复合并联型无死区失真音频数字功率放大器制造技术

本发明专利技术属于音频功放技术领域，公开一种复合并联型无死区失真音频数字功率放大器，包括电压控制模块、LC电路、负载元件RL和电流补充模块，所述电压控制模块的输入端接信号输入端VIN，输出端与LC电路的电感L1一端连接，工作在高频段，所述LC电路分别电压采样和电流采样与电压控制模块连接，所述电流补充模块的输入端连接电压控制模块的输出电流采样，输出端通过电感L2与电压控制模块的输出端连接，用于跟踪功率放大器的输出电流，提供功率放大器的电流输出，使得电压控制模块的输出电流在0左右波动，所述负载元件RL设置在LC电路输出端。本发明专利技术能够数倍提升数字功放的开关频率，相应的提升输出的响应速度，并消除电压控制模块死区影响，提升音质。

【技术实现步骤摘要】
复合并联型无死区失真音频数字功率放大器
本专利技术涉及音频功放
，具体涉及一种复合并联型无死区失真音频数字功率放大器。
技术介绍
当前D类数字功放由半桥MOS或全桥MOS加控制电路构成，传统结构和控制方式的缺陷和难点有以下几个方面：为了提升音质，电路开关频率越高越好，但是频率越高电路的损耗越大，一般取为400K-1000K之间，实际上如果提升到更高频率会有更好的音质，但是电路的功耗也会随之大幅度增加，因此实际现有产品需要在功耗和音质上做了权衡。其次，D类数字功放在小电流输出时，输出特性为非常小的低阻特性，对音质有很大好处，而且能实现MOS管的软开关工作，开关频率工作到很高频率也只有很低的损耗。但是一旦电流大于一定值，电路特性发生突变，MOS驱动的死区会造成输出特性变为非线性的高阻，严重影响音质，同时MOS管的软开关状态变为硬开关，开关损耗增加一个数量级，阻碍了频率的提高。普通数字开关电源电路小电流输出时，MOS开关管电流在正负双向工作，此时MOS开关管是软开关工作，开关损耗非常小，可以工作在很高频率上。但是一但输出电流超过一个点，电流变为单向，MOS工作状态变为硬开关，同时MOS寄生二极管特性会大幅度增加损耗，此时开关损耗变为几十倍。为了提高音质，电路开关频率是越高越好，但是受限于开关损耗，当前一般把开关频率设定到400K到1000K左右，再提高则存在发热过大的问题。传统数字电源工作时需要在软开关和硬开关状态之间跨越。软开关时输出电压=VCC*(TON+死区时间)/T，这里死区时间一直是存在的，所以输出随TON的变化线性变化。硬开关时输出电压=VCC*(TON)/T，虽然也是线性变化，但是软开关和硬开关之间切换时，传输特性并不一致，而且高频时死区时间占比还相当大，造成了此时有很大的电压突变，相当于产生了交越失真，对音质影响非常大。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种复合并联型无死区失真音频数字功率放大器，能够数倍提升数字功放的开关频率，相应的提升输出的响应速度，同时消除死区失真，提升音质，其具体技术方案如下：一种复合并联型无死区失真音频数字功率放大器，包括电压控制模块、LC电路、负载元件RL和电流补充模块，所述电压控制模块的输入端接信号输入端VIN，输出端与LC电路的电感L1一端连接，工作在高频段，提供电压控制能力和动态控制需求，所述LC电路分别电压采样和电流采样与电压控制模块连接，所述电流补充模块的输入端电流采样与电压控制模块的输出端连接，输出端通过电感L2与电压控制模块的输出端连接，用于跟踪功率放大器的输出电流，提供功率放大器的电流输出，使得电压控制模块的输出电流在0左右波动，所述负载元件RL设置在LC电路输出端。进一步的，所述电流补充模块的输入端电流采样为测量电压控制模块的输出端的电流作为电流检测反馈信号的反馈值或测量电感L1和电感L2的电流，并将两者的差值作为电流检测反馈信号的反馈值。进一步的，所述电压控制模块使用电压外环电路、电流自激内环电路、第一驱动单元和第一开关单元，所述电压外环电路的反馈单元电压采样与电感L1另一端连接，输出端接电流自激内环电路，所述电流自激内环电路电流采样与LC电路的滤波电容C2连接，反馈来自滤波电容C2的电流形成自激振荡产生PWM驱动信号，并通过第一驱动单元驱动第一开关单元。进一步的，所述反馈单元包括运算放大器U1、电阻R1和电阻R2，信号输入端VIN通过电阻R1与运算放大器U1的负端连接，同时运算放大器U1的负端通过电阻R2与电感L1一端连接，运算放大器U1的正端接地。进一步的，所述滤波电容C2的电流是电感L1的电流和负载元件RL的电流的合成。进一步的，所述电流补充模块包括电流模块控制及PWM生成电路、第二驱动单元和第二开关单元，所述电流模块控制及PWM生成电路根据采样电流产生驱动信号通过第二驱动单元来驱动第二开关单元。进一步的，所述电流模块控制及PWM生成电路采用电流反馈闭环自激振荡产生驱动信号或三角波信号比较的方式产生驱动信号。进一步的，所述复合并联型无死区失真音频数字功率放大器包括双频模式和单频模式，所述双频模式为电流补充模块工作频率和电压控制模块工作频率不一致，所述单频模式为电流补充模块工作频率和电压控制模块同步在相同频率。进一步的，双频模式时，所述电流模块控制及PWM生成电路包括RC滤波电路、滞环振荡比较电路和双边沿触发器，电压控制模块的输出电流经过RC滤波电路滤波处理后，连接到滞环振荡比较电路输入端，滞环振荡比较电路输出端连接到双边沿触发器，所述双边沿触发器的CLK端接入电压控制模块的PWM驱动信号；单频模式时，所述电流模块控制及PWM生成电路包括RC滤波电路、延时电路和滞环比较电路，电压控制模块的输出电流经过RC滤波电路滤波处理后接入滞环比较电路的比较器一端，电压控制模块的PWM驱动信号经延迟电路延时处理后接入比较器另一端，比较器的输出作为电流模块控制及PWM生成电路的输出。本专利技术通过电流补充模块为功率放大器的输出提供主要电流，电压模块输出平均电流趋近于零左右，只提供输出电感的交流纹波，导通损耗大幅度减小，可以使用小得多的器件，甚至使用氮化镓或碳化硅高性能器件而成本占比并不提高多少，也就是用低成本达到极高性能，更重要的是，大幅优化电压控制模块的工作状态，完全工作在软开关状态，寄生二极管的影响也不存在，开关损耗接近于零，因而可以工作在高得多得频率上，理论上能提高十倍，同时，一直严重影响音质的开关死区的影响也不存在了，电压控制模块能工作在最佳状态。此电流补充模块可以并联到任何当前存在的数字功放电路里，因为电流注入点为电压控制模块的开关管节点，此节点工作波形为开关状态的PWM波，阻抗仅为开关管导通阻抗，这个阻抗一般极小，所以注入的电流基本不会改变PWM波的特性和幅度，所以也就不会影响电压控制模块的工作特性，这是电流补充模块可以配合任何形式的电压控制模块的原因，本电路电压控制模块工作在软开关状态，传输特性线性而且低阻，这对提高音质有极大好处。附图说明图1为本专利技术的电路原理示意图；图2为本专利技术的双频电路原理示意图；图3为本专利技术的单频电路原理示意图；图4为本专利技术双频电路波形示意；图5为本专利技术单频电路波形示意；图中：1-电压控制模块；2-电流补充模块；3-LC电路；4-第一驱动单元；5-第一开关单元；6-电流模块控制及PWM生成电路；7-第二驱动单元；8-第二开关单元。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图，对专利技术的技术方案做进一步详细说明。如图1-3所示，本专利技术的一种复合并联型无死区失真音频数字功率放大器，包括电压控制模块1、LC电路3、负载元件RL和电流补充模块2，所述电压控制模块1的输入端接信号输入端VIN，输出端与LC电路3的电感L1一端连接，工作在高频段，提供电压控制能力和动态控制需求，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合并联型无死区失真音频数字功率放大器，包括电压控制模块（1）、LC电路（3）和负载元件RL，其特征在于还包括电流补充模块（2），所述电压控制模块（1）的输入端接信号输入端VIN，输出端与LC电路（3）的电感L1一端连接，工作在高频段，提供电压控制能力和动态控制需求，所述LC电路（3）分别电压采样和电流采样与电压控制模块（1）连接，所述电流补充模块（2）的输入端电流采样与电压控制模块（1）的输出端连接，输出端通过电感L2与电压控制模块（1）的输出端连接，用于跟踪功率放大器的输出电流，提供功率放大器的电流输出，使得电压控制模块（1）的输出电流在0左右波动，所述负载元件RL设置在LC电路（3）输出端。/n

【技术特征摘要】
1.复合并联型无死区失真音频数字功率放大器，包括电压控制模块（1）、LC电路（3）和负载元件RL，其特征在于还包括电流补充模块（2），所述电压控制模块（1）的输入端接信号输入端VIN，输出端与LC电路（3）的电感L1一端连接，工作在高频段，提供电压控制能力和动态控制需求，所述LC电路（3）分别电压采样和电流采样与电压控制模块（1）连接，所述电流补充模块（2）的输入端电流采样与电压控制模块（1）的输出端连接，输出端通过电感L2与电压控制模块（1）的输出端连接，用于跟踪功率放大器的输出电流，提供功率放大器的电流输出，使得电压控制模块（1）的输出电流在0左右波动，所述负载元件RL设置在LC电路（3）输出端。


2.根据权利要求1所述的复合并联型无死区失真音频数字功率放大器，其特征在于所述电流补充模块（2）的输入端电流采样为测量电压控制模块（1）的输出端的电流作为电流检测反馈信号的反馈值或测量电感L1和电感L2的电流，并将两者的差值作为电流检测反馈信号的反馈值。


3.根据权利要求1所述的复合并联型无死区失真音频数字功率放大器，其特征在于所述电压控制模块（1）使用电压外环电路、电流自激内环电路、第一驱动单元(4)和第一开关单元（5），所述电压外环电路的反馈单元电压采样与电感L1另一端连接，输出端接电流自激内环电路，所述电流自激内环电路电流采样与LC电路（3）的滤波电容C2连接，反馈来自滤波电容C2的电流形成自激振荡产生PWM驱动信号，并通过第一驱动单元(4)驱动第一开关单元（5）。


4.根据权利要求3所述的复合并联型无死区失真音频数字功率放大器，其特征在于所述反馈单元包括运算放大器U1、电阻R1和电阻R2，信号输入端VIN通过电阻R1与运算放大器U1的负端连接，同时运算放大器U1的负端通过电阻R2与电感L1一端连接，运算放大器U1的正端接地。


5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金路，
申请(专利权)人：张金路，
类型：发明
国别省市：浙江;33