脉冲宽度调制音频功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种脉冲宽度调制音频功率放大器，包括依次相连的线性隔离模块、PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，音频信号输入端连接线性隔离模块输入端，巴特沃斯滤波器输出端连接音频功率放大器的负载，音频功率放大器的供电电源分别经过桥式整流电路、LPF、双闭环APFC电路后送至PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥及巴特沃斯滤波器构成D类桥式功放放大器拓扑结构。本发明专利技术将音频信号放大、驱动、功放输出、电源一体化设计，能够极大地提高功放的效率及电源利用效率，使设备的电磁波干扰得到极大的改善。

【技术实现步骤摘要】
脉冲宽度调制音频功率放大器
本专利技术涉及大功率数字功放领域，特别是涉及一种脉冲宽度调制音频功率放大器。
技术介绍
功率音频信号放大器是最重要的模拟电子器件之一，它可把低功率的音频信号放大为高功率信号。音频功放从放大原理上分为两大阵容：传统的模拟电路功放和近几年出现的数字电路功放。模拟电路功放包括了A类、B类、AB类型的音频信号放大器，它们以音质甜美和技术成熟的特点在音频领域内数十年里独领风骚。但此类功率放大器最致命的缺点就是电源转换效率低。因为信号输出的能量由电源提供，所以两者之间存在转换效率问题。A类放大器的理论转换效率是25％。例如电源提供100W能量，仅有25W能够转换为有用信号，其它能量则转换为热能或无用信号(亦称干扰信号)。A类转换方式导致电源利用效率低、设备复杂、体积大、能耗严重等弊病，而且实际使用的A类功率放大器的效率仅在百分之十几。B类、AB类型的音频信号放大器的理论效率分别是50％和78.5％，实际使用只在40％和60％以下。因此，提高现行功率音频放大器的效率是音频领域最重要的生存空间，随着A类、B类、AB类型的音频信号放大器生存空间的逐渐萎缩，近年来国外研究机构开始投巨资研发D类放大器，并占据了中国几乎全部的数字功放市场。由于国内市场此类产品目前还基本停留在概念阶段，国内厂商很少有能力单独研发生产，部分厂商也只是照搬了国外的传统D类设计方案。D类音频放大器即脉冲式开关量放大器，具有超过90％的电源能量转换效率，符合市场对绿色能源需求，造成近几年快速的发展。而且因为高效，D类放大器体积可以做得很小，可以减小散热器的体积甚至不用散热器，顺应了设备轻薄小的发展趋势。D类放大器依靠其优势，正在迅速占领原来传统A类和AB类放大器的市场。这就是目前中国模拟电路设计企业所面临的困局：在高端领域无法与国际大厂竞争，在低端市场由于数字化技术的发展和国外厂商向低端侵袭而难以为继。另外，时至今日，国际流行的A类、B类、AB类以及D类音频功率放大器，采用的都是将电源及放大器独立设计的方式，或者说功放、电源电路是按照各自给定的参数进行设计的两个独立子系统。由于整个系统的效率和各子系统效率之间是倍乘的关系。比如，设电源转换效率η1＝90％，功率放大器的转换效率η2＝80％，看起来两者效率比较高。但整机效率η＝η1×η2只有72％。若考虑到功放、电源电路之间的耦合，整机效率还会更低。现在市面上标榜的一体化机，也仅仅是将功放、电源电路做在一块电路板上而已，其各自仍然是独立的部分。因此亟需提供一种新型的真正地将功放、电源一体化设计且功放效率高的音频功率放大器来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种脉冲宽度调制音频功率放大器，能够实现信号放大、驱动、功放输出以及供电电源真正意义上的一体化。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种脉冲宽度调制音频功率放大器，包括依次相连的线性隔离模块、PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，音频信号输入端连接线性隔离模块输入端，巴特沃斯滤波器输出端连接音频功率放大器的负载，音频功率放大器的供电电源分别经过桥式整流电路、LPF、双闭环APFC电路后送至PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥及巴特沃斯滤波器构成D类桥式功放放大器拓扑结构。在本专利技术一个较佳实施例中，所述线性隔离模块包括线性光电隔离集成电路、精密隔离放大器集成电路。线性光电隔离集成电路由依次相连的输入差分电路、偏置电路、输出跟随器组成，偏置电路由两个光耦电路并联组成，输入差分电路构成积分器，其输出端并联第一光耦电路、第二光耦电路，两个光耦电路的输出端并联连接输出跟随器的正输入端。线性光电隔离集成电路采用双通道光耦工作方式，在实现线性传输的同时，对高低压供电电源进行了隔离，且增宽了电路的线性输出范围。精密隔离放大器集成电路由隔离放大器、高增益放大器组成，隔离放大器采用片内变压器耦合方式隔离，片内变压器输出端连接高增益放大器。精密隔离放大器集成电路对信号的输入和输出进行电气隔离。在本专利技术一个较佳实施例中，PWM放大调制厚膜由基准电压产生电路、三角波振荡器、间歇期调整电路、误差放大器、PWM比较器以及FET输出驱动电路组成，间歇期调整电路由触发器、锁存器及欠压锁定电路组成，误差放大器的负输入端连接信号输入端、正输入端连接基准电压产生电路、输出端连接PWM比较器的负输入端，三角波振荡器的输出端分别连接PWM比较器的正输入端、触发器的输入端，PWM比较器的输出端连接锁存器，间歇期调整电路连接FET输出驱动电路。