开关放大器和信号放大方法技术

本发明专利技术涉及开关的放大器和信号放大方法，其中第一和第二控制器（３－１，３－２）产生脉冲信号，其占空比根据音频信号（Ｓ１）进行调制，其频率间具有１８０度相移。第一和第二放大部分（１－１，１－２）执行开关操作，对直流电压进行开关，产生具有１８０度相移的功率脉冲信号，并且根据音频信号（Ｓ１）对功率脉冲信号的占空比进行调制。第一和第二放大部分（１－１，１－２）向滤波部分（２）提供功率脉冲信号（Ｓ１１，Ｓ２）。在滤波部分（２），合成两个功率脉冲信号（Ｓ１１，Ｓ１２），从而抵消了功率脉冲信号（Ｓ１１，Ｓ１２）的基波分量。滤波部分（２）除去了高次谐波分量并再现音频信号（Ｓ１），并向扬声器（５）输出该音频信号。（*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开关放大器和一种信号放大方法。常规的开关放大器有以下需要解决的问题为了截止PWM信号的开关频率分量特别是具有高能量基波分量，高性能滤波器需要具有复杂的结构。为了重现高保真的声音，需将开关放大器的带宽上限设定为等于或大于100kHz。为了建立和确保这个带宽上限，需要将开关频率设定为等于或大于2MHz。但是，开关装置很难在2MHz或2MHz以上以一种稳态方式开关。例如，如果以常规的FET(场效应晶体管)用作开关装置，常规的FET不具备足够的能力在2MHz或大于2MHz时开关。因此，将开关频率设定为等于或大于2MHz会导致开关延迟和开关时间的偏移。这种延迟和偏移会影响为防止有一个直通电流流过多个开关装置而设置的停滞时间，造成较大的功率消耗，并使开关放大器的输出失真率恶化。通过降低开关装置的源电压，开关频率可以设定在2MHz。然而，如果源电压降低，放大因数也会相应降低。由于以上原因，开关放大器不能产生较大的输出。为了解决开关放大器不能产生较大输出的问题，可以在开关放大器中使用一种BTL(无平衡变压器)电路。该BTL电路是全桥电路，该电路通过推挽操作放大原始信号。那么即使在源电压相对较低的情况下，仍然可以从BTL电路获得较大的输出。然而，即使开关放大器使用了BTL电路，仍然需要把开关装置的开关频率设定在2MHz或2MHz以上。因此，开关装置很难以一种稳态方式在开关放大器中进行开关，如果例如使用常规FET作为开关装置。本专利技术另一目的是提供一种，输出具有相对较低失真率的放大信号。为了实现上述目的，根据本专利技术的第一个方面，这里提出了一种产生脉冲信号的开关放大器，它的每个脉冲信号的占空比根据要放大的原始信号的信号电平来设定，根据每一脉冲信号开关直流电压，以产生功率脉冲信号并滤波该功率脉冲信号，从而放大原始信号并提供功率脉冲信号给负载。该放大器包括一个用于产生脉冲信号的脉冲信号发生器，每个脉冲信号有与其原始信号的信号电平相对应的占空比，并且它们之间相互异相；多个放大部分，每一个具有开关装置，输入多个脉冲信号的每一个，并根据每个脉冲信号的占空比进行直流电压的开关，从而产生异相的多个功率脉冲信号；和一个滤波器，用来对由上述多个放大部分输出的多个功率脉冲信号进行组合和滤波，并将经过细合和滤波的功率脉冲信号提供给所说的负载。滤波器可能包含多个电抗器，每个电抗器与各自对应的上述多个放大部分其中之一相连接以组合功率脉冲信号。所说的多个放大部分的每一个可能包括多个开关装置，这些开关装置与一个应用直流电压的功率源相连接并对该直流电压进行开关。在这种情况下，脉冲信号发生器就可以对多个脉冲信号反相，然后向所说的多个放大部分输出多个脉冲信号和反相的多个脉冲信号。所说的多个放大部分的每一个可能包括多个开关装置，这些开关装置与一个应用直流电压的功率源相连接并对该直流电压进行开关。脉冲信号发生器对多个脉冲信号反相，然后向所说的多个放大部分输出多个脉冲信号和反相的多个脉冲信号。开关放大器还可以包括一个可以以预定角度改变时钟信号相位的相移部分，由此可以产生相移时钟信号；一个参考信号发生器，根据所说的相移部分输出的相移时钟信号产生参考信号；一个调制器，通过比较要放大的原始信号和参考信号，调制多个脉冲信号中每一个的占空比，并向每个放大部分的开关装置提供脉冲信号；和一个反相器，对占空比经过调制的多个脉冲信号的每一个反相，并分别向每个放大部分的开关装置提供脉冲信号。在开关放大器中，多个放大部分的每一个可以包括两个以串联方式排列并接收提供的直流电压的开关装置。在这种情况下，负载连接到多个放大部分的每一个的双串联排列开关装置的一个连接点，并通过所说的滤波器，形成一个半桥或全桥电路；所说的脉冲信号发生器产生彼此异相的多个脉冲信号以及它们的反相信号，并将每对脉冲信号与对应的反相信号分别输出给所述放大部分相应一个的双串联排列开关装置。