用于功率放大器的升压级电路制造技术

本发明专利技术属于用于功率放大器的升压级电路和包括所述升压级电路的外部电源电压功率放大器的领域，所述外部电源电压功率放大器例如用于放大到达扬声器系统的电子信号。这些放大器可具备外部电源电压。器可具备外部电源电压。器可具备外部电源电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于功率放大器的升压级电路


[0001]本专利技术属于用于功率放大器的升压级电路和包括所述升压级电路的外部电源电压功率放大器的领域，所述外部电源电压功率放大器例如用于放大到达扬声器系统(音频放大器)的电子信号。这些放大器可具备外部电源电压。

技术介绍

[0002]现有技术的电子放大器电路常常被限制在它们可通过其所具备的电源电压而提供的输出电压的范围内。对于电池操作的装置，这可能会在电池电压未高到足以递送期望的输出信号(在所有情形下)时成问题。这例如是通常具有峰值信号比平均信号功率高许多倍(所谓的高波峰因数)的输出信号的音频放大器中的问题。
[0003]为了克服此电源限制，在过去已提出许多放大器电路扩展，其使可用电源电压瞬时升压到超出可从外部电源获得的电压。可特别提及两种方法：使用可使电源瞬时加倍的大存储电容器(“飞跨电容器”)的电路，例如在US8212620中，此文件展示一种放大器装置，所述放大器装置包含具有用于接收音频输入信号的输入和用于将输出信号发送到负载的输出的放大器，其中升压轨电路连接到电源并具有连接到BTL放大器的单个升压轨，例如图1a中所展示；以及使用单独切换功率级来产生局部电源的其它电路，所述其它电路通常由如图1b中所展示的具有电感器和电容器的升压电路组成。上文所论述的现有技术的两种变体仍有问题。在飞跨电容器的情况下，主要问题是其在使用期间放电并可仅最多实现电源的加倍。此外，当其大量放电时，再充电将产生功率耗散，例如在所存在的二极管中。在切换升压器的情况下，问题是将局部电源15充电到高于外部电源5会花费时间。更详细地说，此第二问题牵涉以下情况：当需要升压阶段时，电感器10首先必须通过将其经由底部晶体管30连接到地面35而进行充电，所述底部晶体管具有局部电源15在其升压之前会下降的副作用。此初始充电在其开始上升到高于电源之前产生输出的瞬时下降，且是“右半平面”零点的表现，所述表现通常是在切换升压级的控制中众所周知的问题。在用于放大器的应用中，这意味着在电源的控制中需要一些余量(以产生非期望的电源变化的一些裕度)，或在输入的处理中需要一些延迟以能够“前瞻”并在实际上需要升压之前预测切换。图1b中的切换升压器的另一缺点是电源电流始终流过初级电感器10，甚至在不需要升压时也是如此。此电感器的寄生电阻造成额外损耗。
[0004]顺便提及，US 2018/115246 A1叙述了一种包含升压转换器和功率转换器的组合的系统，所述升压转换器和所述功率转换器串联耦合在一起，使得串联组合将到达所述串联组合的输入电压升压到大于所述输入电压的输出电压，使得由所述串联组合提供的升压大于仅由升压转换器提供的升压。所述系统还可包含放大器，其中放大器的输入耦合到升压转换器和功率转换器的串联组合的输出。然而，所述系统是相对复杂的，且并非极高能效的。
[0005]本专利技术的目标是克服现有技术的升压电路的缺点且尤其是克服其电气和音频功能的缺点，而不会损害功能性和优点。