PWM放大调制厚膜用于PWM信号的产生与调制。在本专利技术一个较佳实施例中，悬浮驱动模块对PWM放大调制厚膜调制后的PWM信号采用悬浮驱动方式。在本专利技术一个较佳实施例中，高压功率桥采用全桥或者半桥式功率输出拓扑方式，桥式电路的每臂上采用大功率金属氧化物半导体场效应晶体管或IGBT管做功率输出器件。全桥式功率输出拓扑方式简称H输出方式，H方式浮动输出载波峰-峰值可达2Vcc，充分利用了电源电压，有效提高了输出效率。在本专利技术一个较佳实施例中，巴特沃斯滤波器为二阶或四阶低通滤波器。由于高压功率桥的H输出方式中含有高频成分，因此在接负载时需要进行低通滤波。在本专利技术一个较佳实施例中，双闭环APFC电路采用电流环与电压环双回路闭环控制电路，使电源电流主动跟踪电源输入电压并及时自动调整，保持两者之间的相位同步，电源转换效率接近100％。在本专利技术一个较佳实施例中，所述脉冲宽度调制音频功率放大器采用供电电源自适应方式，适应任何电压值的工频电压。将市电高压直接供给音频功放，取消了现行功放赖以工作的工频变压器和大功率开关电源变压器，同时也就减少了各种变压器带来的能量损耗及干扰，提高了电源利用率。本专利技术的有益效果是：本专利技术将电源、PWM功放、APFC技术和DSP技术融为一体，功放电路、调制电路和电源电路之间无界限，取消了市电与功放电路的降压低频隔离方案，在功放后级采用悬浮驱动技术，在前置放大级则采用光隔离器，极大地提高了功放的效率及电源利用效率，减小了放大器各个部分由于相互耦合带来的各种噪声干扰，使设备的EMI得到极大的改善，真正实现了信号放大、驱动、功放输出以及供电电源的一体化。附图说明图1是本专利技术脉冲宽度调制音频功率放大器一较佳实施例的结构框图；图2是所述双闭环APFC电路的电路原理图；图3是所述线性光电隔离集成电路的电路原理图；图4是所述精密隔离放大器集成电路的电路原理图；图5是所述D类桥式功放放大器拓扑结构框图；图6是所述PWM放大调制厚膜的电路原理图；图7是所述高压功率桥及巴特沃斯滤波器的电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1，本专利技术实施例包括：一种脉冲宽度调制音频功率放大器，包括依次相连的线性隔离模块、PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，音频信号输入端连接线性隔离模块输入端，巴特沃斯滤波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲宽度调制音频功率放大器，其特征在于，包括依次相连的线性隔离模块、PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，音频信号输入端连接线性隔离模块输入端，巴特沃斯滤波器输出端连接音频功率放大器的负载，音频功率放大器的供电电源分别经过桥式整流电路、LPF、双闭环APFC电路后送至PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥及巴特沃斯滤波器构成D类桥式功放放大器拓扑结构。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲宽度调制音频功率放大器，其特征在于，包括依次相连的线性隔离模块、PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，音频信号输入端连接线性隔离模块输入端，巴特沃斯滤波器输出端连接音频功率放大器的负载，音频功率放大器的供电电源依次经过桥式整流电路、LPF、双闭环APFC电路后送至PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥及巴特沃斯滤波器构成D类桥式功放放大器拓扑结构。2.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制音频功率放大器，其特征在于，线性隔离模块包括线性光电隔离集成电路、精密隔离放大器集成电路。3.根据权利要求2所述的脉冲宽度调制音频功率放大器，其特征在于，线性光电隔离集成电路由依次相连的输入差分电路、偏置电路、输出跟随器组成，偏置电路由两个光耦电路并联组成，输入差分电路构成积分器，其输出端并联第一光耦电路、第二光耦电路，两个光耦电路的输出端并联连接输出跟随器的正输入端。4.根据权利要求2所述的脉冲宽度调制音频功率放大器，其特征在于，精密隔离放大器集成电路由隔离放大器、高增益放大器组成，隔离放大器采用片内变压器耦合方式隔离，片内变压器输出端连接高增益放大器。5.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制音频功率放大器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国新，余华奇，徐守东，刘从九，徐文璞，
申请(专利权)人：安徽财经大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34