在开关放大器中，上述脉冲信号发生器可以包括一个比较参考信号发生器，根据时钟信号的相位产生比较参考信号；第一脉冲信号发生器，对要放大的原始信号与所说的比较参考信号发生器产生的比较参考信号进行比较，输出第一脉冲信号；第一反相脉冲信号发生器，对所说的第一脉冲信号发生器产生的第一脉冲信号反相，输出第一反相脉冲信号；原始信号反相器，对要放大的原始信号反相；第二脉冲信号发生器，比较所说的原始信号反相器产生的反相信号与所说的比较参考信号发生器产生的比较参考信号，输出第二脉冲信号；第二反相脉冲信号发生器，对所说的第二脉冲信号发生器产生的第二脉冲信号反相，输出第二反相脉冲信号。滤波器可能会削弱频率高于脉冲信号基频的信号分量。滤波器可以合成功率脉冲信号，从而至少可以抵消一部分频率等于脉冲信号基频的信号分量。脉冲信号发生器可以包含一个脉宽调制器，用以产生根据原始信号的信号电平进行脉宽调制和彼此相位偏移的脉冲信号。脉冲信号发生器也可以包含一个频率调制器，用以产生根据原始信号的信号电平进行频率调制和彼此相位偏移的脉冲信号。为了实现上述目的，根据本专利技术的第二个方面，提供一种信号放大方法，该方法包括以下步骤产生异相的多个脉冲信号；根据要放大的原始信号的信号电平，为多个脉冲信号的每一个设定一个开/关周期比；根据多个脉冲信号的每一个开关一个直流电压，从而产生异相的多个功率脉冲信号；以及组合产生的多个功率脉冲信号，并对组合的功率脉冲信号滤波，将滤波信号提供负载，从而抵消了基波分量和/或每个产生的功率脉冲信号的较高次谐波。为了实现上述目的，根据本专利技术的第三个方面，提供了一种开关放大器，该放大器包括一个脉冲信号发生器，产生多个脉冲信号，这些信号的占空比是根据要放大的原始信号调制的，这些信号是彼此异相的；多个开关部分，根据脉冲信号进行开关操作，从而产生彼此异相的多个功率脉冲信号；以及一个滤波器，组合多个功率脉冲信号并进行滤波，进而再现原始信号并输出该再现信号。为了实现上述目的，根据本专利技术的第四个方面，提供一种信号放大方法，它包含以下步骤产生多个脉冲信号，这些信号的占空比是根据要放大的原始信号调制的，这些信号是彼此异相的；根据脉冲信号进行开关，从而产生彼此异相的多个功率脉冲信号；以及组合功率脉冲信号并进行滤波以再现原始信号，并输出该再现信号。附图说明图1为根据本专利技术第一实施例的开关放大器结构的电路图；图2A至图2J为图1所示开关放大器中信号的波形图；图3A至图3D为图1所示开关放大器中信号的波形图；图4A至图4D为图3A至图3D所示信号的波形放大图；图5为图1所示开关部分输出信号的波形图；图6为图1所示开关放大器中合成的功率脉冲信号的频率分量强度说明图；图7为根据本专利技术第二实施例的开关放大器的电路图；图8为图7所示每一控制器的结构的方框图；图9A至9F为图7所示开关放大器中信号的波形图；图10为图7所示开关放大器中合成的功率脉冲信号的的频率分量强度说明图；图11为根据本专利技术第三实施例的开关放大器的结构的电路图；图12A至图12H为根据图11所示开关放大器中信号的波形图；图13为根据本专利技术第四实施例的开关放大器的结构的电路图； 图14为图13所示每一控制器的结构的方框图；以及图15为调频(FM)类型开关放大器结构示例电路图。第一实施例根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关放大器，产生脉冲信号，根据要放大的初始信号的信号电平设定脉冲信号各自的占空比，根据每一脉冲信号开关直流电压，并对脉冲信号滤波，从而放大初始信号，并向负载提供放大信号，所说的放大器包括： 脉冲信号发生器（３－１，３－２，３－３，３－４），它产生脉冲信号（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ２９，Ｓ３０，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ４４，Ｓ４５，Ｓ４７，Ｓ４８），每一脉冲信号具有对应于初始信号（Ｓ１，Ｓ４）的信号电平的占空比，并且彼此异相。 多个放大部分（１－１，１－２，１－３，１－４），它具有开关装置，输入多个脉冲信号的每一个，并根据每一脉冲信号的占空比执行直流电压的开关，从而产生彼此异相的多个功率脉冲信号（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２９，Ｓ３０，Ｓ３１，Ｓ３２）；以及 滤波器（２，２－１，２－２），它组合和滤波从所说的多个放大部分输出的多个功率脉冲信号，并且向负载输出组合并滤波后的功率脉冲信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：森田浩一，
申请(专利权)人：三垦电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]