基于伺服驅(qū)動(dòng)的音頻功率放大器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于伺服驅(qū)動(dòng)的音頻功率放大器，包括依次連接的信號(hào)輸入級(jí)、比較器、大功率開關(guān)電路、LC低通濾波器和負(fù)載。其音頻輸出方法是輸入信號(hào)先由信號(hào)輸入級(jí)將輸入信號(hào)進(jìn)行放大處理，并輸入到比較器的正相端；來(lái)自大功率開關(guān)電路的模擬量信號(hào)輸送至比較器的反相端；反相端的電壓和正相端的電壓進(jìn)行比較產(chǎn)生初級(jí)PWM信號(hào)；再通過(guò)大功率開關(guān)電路中的驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)變成大功率PWM信號(hào)；通過(guò)LC低通濾波器消除大功率PWM信號(hào)中的干擾成分，并輸送至負(fù)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(shuō)明】
基于伺服驅(qū)動(dòng)的音頻功率放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)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(dòng)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(shí)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(jí)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(yáng)聲器時(shí)，模擬功放電路的工作狀態(tài)會(huì)受到負(fù)載(即揚(yáng)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(duì)管配對(duì)及各級(jí)調(diào)整不佳產(chǎn)生的過(guò)零、交越失真等現(xiàn)象，同時(shí)也存在由于晶體管在小電流時(shí)的非線性特性而引起的在輸出波形正負(fù)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(shí)，無(wú)法滿足家庭AV對(duì)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(wú)法修正超調(diào)量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)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(dòng)的音頻功率放大器。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種基于伺服驅(qū)動(dòng)的音頻功率放大器，包括依次連接的信號(hào)輸入級(jí)、比較器、大功率開關(guān)電路、LC低通濾波器和負(fù)載；
[0010]信號(hào)輸入級(jí)用于處理作為輸入信號(hào)的音頻功率放大器的各種音源信號(hào)，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(fù)脈沖，以驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)電路；當(dāng)正相的電平高于反向的電平時(shí)，輸出正脈沖；當(dāng)正相的電平低于反向的電平時(shí)，輸出負(fù)脈沖；
[0012]大功率開關(guān)電路輸出兩路信號(hào)，一路為通過(guò)大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號(hào)相同的音頻信號(hào)提供給負(fù)載，另一路為通過(guò)積分器還原出與輸入信號(hào)成相同幅值的模擬量信號(hào)提供給比較器；
[0013]LC低通濾波器用于消除大功率PffM信號(hào)的干擾成分，為負(fù)載提供音頻驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路;放大電路輸出音頻信號(hào)和模擬量信號(hào)，音頻信號(hào)通過(guò)LC低通濾波器輸送至負(fù)載，模擬量信號(hào)輸送至比較器;驅(qū)動(dòng)電路將經(jīng)過(guò)比較器調(diào)制的初級(jí)PWM信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β蔖WM信號(hào)。
[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(hào)還原成相同幅值的模擬量信號(hào)。
[0016]所述負(fù)載與比較器模塊之間還設(shè)有保護(hù)電路，用于防止音頻功率放大器內(nèi)電路出現(xiàn)故障對(duì)負(fù)載產(chǎn)生影響。
[0017]所述LC低通濾波器包括相連接的兩個(gè)巴特沃斯濾波器，兩個(gè)巴特沃斯濾波器為負(fù)載提供音頻驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(fù)載為揚(yáng)聲器。
[0020]所述信號(hào)輸入級(jí)內(nèi)設(shè)有運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器采用差動(dòng)的放大電路，對(duì)輸入功率放大器的各種音源信號(hào)進(jìn)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(dòng)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(hào)的音源信號(hào)先進(jìn)入信號(hào)輸入級(jí)，由信號(hào)輸入級(jí)將輸入信號(hào)進(jìn)行放大處理，并輸入到比較器的正相端；
[0023](2)來(lái)自大功率開關(guān)電路的模擬量信號(hào)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(jìn)行比較，使比較器的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)并調(diào)制成初級(jí)PffM信號(hào)；
[0025](4)步驟(3)產(chǎn)生的初級(jí)PffM信號(hào)通過(guò)大功率開關(guān)電路中的驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)變成大功率PWM信號(hào)；
[0026](5)通過(guò)LC低通濾波器消除大功率PffM信號(hào)中的干擾成分，并輸送至負(fù)載。
