D类功率放大器制造技术

本发明专利技术设置有第一D类放大单元以对输入声音信号的功率进行放大并且提供至音频输出端子(22a)的正端，还设置有第二D类放大单元以对由反转器(E1)进行反转后的输入声音信号的功率进行放大并且提供至音频输出端子(22a)的负端。模式控制单元(204)在第一模式被指定时激活第一和第二D类放大单元并且将限流电路(I1、I2)的最大电流值设定为第一电流值，而在第二模式被指定时，激活第一D类放大单元但不激活第二D类放大单元，将音频输出端子(22a)的负端接地，并且将限流电路(I1)的最大电流值设定为大于第一电流值的第二电流值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】D类功率放大器
本专利技术涉及D类功率放大器，被称为恒压系统的扬声器系统、或低阻抗(4Ω、8Ω)扬声器等设备可连接至该D类功率放大器。
技术介绍
通常已知如下的D类功率放大器，该D类功率放大器通过D类操作方法来执行功率放大，该D类操作方法将输入的模拟信号转换为脉冲宽度调制(PWM)信号，并且通过该脉冲宽度调制信号对输出级的开关元件进行开-关控制。图4和图5示出了作为传统的D类功率放大器的示例的D类放大器的结构。图4中示出了半桥连接的示例，图5中示出了全桥连接的示例。首先，在半桥连接的情况下，如图4所示，一个扬声器SPx连接至一个D类功率放大单元Dx。随后，在D类功率放大单元Dx中，待放大的模拟音频信号作为输入信号IN被输入，其电压由PWM调制器X进行PWM调制，从而转换为PWM信号。随后，将此PWM信号提供给设置在正端电源(+V)和输出信号线之间的开关元件Sxa和设置在负端电源(-V)和输出信号线之间的开关元件Sxb中的每一个，以互补地驱动开关元件Sxa和Sxb。即，开关元件Sxa和Sxb被驱动为(例如)当PWM信号为高电平时，开关元件Sxa接通并且同时开关元件Sxb关断，并且相反的，当PWM信号为低电平时，开关元件Sxa关断并且同时开关元件Sxb接通。以此方式，在开关元件Sxa导通时电流由正端电源流向输出信号线，在开关元件Sxb导通时电流由输出信号线流向负端电源。通过使随着PWM信号的高/低而改变的电流流过由线圈Lx和电容器Cx形成的低通滤波器，使得用于PWM转换的载波信号能够被移除，由此将该电流解调为模拟音频信号，该模拟音频信号为经过功率放大的输入信号IN(其可以输出的最高电压依赖于电源的电压)。因此，通过将通过低通滤波器的信号经过音频输出端子提供给扬声器SPx，可以利用模拟音频信号(其为放大后的输入信号IN)来驱动扬声器SPx。注意，由扬声器返回至D类功率放大单元Dx的信号流向放大器的地。此外，在全桥连接的情况下，如图5所示，一个扬声器SPx连接至两个D类功率放大单元Dx、Dy。随后，在D类功率放大单元Dx中，类似于图4中的情况，作为功率放大后的输入信号IN的模拟音频信号被提供至扬声器SPx。另一方面，输入信号IN通过反转器E在正和负之间反转，并且被输入至D类功率放大单元Dy。随后，类似于D类功率放大单元Dx中的情况，该反转后的信号在PWM调制器Y中被进行PWM调制，并且利用作为调制结果的PWM信号来互补地驱动开关元件Sya和Syb。因此，经由通过由线圈Ly和电容器Cy形成的低通滤波器，除了正负被反转以外与D类功率放大单元Dx侧的模拟音频信号完全相同的模拟音频信号能够被提供至扬声器SPx。注意，D类功率放大单元Dx和D类功率放大单元Dy之间具有共同的电源。此处，通过将扬声器SPx的两个端子分别连接至D类功率放大单元Dx和Dy，使得能够利用分别由D类功率放大单元Dx和Dy提供的模拟音频信号的差异信号来驱动扬声器SPx。分别由D类功率放大单元Dx和Dy提供的模拟音频信号为在正和负之间进行了反转了的两个信号(如上所述)，因此采用这种差异信号可以使得扬声器SPx由作为在半桥连接情况下的电压的两倍的电压来驱动。