D类放大器及其无损驱动方法技术

本发明专利技术提供了一种D类放大器，包括调制器、无损驱动电路和桥式电路，调制器通过无损驱动电路与桥式电路连接，无损驱动电路包括电源、多个开关、电感、用于控制开关状态的时序产生器和用于测量桥式电路中的MOS管栅极及源极之间电压的电压探测器，电源通过开关及电感与MOS管的栅极连接，调制器和电压探测器均与时序产生器连接，通过电源经电感为MOS管充电或使得已储能的电感给MOS管充电，MOS管经所述电感接地放电或经开关、电感接电源放电给电源。本发明专利技术在调制器与桥式电路之间插入快速无损驱动电路，该无损驱动电路包括电源、开关、电感、时序产生器、电压探测器，实现了对功率管的无损驱动。

Class D amplifier and its nondestructive driving method

The invention provides a class D amplifier comprises a modulator, lossless drive circuit and a bridge circuit, a modulator through non-destructive drive circuit is connected with the bridge circuit, lossless drive circuit includes a power switch, and a plurality of inductors, for timing generator control switch state and a voltage detector for measuring bridge circuit in MOS gate and source between the voltage of the power supply is connected through a switch and the gate inductor and MOS tube voltage, modulator and detector are all connected with a timing generator, through the power supply through the inductor for MOS tube charging or storage of electricity has made sense for MOS charging, MOS tube through the inductive grounding discharge or by connecting the power switch, inductive discharge the power supply. The invention is inserted into the fast lossless drive circuit between the modulator and the bridge circuit, the drive circuit includes a power switch, lossless, inductor, clock generator, voltage detector, to realize lossless power tube drive.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种放大器，尤其是一种D类放大器及其无损驱动方法。
技术介绍
D类放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号，然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通断，以驱动扬声器的放大器。相比A类、B类及AB类等模拟放大器，D类放大器的一个突出优点是效率高。忽略掉所有寄生，理论上D类放大器可以达到100％的效率。但实际上，寄生是不能忽略的，D类放大器耗散的功率主要是在桥式功率管开关损耗上，功率管开关损耗主要体现在三个方面：导通时开关导通电阻上的损耗，导通关断过程对栅极充放电的损耗，导通关断过程开关漏源电流电压乘积损耗。通常导通电阻损耗与栅极驱动损耗两者之间互为约束。为了减小开关导通电阻，需要加大开关尺寸，而开关的尺寸与栅极的寄生电容成正比关系，越大的尺寸引起越大的栅极驱动损耗。传统对功率管栅极的驱动，以MOSfet为例，在把栅极从低电平驱动到高电平的过程中会有(1/2)*Cgs*Vgs*Vgs的能量消耗在驱动电路栅极对驱动电源通路的寄生电阻上(其中，Cgs为栅极对地的等效电容，Vgs为栅极相对于源极的驱动电平)，而在把栅极从高电平驱动到低电平的过程，会有(1/2)*Cgs*Vgs*Vgs的能量直接消耗在栅极对地通路的寄生电阻上。因此在一个完整的驱高及驱低过程中，会有Cgs*Vgs*Vgs的能量消耗在驱动通路内阻上。基于此，有必要提供一种快速、无损驱动开关功率管的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种D类放大器及其无损驱动方法，以实现无损地把栅电容驱高及驱低。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种D类放大器，包括调制器、无损驱动电路和桥式电路，所述调制器通过无损驱动电路与所述桥式电路连接，所述无损驱动电路包括电源、多个开关、电感、用于控制所述开关的开关状态的时序产生器和用于测量所述桥式电路中的MOS管栅极及源极之间电压的电压探测器，所述电源通过所述开关及电感与所述桥式电路中MOS管的栅极连接，所述调制器和电压探测器均与所述时序产生器连接，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述电源通过电感与所述MOS管连接以为MOS管的栅极与源极之间的寄生电容充电或使得已储能的所述电感给所述MOS管的所述寄生电容充电，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述MOS管的所述寄生电容经所述电感接地放电或经所述开关、电感接电源放电给所述电源。