具有同步开关支路的隔离变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种放大装置，提供了将开关型电源和Ｄ类放大器（开关型放大器）集成在一起的方法。其结果是基本上使用一个磁性元件（１）、一个主储能元件（４）及多个开关（２０，３０），以能够实现电源功能和放大功能的方式控制磁性元件、主储能元件及开关。用这种方法，得到一种便宜、小巧、高效的通用配置。本发明专利技术放大装置特别适用于音频产品。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包含开关型电源部分及开关型放大器部分的放大装置。
技术介绍
到目前为止，大多数放大器是AB类放大器组成的结构，由提供电源隔离的线性(铜铁型)电源供电。然而，这种结构的缺点是重量重、体积大、效率很低。随着对于效率和备用电源以及小型化的要求不断升级，这种设置日愈成为技术发展的瓶颈。为提高这种设置的效率，业界做了各种努力。其中大多数试图改善线性电源效率的方法是通过用开关型电源替代线性电源，或用称为D类(＝开关型)的放大器替代AB类放大器。这种解决方案如DE34 47 566和EP 0 561 501所公开。但是，开关型电源及D类放大器两部分都需要数个昂贵的元器件，如开关、磁性元件、储能元件、控制单元等等。因而，由于成本原因，这些解决方案在消费电子市场未能取得成功。D类放大器的拓扑结构利用了脉宽调制方式。D类以开关模式工作，因此D类放大器也称为开关型功率放大器。在这种类型的放大器中，输出端迅速地闭合和断开，优选在每一个取样周期内至少开关两次。用这种方法，基本上可以避免功率的浪费。业内通常用开关型转换器这一术语来描述这类电路采用直流或交流输入，提供极性相同或相反、较低电压或较高电压的单个或多个直流或交流的输出。因此，需要一种包含D类放大器和开关型电源(SMPS)的装置，其成本较低或效率较高，以解决现有技术存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种高效和/或低成本的、包含开关型电源部分和开关型放大器部分的放大装置。本专利技术的目的是通过所附权利要求限定的根据本专利技术的放大装置来实现的。本专利技术涉及一种放大装置，包含开关型电源部分和开关型放大器部分，其特征在于，它还包含磁性元件，构成放大装置的初级端和次级端，所述初级端与放大装置的电压输入端相连接，所述的次级端与放大装置的电压输出端相连接，所述的磁性元件可以为开关型电源部分工作，也可为开关型放大器部分工作；并且在磁性元件的每一端至少设有一个控制单元用于控制电流和/或电压。本专利技术放大装置提供开关型电源和D类放大器相结合的方式，其中至少一些重要及昂贵的零部件为不同的功能部分所共享。与通常的部件基本完全分离的解决方案相比，这种方式提供了一种更加有效、成本更低的装置。根据本专利技术，磁性元件优选为变压器，由多个部分所共享。因而优点是基本上只需要一个主要的磁性元件。这样，就可以得到一种作为通用结构的廉价、小体积、高效的，商业可行的替代结构。作为优选方式，开关型电源部分和开关型放大器部分可设计成为集成单元，从而可得到更加小巧的放大装置。作为另一优选方式，在初级端设有至少一个储能元件，该储能元件既可为开关型电源部分工作，也可为开关型放大器部分工作。其结果，另一个重要的组件由放大装置的功能部分所共享，使其更加高效及成本更低。优选地，可以通过以实现电源功能和放大功能的方式控制所述控制单元，提供电源功能和放大功能。结果，使相对简单和便宜的设计成为可能。作为最有效的方式，通过使用包含对电流为双向、对电压为单向开关的初级端控制单元，和/或包含对电流为单向、对电压为双向开关的次级端控制单元，进行这种功能选择。进一步地优选变压器设计为中心抽头，例如设有一个中心设置的接地连接。通过初级端和次级端之间的电绝缘可以实现这点。对于消费产品，为了使电源与最后用户隔离(绝缘)这一点特别重要。作为本专利技术的另一个方面，本专利技术涉及包含上述放大装置的音频产品。从以下对本专利技术的详细描述中可以显而易见地了解本专利技术的适用范围。但是，应当指出，仅仅说明性地给出了对本专利技术的详细描述和表示本专利技术优选实施例的特定实例，对本领域的普通技术人员来说从这些细节的描述中可以得出的各种显而易见的变化和改进都不脱离本专利技术的构思和范围。以下将结合附图通过实施例对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1所示为根据本专利技术一个实施例的放大装置的电路示意图；图2为图1所示的放大装置的时间响应图。具体实施例方式本专利技术涉及一种放大装置，其中开关型电源和D类放大器相互结合在一起。图1为本专利技术放大器实施例的示意图。放大装置包含磁性元件1，该磁性元件构成放大装置的初级端S1和次级端S2，所述初级端与放大装置的电压输入端连接，所述次级端与放大装置的电压输出端连接。所述磁性元件既可以为放大装置的开关型电源部分工作，也可以为开关型放大器部分工作。在优选实施例中，该磁性元件为具有相互电感耦合的初级和次级线圈11、12的变压器，从而构成放大装置的初级和次级端S1、S2。此外，放大装置在变压器的每一端还包含控制单元2、3，用于控制电流和/或电压，在初级端最好设置至少一个储能元件4，如电容。所述的储能元件最好可以为放大装置的开关型电源功能和开关型放大器功能两者工作，并且可以构成初级端上所述的控制单元2的组成部分。储能元件可以当作直流电压的缓冲器。初级端的控制单元2优选由两条开关支路(switching legs)组成，最好构成全桥式变换器(full-bridgeinverter)，工作在恒定的开关频率及50％的占空系数。全桥式变换器可以包括4个相同的开关20，如图1所示，每一支路上设两个开关。初级端的开关最好对电流为双向，对电压为单向。这可以通过场效应晶体管(FET)实现，最好是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，如将MOSFET 21与二极管22并联。在所示的实施例中，变压器的初级线圈11设在初级端控制单元2的平衡中心(balanced center)，如在开关支路之间。在次级端，变压器最好包含2个线圈12，两个线圈之间的连接点接地。这样，构成中心抽头的变压器，在输入缓冲器和负载端之间形成电绝缘。次级端的控制单元3优选包括开关30，对电流为单向、对电压为双向。这些开关最好由半导体器件实现，如用场效应晶体管(FET)，最好是MOSFET。图1所示为这种开关的一种可能实现方式，其中MOSFET 31与二极管32串连。具有反向阻断电压性能的绝缘栅双极晶体管(IGBT)也可以用于实现本目的。次级端的开关最好是相同的，并且最好为桥式连接，设有两个平行的分支，每个分支上设两个开关，在每个分支上的开关之间设置互连33。因而，在本实施例中，在p分支上设有两个开关，分别包括二极管和MOSFET的组合Q1p、D1p和Q2p、D2p。同样，在n分支上分别包括二极管和MOSFET的组合Q1n、D1n和Q2n、D2n。互连提供放大装置的负载输出端。此外，在互连33的负载输出端中心35的每一边可以设置一个电感34。所述电感起低通滤波器的作用。上述讨论的实施例中，发现负载电流是流过滤波器34的电流之间的差值，而与互连33的负载输出位置35处的电位vo成正比例。互连的每一边的电位分别为vp和vn。一般，该电位可以表示为vo＝1/2*(vp+vn)开关的定时如图2所示。为清楚起见，假设本图中所用元件均为理想元件。时序图描述了次级开关支路的定时。相对于初级支路，次级开关支路为支路1和支路2。Vx的正向转变(从负电压变为正电压)之后，晶体管Q1n和Q2p导通。此外，vx的正脉冲波前(positive flank)最好当做晶体管Q1p和Q2n截止之后传导延迟的参考瞬时(reference instants)(图中用*表示出)。反之，vx的负脉冲波前(negative flan本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放大装置，包括开关型电源部分和开关型放大器部分，其特征在于，还包括：磁性元件（１），形成放大装置的初级端和次级端（Ｓ１、Ｓ２），所述初级端与放大装置的电压输入端耦合，所述次级端与放大装置的电压输出端耦合，所述的磁性元件（１）可既 为开关型电源部分又可为开关型放大器部分工作，并且磁性元件的每一边至少有一个控制单元（２０、３０）用于控制电流和／或电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PJM斯米德特，JL杜瓦特，R乔克曼，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]