这样的D类功率放大器被认为是相当高效的放大器。此外，作为与这种D类功率放大器相关的技术，例如，PTL1和PTL2中描述的技术也被人们所熟知。此外，广泛采用了(例如)阻抗为4Ω或8Ω的低阻抗单扬声器作为连接至D类功率放大器的扬声器。但是，除了上述扬声器以外，通过被称为恒压系统的系统来将多个扬声器并行地连接也是可行的。这种恒压系统将具有高电压和低电流的音频信号由放大器传输至各个扬声器，通过在每个扬声器的输入单元中提供的降压变压器将其变换为低压信号，并且采用该低压信号来驱动扬声器。即，高阻抗的信号线被用作将放大器和每个扬声器连接起来的主要信号线，并且多个扬声器经过各降压变压器分别与放大器并行连接。这种恒压系统在(例如)NPL1中进行了描述。{引用列表}{专利文献}{PTL1}JP2010-41474A{PTL2}JP2009-200551A{非专利文献}{NPL1}Constantvoltagespeakersystem,[Online],November29,2011,Wikipedia.org,[2011年12月18日检索],互联网<URL:http://en.wikipedia.org/w/index.php？title＝Constant_voltage_speaker_system&oldid＝463042107>
技术实现思路
{技术问题}此时，可想而知上述D类功率放大器被构造为能够通过相同音频输出端子连接至低阻抗扬声器或恒压系统的多个扬声器。首先，在考虑要使其兼容恒压系统时，虽然要取决于所采用的标准，但是(例如)在100V系统的情况下，需要最高为100Vrms(有效电压为100伏)的输出。随后，在采用上述半桥结构时，为了得到此输出，需要±150V或更高的电源电压来作为正端电源和负端电源。在此情况下，对于开关元件Sxa和Sxb，需要300V或更高的耐压(正端电源和负端电源之间的电压差)。但是，在当前广泛采用作开关元件Sxa和Sxb的MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)中，与具有250V以下的耐压的MOSFET相比，具有250V以上的耐压的MOSFET在成本和性能方面往往显著逊色。因此，利用半桥结构，可以说难以制造出能够与恒压系统的各扬声器连接的D类功率放大器。另一方面，当采用全桥结构时，电源电压可以为采用半桥结构时的电源电压的一半。因此，各MOSFET所需的耐压也较低，从而允许以较低成本来制造性能足够的D类功率放大器。但是，当此D类功率放大器并非专用于驱动恒压系统而是还可以用于驱动低阻抗扬声器时，实际上会在此结构中出现问题。通过选择与音响系统和/或目标最大输出功率相对应的输出级的电源和元件(晶体管、线圈、电容器等)来设计功率放大器。在此情况下，首先，为了使用全桥结构驱动100V恒压系统，采用的电源的电压大约为±80V并且该电源的电流容量与所需的最大输出功率相匹配，其次，采用(例如)耐压为80V或更高的高速MOSFET作为输出级中的开关元件。当驱动低阻抗(例如，4Ω)扬声器时，大电流以低电压流向扬声器，因此在此结构(即，相同的电源、相同的输出级元件、以及相同的全桥结构)中，电源中的仅仅约±80V的一小部分(但是，其随着电流的增加而降低)被扬声器所使用，并且电压的其余部分施加于输出级的元件，因此降低了电源电压利用率。通常，在D类放大器的电源电压利用率和功率效率(＝施加给扬声器的功率/电源提供的功率)之间，存在图6中所示的关系。从图6可以看出，低的电源电压利用率使得功率效率快速恶化。基于这种背景而设计了本专利技术，其目的在于能够以低成本制造如下的D类功率放大器，该D类功率放大器能够有效率地同时驱动低阻抗扬声器和恒压系统的扬声器，同时采用同一音频输出端子来与这两个扬声器进行连接。