进一步地，所述时序产生器根据所述调制器输出的调制信号中的上跳沿产生对MOS管充电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到一设定值时产生切断MOS管充电过程的控制信号，所述时序产生器根据所述调制器产生的调制信号中的下跳沿产生对MOS管放电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到另一设定值时产生切断MOS管放电过程的控制信号。进一步地，还包括用于测量所述电感电流的电流探测器，所述电流探测器与所述时序产生器连接，所述时序产生器能够根据所述电流探测器检测的电感电流信号控制所述开关的通断，进而使得所述电源为电感补充电流。进一步地，所述桥式电路为半桥电路或全桥电路。进一步地，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，多个所述开关包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，所述电源通过所述第一开关、电感和第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第二开关的一端接地，另一端通过所述电感、第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感与第四开关的一端连接，所述第四开关的另一端接地，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感和第三开关与所述电源连接，所述电源通过所述第一开关、电感和第八开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第四开关通过所述电感、第七开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感与第四开关的一端连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感和第三开关与所述电源连接。进一步地，所述电感的一端通过所述第二开关接地，另一端通过所述第三开关接所述电源，用于将电感中电流回收给所述电源。进一步地，还包括反馈单元和减法器，所述减法器的输出端与所述调制器连接，所述反馈单元的一端与所述桥式电路的输出端连接，另一端与所述减法器的输入端连接。进一步地，所述调制器为PWM调制器或PDM调制器。进一步地，所述桥式电路与负载连接，所述负载为扬声器。本专利技术还提供了一种D类放大器的无损驱动方法，用于驱动上述的D类放大器，包括：步骤一：通过所述电源在电感中建立第一电流Imax，然后建立电感电流保持回路以保持所述电感中的电流；步骤二：在所述调制器输出的调制信号为上跳沿时，所述时序产生器控制开关的通断以对MOS管充电，直到所述电压探测器探测的栅极及源极之间的电压为设定的第一电压VH时停止充电；步骤三：在所述调制器输出的调制信号为下跳沿前，所述D类放大器包括电流探测器，通过所述时序产生器获得所述电流探测器探测到的所述电感的电流，如果该电流小于第二电流Imin，则通过所述时序产生器控制开关的通断，使得所述电源为所述电感补充电流，若在调制信号的下跳沿来临前，无法将所述电感中电流充至第一电流Imax，则对所述电感一直补充到下跳沿来临为止，若在调制信号的下跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax，则将所述电感中电流充至Imax，然后通过所述时序产生器控制开关通断使得电感通过所述电感电流保持回路保持电流；步骤四：在所述调制器输出的调制信号为下跳沿时，通过所述时序产生器控制开关的通断以对MOS管放电，直到所述电压探测器探测的栅极及源极之间的电压为设定的第二电压VL时停止放电；步骤五：在下一个上跳沿来临前，通过所述时序产生器获得所述电感的电流，如果所述电感的电流小于第二电流Imin，则通过所述时序产生器控制开关的通断，使得所述电源为所述电感补充电流，若在调制信号的上跳沿来临前，无法将所述电感中电流充至第一电流Imax，则对所述电感一直补充到上跳沿来临为止，若在调制信号的上跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax，则将所述电感中电流充至Imax，然后通过所述时序产生器控制开关通断使得电感通过所述电感电流保持回路保持电流。进一步地，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管，所述第一NMOS管和第一PMOS管同时导通或同时断开，所述第二NMOS管和第二PMOS管同时导通或同时断开，对所述第一NMOS管及第一PMOS管的导通、断开与对第二NMOS管及第二PMOS管的导通、断开异时进行。进一步地，在步骤四中，所述第一NMOS管通过第五开关、电感、第四开关接地放电或通过第五开关、电感、第三开关放电至所述电源处，所述第二NMOS管通过第七开关、电感、第四开关接地放电或通过第七开关、电感、第三开关放电至所述电源处。进一步地，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管和第二NMOS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种D类放大器，其特征在于，包括调制器、无损驱动电路和桥式电路，所述调制器通过无损驱动电路与所述桥式电路连接，所述无损驱动电路包括电源、多个开关、电感、用于控制所述开关的开关状态的时序产生器和用于测量所述桥式电路中的MOS管栅极及源极之间电压的电压探测器，所述电源通过所述开关及电感与所述桥式电路中MOS管的栅极连接，所述调制器和电压探测器均与所述时序产生器连接，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述电源经电感与所述MOS管连接以为MOS管的栅极与源极之间的寄生电容充电或使得已储能的所述电感给所述MOS管的所述寄生电容充电，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述MOS管的所述寄生电容经所述电感接地放电或经所述开关、电感接电源放电给所述电源。

【技术特征摘要】
1.一种D类放大器，其特征在于，包括调制器、无损驱动电路和桥式电路，所述调制器通过无损驱动电路与所述桥式电路连接，所述无损驱动电路包括电源、多个开关、电感、用于控制所述开关的开关状态的时序产生器和用于测量所述桥式电路中的MOS管栅极及源极之间电压的电压探测器，所述电源通过所述开关及电感与所述桥式电路中MOS管的栅极连接，所述调制器和电压探测器均与所述时序产生器连接，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述电源经电感与所述MOS管连接以为MOS管的栅极与源极之间的寄生电容充电或使得已储能的所述电感给所述MOS管的所述寄生电容充电，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述MOS管的所述寄生电容经所述电感接地放电或经所述开关、电感接电源放电给所述电源。2.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，所述时序产生器根据所述调制器输出的调制信号中的上跳沿产生对MOS管充电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到一设定值时产生切断MOS管充电过程的控制信号，所述时序产生器根据所述调制器产生的调制信号中的下跳沿产生对MOS管放电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到另一设定值时产生切断MOS管放电过程的控制信号。3.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，还包括用于测量所述电感电流的电流探测器，所述电流探测器与所述时序产生器连接，所述时序产生器能够根据所述电流探测器检测的电感电流信号控制所述开关的通断，进而使得所述电源为电感补充电流。4.如权利要求1-3中任一项所述的D类放大器，其特征在于，所述桥式电路为半桥电路或全桥电路。5.如权利要求4所述的D类放大器，其特征在于，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS
\t管的源极均接地，多个所述开关包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关，所述电源通过所述第一开关、电感和第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第二开关的一端接地，另一端通过所述电感、第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感与第四开关的一端连接，所述第四开关的另一端接地，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感和第三开关与所述电源连接，所述电源通过所述第一开关、电感和第八开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第四开关通过所述电感、第七开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感与第四开关的一端连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感和第三开关与所述电源连接。6.如权利要求5所述的D类放大器，其特征在于，所述电感的一端通过所述第二开关接地，另一端通过所述第三开关接所述电源，用于将电感中电流回收给所述电源。7.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，还包括反馈单元和减法器，所述减法器的输出端与所述调制器连接，所述反馈单元的一端与所述桥式电路的输出端连接，另一端与所述减法器的输入端连接。8.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，所述调制器为PWM调制器或PDM调制器。9.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，所述桥式电路与负载连接，所述负载为扬声器。10.一种D类放大器的无损驱动方法，用于驱动如权利要求1-9中任一项所述的D类放大器，其特征在于，包括：步骤一：通过所述电源在电感中建立第一电流Imax，然后建立电感电流保持回路以保持所述电感中的电流；步骤二：在所述调制器输出的调制信号为上跳沿时，所述时序产生器控制开关的通断以对MOS管充电，直到所述电压探测器探测的栅极及源极之间的电
\t压为设定的第一电压VH时停止充电；步骤三：在所述调制器输出的调制信号为下跳沿前，所述D类放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锋，
申请(专利权)人：杭州硅星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33