[0027]其中，大功率開關(guān)電路采用了四個(gè)M0SFET，輸出兩路信號(hào)，一路通過(guò)大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號(hào)相同的音頻信號(hào)，另一路通過(guò)積分器還原出與輸入信號(hào)成相同幅值的模擬量信號(hào)，但由于積分電路的存在，遠(yuǎn)離音頻信號(hào)的某些頻段會(huì)產(chǎn)生相位差，當(dāng)這個(gè)相位差足夠大時(shí)，會(huì)令整個(gè)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(huì)獲得更大的驅(qū)動(dòng)能力。
[0028]本音頻功率放大器基于伺服驅(qū)動(dòng)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(hào)的復(fù)制變化而變化，具體原理為:當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，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(gè)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(fù)脈沖，從而驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路產(chǎn)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，而這個(gè)脈沖信號(hào)通過(guò)積分電路形成并與輸入信號(hào)相比較，當(dāng)驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路的狀態(tài)令這個(gè)電路的脈沖放大，這個(gè)被放大的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)積分器還原出相應(yīng)的模擬量信號(hào)，并送到比較器的反相端繼續(xù)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較；當(dāng)反相端的電壓比正相端的電壓高時(shí)，比較器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)從而驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路，由于積分器在高頻端存在信號(hào)滯后，在電路中會(huì)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(shí)用新型相對(duì)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(dòng)技術(shù)應(yīng)用于揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)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(wú)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(shí)鐘信號(hào)的下個(gè)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(chǎng)更寬闊。
【附圖說(shuō)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(hào)輸入級(jí)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(dòng)電路的原理示意圖。
[0035]圖5為保護(hù)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(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0038]實(shí)施例
[0039]本實(shí)施例一種基于伺服驅(qū)動(dòng)的音頻功率放大器，如圖1所示，包括依次連接的信號(hào)輸入級(jí)、比較器、大功率開關(guān)電路、LC低通濾波器和負(fù)載；
[0040]信號(hào)輸入級(jí)用于處理作為輸入信號(hào)的音頻功率放大器的各種音源信號(hào)，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(fù)脈沖，以驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)電路；當(dāng)正相的電平高于反向的電平時(shí)，輸出正脈沖；當(dāng)正相的電平低于反向的電平時(shí)，輸出負(fù)脈沖；
[0042]大功率開關(guān)電路輸出兩路信號(hào)，一路為通過(guò)大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號(hào)相同的音頻信號(hào)提供給負(fù)載，另一路為通過(guò)積分器還原出與輸入信號(hào)成相同幅值的模擬量信號(hào)提供給比較器；
[0043]LC低通濾波器用于消除大功率PffM信號(hào)的干擾成分，為負(fù)載提供音頻驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路(其電路原理如圖4所示)；放大電路輸出音頻信號(hào)和模擬量信號(hào)，音頻信號(hào)通過(guò)LC低通濾波器輸送至負(fù)載，模擬量信號(hào)輸送至比較器;驅(qū)動(dòng)電路將經(jīng)過(guò)比較器調(diào)制的初級(jí)PWM信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β蔖WM信號(hào)。
[0045]放大電路內(nèi)設(shè)有積分器，積分器用于將輸入信號(hào)還原成相同幅值的模擬量信號(hào)。
[0046]負(fù)載與比較器模塊之間還設(shè)有保護(hù)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(duì)負(fù)載產(chǎn)生影響。該保護(hù)電路可采用與現(xiàn)有音頻功率放大器相同的保護(hù)電路。
[0047]LC低通濾波器包括相連接的兩個(gè)巴特沃斯濾波器，兩個(gè)巴特沃斯濾波器為負(fù)載提供音頻驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(fù)載為揚(yáng)聲器。
[0050]信號(hào)輸入級(jí)內(nèi)設(shè)有運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器采用差動(dòng)的放大電路，對(duì)輸入功率放大器的各種音源信號(hào)進(jìn)行處理，提供共模抑制比和抗干擾能力。如圖2所示，為信號(hào)輸入級(jí)與比較器連接的電路原理。
[0051]上述基于伺服驅(qū)動(dòng)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(hào)的音源信號(hào)先進(jìn)入信號(hào)輸入級(jí)，由信號(hào)輸入級(jí)將輸入信號(hào)進(jìn)行放大處理，并輸入到比較器的正相端；
[0053 ] (2)來(lái)自大功率開關(guān)電路的模擬量信號(hào)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(jìn)行比較，使比較器的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)并調(diào)制成初級(jí)PffM信號(hào)；
[0055](4)步驟(3)產(chǎn)生的初級(jí)PffM信號(hào)通過(guò)大功率開關(guān)電路中的驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)變成大功率PWM信號(hào)；
[0056](5)通過(guò)LC低通濾波器消除大功率PffM信號(hào)中的干擾成分，并輸送至負(fù)載。
[0057]其中，大功率開關(guān)電路采用了四個(gè)M0SFET，輸出兩路信號(hào)，一路通過(guò)大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號(hào)相同的音頻信號(hào)，另一路通過(guò)積分器還原出與輸入信號(hào)成相同幅值的模擬量信號(hào)，但由于積分電路的存在，遠(yuǎn)離音頻信號(hào)的某些頻段會(huì)產(chǎn)生相位差，當(dāng)這個(gè)相位差足夠大時(shí)，會(huì)令整個(gè)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(huì)獲得更大的驅(qū)動(dòng)能力。
[0058]本音頻功率放大器基于伺服驅(qū)動(dòng)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(hào)的復(fù)制變化而變化，具體原理為:當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，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(gè)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(fù)脈沖，從而驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路產(chǎn)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，而這個(gè)脈沖信號(hào)通過(guò)積分電路形成并與輸入信號(hào)相比較，當(dāng)驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路的狀態(tài)令這個(gè)電路的脈沖放大，這個(gè)被放大的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)積分器還原出相應(yīng)的模擬量信號(hào)，并送到比較器的反相端繼續(xù)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較；當(dāng)反相端的電壓比正相端的電壓高時(shí)，比較器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)從而驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路，由于積分器在高頻端存在信號(hào)滯后，在電路中會(huì)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(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍；即凡依本【實(shí)用新型內(nèi)容】所作的均等變化與修飾，都為本實(shí)用新型權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于伺服驅(qū)動(dòng)的音頻功率放大器，其特征在于，包括依次連接的信號(hào)輸入級(jí)、比較器、大功率開關(guān)電路、LC低通濾波器和負(fù)載； 信號(hào)輸入級(jí)用于處理作為輸入信號(hào)的音頻功率放大器的各種音源信號(hào)，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(fù)脈沖，以驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)電路；當(dāng)正相的電平高于反向的電平時(shí)，輸出正脈沖；當(dāng)正相的電平低于反向的電平時(shí)，輸出負(fù)脈沖； 大功率開關(guān)電路輸出兩路信號(hào)，一路為通過(guò)大功率脈沖電流的整形恢復(fù)成與輸入信號(hào)相同的音頻信號(hào)提供給負(fù)載，另一路為通過(guò)積分器還原出與輸入信號(hào)成相同幅值的模擬量信號(hào)提供給比較器； LC低通濾波器用于消除大功率PffM信號(hào)的干擾成分，為負(fù)載提供音頻驅(qū)動(dòng)電流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路;放大電路輸出音頻信號(hào)和模擬量信號(hào)，音頻信號(hào)通過(guò)LC低通濾波器輸送至負(fù)載，模擬量信號(hào)輸送至比較器;驅(qū)動(dòng)電路將經(jīng)過(guò)比較器調(diào)制的初級(jí)PffM信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β蔖ffM信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)的音頻功率放大器，其特征在于，所述負(fù)載與比較器模塊之間還設(shè)有保護(hù)電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于伺服驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)的音頻功率放大器，其特征在于，所述負(fù)載為揚(yáng)聲器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于伺服驅(qū)動(dòng)的音頻功率放大器，其特征在于，所述信號(hào)輸入級(jí)內(nèi)設(shè)有運(yùn)算放大器。
【文檔編號(hào)】H03F3/20GK205647452SQ201620412928
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】林穎宗
【申請(qǐng)人】廣州市興世電子有限公司