技术实现思路

[0006]本专利技术在第一方面中涉及用于功率放大器电路的根据权利要求1所述的升压级电路，功率放大器电路用于放大输入信号并产生输出信号，升压级电路包含用于产生到达功率放大器的电源轨电压的电路。当输出信号超过可从外部电源(例如电池)获得的电压时，用于功率放大器的电源电压由飞跨电容器提升。飞跨电容器在通过电感器的每一提升循环之后高效地自动再充电，从而也将跨飞跨电容器的电压增大到高于外部电源。当需要升压时，接着通过开关晶体管230将电容器240提升并放置成与电源串联。因而，电源的瞬时加倍是可用的，而没有图1b中现有技术的升压器中存在的充电延迟。当开关晶体管230闭合时，电流也将开始在初级电感器210中累积。当电路通过断开230和闭合220返回到正常电源时，此电感器电流将对电容器240再充电。通过在正常电源220闭合、230断开与升压电源220断开且230闭合之间足够快地交替，可使用相对小电容值240，同时避免显著放电，这与传统飞跨电容器电源倍增器相比是显著优点。除上述功能性之外，还存在飞跨电容器上的平均电压依据两个切换阶段的工作循环而增大。此外，随着电容器通过电感器35而非通过图1a的现有技术中的耗散二极管50进行高效再充电，未提供功率效率的降级。如同其它升压电路，模式之间的切换可在可变的，即有限或充满的能量从电感器转移到电容器的情况下发生。
[0007]因此，本升压级电路尤其适合于功率放大器，并包括用于外部电源的电连接器5、至少一个电容器240，所述电容器具有第一侧和第二侧，所述电容器在其第一侧处电连接到至少一个第一开关(220)并在第二侧处电连接到至少一个第二开关(230)，通常为单个第一开关220和/或单个第二开关230，其中每一个别开关适应于在>20kHz的切换频率下操作，其中每一个别开关与另一侧适应于电连接到电连接器5，应注意，“开关侧”可在电容器侧上和在电连接器侧上，并且其中在升压模式下，所述电容器的一侧处的所述至少一个第一开关220处于断开状态且所述电容器的另一侧处的所述至少一个第二开关230处于闭合状态，或其中在基本模式下，所述电容器的一侧处的所述至少一个第一开关220处于闭合状态且所述电容器的另一侧处的所述至少一个第二开关230处于断开状态，至少一个电感器210，其在一侧处电连接到(i)所述电容器240的一侧，并(ii)与所述第一开关220中的至少一个电连接，以及在另一侧处(iii)与地面电连接，输入261和262分别适应于从用于操作所述至少一个第一开关220和所述至少一个第二开关230的控制器接收控制输入，以及任选地，用于操作所述至少一个第一开关220和所述至少一个第二开关230的控制器。如果对“地面”进行参考，则也可参考电源的较低输入电压。在升压模式与基本模式之间，开关220、230可均断开，这可被称为盲区模式，以便防止短路。
[0008]在第二方面中，本专利技术涉及一种外部电源电压功率放大器60，其包括至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的升压级电路，其中所述功率放大器选自音频放大器、助听器放大器、电动机控制放大器、可变电源单元、时变电源，以及其组合。
[0009]应用尤其是具有固定电源电压的那些放大器，这是因为它们是电池供电的(包含车载放大器)或因为电源单元是固定的。主要应用是音频放大器。然而，此概念易于延伸到其它领域，例如电动机控制、可变电源单元或需要时变功率信号的任何其它领域。
[0010]由此，本专利技术提供对一个或多个上述问题的解决方案。
[0011]在整个描述中详述了本说明书的优点。
[0012]本专利技术的详细描述
[0013]本专利技术在第一方面中涉及根据权利要求1所述的升压级电路。
[0014]在本升压级电路的示范性实施例中，至少一个第一开关220和至少一个第二开关230可各自个别地选自晶体管，例如NMOS晶体管、PMOS晶体管、双极晶体管、例如GaN FET的FET、IGBT，以及其组合。
[0015]在本升压级电路的示范性实施例中，至少一个电容器240可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于功率放大器的升压级电路(100)，其包括用于外部电源的电连接器(5)，至少一个电容器(240)，所述电容器具有第一侧和第二侧，所述电容器在其第一侧处电连接到至少一个第一开关(220)的第一侧并在其第二侧处电连接到至少一个第二开关(230)的第一侧，其中每一个别开关适应于在>20kHz的切换频率下操作，其中所述至少一个第一开关(220)和所述至少一个第二开关(230)中的每一个别开关与相应开关的另一侧适应于电连接到所述电连接器(5)，并且其中在升压模式下，所述电容器的一侧处的所述至少一个第一开关(220、230)处于断开状态且所述电容器的另一侧处的所述至少一个第二开关(220、230)处于闭合状态，或其中在基本模式下，所述电容器的一侧处的所述至少一个第一开关(220、230)处于闭合状态且所述电容器的另一侧处的所述至少一个第二开关(220、230)处于断开状态，至少一个电感器(210)，其在一侧处电连接到(i)所述电容器(240)的一侧，并(ii)与所述第一开关(220)中的至少一个电连接，以及在另一侧处(iii)与地面电连接，输入(261)和(262)分别适应于从用于操作所述至少一个第一开关(220)和所述至少一个第二开关(230)的控制器接收控制输入，以及任选地，用于操作所述至少一个第一开关和所述至少一个第二开关(220、230)的控制器。2.根据权利要求1所述的升压级电路，其中所述至少一个第一开关和所述至少一个第二开关(220、230)各自个别地选自晶体管，例如NMOS晶体管、PMOS晶体管、双极晶体管、例如GaNFET的FET、IGBT...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔，
申请(专利权)人：阿克根有限公司，
类型：发明
国别省市：