{解决方案}为了实现上述目的，本专利技术的D类功率放大器包括：音频输出端子；模式指定单元，其指定第一模式和第二模式中的一个；第一D类放大单元，其将输入的音频信号转换为脉冲宽度调制信号并对输入的所述音本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种D类功率放大器，包括：音频输出端子；模式指定单元，其指定第一模式和第二模式中的一个；第一D类放大单元，其将输入的音频信号转换为第一脉冲宽度调制信号，对所述第一脉冲宽度调制信号进行功率放大并且提供给所述音频输出端子的正端；反转单元，其使所述输入的音频信号的极性反转；第二D类放大单元，其将在所述反转单元内进行了极性反转的音频信号转换为第二脉冲宽度调制信号，对所述第二脉冲宽度调制信号进行功率放大并且提供给所述音频输出端子的负端；第一模式控制单元，其在所述第一模式被指定时激活所述第一D类放大单元和所述第二D类放大单元，并且执行保护使得所述第一D类放大单元和所述第二D类放大单元的输出中的每一个输出变为等于或小于第一电流值；以及第二模式控制单元，其在所述第二模式被指定时使所述第一D类放大单元和所述第二D类放大单元中的一个不激活而使另一个激活，使所述音频输出端子的正端和负端中与未激活的D类放大单元对应的一端接地，并且执行保护使得激活的D类放大单元的输出变为等于或小于比所述第一电流值大的第二电流值，所述第一电流值为在恒压扬声器系统被连接至所述音频输出端子时将所述D类功率放大器的最大输出抑制为等于或小于与预定电源容量相对应的值的值，并且所述第二电流值为在低阻抗扬声器被连接所述音频输出端子时将所述D类功率放大器的最大输出抑制为等于或小于与预定电源容量相对应的值的值。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.20 JP 2011-2781541.一种D类功率放大器，包括：音频输出端子；模式指定单元，其指定第一模式和第二模式中的一个；第一D类放大单元，其将输入的音频信号转换为第一脉冲宽度调制信号，对所述第一脉冲宽度调制信号进行功率放大并且提供给所述音频输出端子的正端；反转单元，其使所述输入的音频信号的极性反转；第二D类放大单元，其将在所述反转单元内进行了极性反转的音频信号转换为第二脉冲宽度调制信号，对所述第二脉冲宽度调制信号进行功率放大并且提供给所述音频输出端子的负端；第一模式控制单元，其在所述第一模式被指定时激活所述第一D类放大单元和所述第二D类放大单元，并且执行保护使得所述第一D类放大单元和所述第二D类放大单元的输出中的每一个输出变为等于或小于第一电流值；以及第二模式控制单元，其在所述第二模式被指定时使所述第一D类放大单元和所述第二D类放大单元中的一个不激活而使另一个激活，使所述音频输出端子的正端和负端中与未激活的D类放大单元对应的一端接地，并且执行保护使得激活的D类放大单元的输出变为等于或小于比所述第一电流值大的第二电流值，所述第一电流值为在恒压扬声器系统被连接至所述音频输出端子时将所述D类功率放大器的最大输出抑制为等于或小于与预定电源容量相对应的值的值，并且所述第二电流值为在低阻抗扬声器被连接所述音频输出端子时将所述D类功率放大器的最大输出抑制为等于或小于与预定电源容量相对应的值的值。2.一种D类功率放大器，包括：第一音频输出端子；第二音频输出端子；模式指定单元，其指定第一模式和第二模式中的一个；第一D类放大单元，其将输入的第一音频信号转换为第一脉冲宽度调制信号，对所述第一脉冲宽度调制信号进行功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：外川武史，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP