān)電路；當正相的電平高于反向的電平時，輸出正脈沖；當正相的電平低于反向的電平時，輸出負脈沖； 大功率開關(guān)電路輸出兩路信號，一路為通過大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號相同的音頻信號提供給負載，另一路為通過積分器還原出與輸入信號成相同幅值的模擬量信號提供給比較器； LC低通濾波器用于消除大功率PffM信號的干擾成分，為負載提供音頻驅(qū)動電流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，其特征在于，所述大功率開關(guān)電路包括相連接的放大電路和驅(qū)動電路;放大電路輸出音頻信號和模擬量信號，音頻信號通過LC低通濾波器輸送至負載，模擬量信號輸送至比較器;驅(qū)動電路將經(jīng)過比較器調(diào)制的初級PffM信號轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β蔖ffM信號。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，其特征在于，所述放大電路內(nèi)設(shè)有積分器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，其特征在于，所述負載與比較器模塊之間還設(shè)有保護電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，其特征在于，所述LC低通濾波器包括相連接的兩個巴特沃斯濾波器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，其特征在于，所述音頻功率放大器外接三相高速開關(guān)電源。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，其特征在于，所述負載為揚聲器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于伺服驅(qū)動的音頻功率放大器，其特征在于，所述信號輸入級內(nèi)設(shè)有運算放大器。
【文檔編號】H03F3/20GK205647452SQ201620412928
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】林穎宗
【申請人】廣州市興世電子有限公司