一种数字音频功率放大器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种数字音频功率放大器及其控制方法。该一种数字音频功率放大器及其控制方法采用双环反馈，在两电平调制器之后插入最低开关频率限制器，控制两电平脉冲信号的频率不低于设定值，误差取样放大器加设谐振检测器，最低开关频率限制器为由定时器和逻辑门构成的脉冲信号高、低电平控制器，谐振检测器是包括门限判决器和模拟光耦构成的控制器。该一种数字音频功率放大器及其控制方法采用了最低开关频率限制和谐振检测、抑制的方法，使功放器的质量、稳定性能极大提高，结构简单可靠，加工制作容易，成本低廉，易于推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及一种音频功率放大器，尤其涉及一种数字音频功率放大器及其控 制方法。
技术介绍
目前，模拟式音频功率放大器因其效率低，体积大，笨重且成本高已经跟不上时代 的发展。而随着集成电路技术和功率开关场效应管(MOSFET)技术的发展，数字音频功率放 大器(简称数字功放)已越来越多的得到应用。数字功放的末级功放管工作在D类开关状 态，理论效率可以达到100%。效率的提高，可减小发热量，从而提高功放可靠性，减小散热 器，降低体积和重量，节约成本。现有的数字功有两种，一种是反馈信号取自解调滤波器之前的单环反馈放大器。 这种放大器的非线性失真较为严重，效果较差。另一种为双环反馈，反馈信号同时取自解调 滤波器之前和之后。解调滤波器处于环路控制范围内，从而消除滤波器的一些非理想特性， 效果比单环反馈放大器好。这种双环反馈放大器的问题有两个首先，解调滤波器通常是二阶LC(电感电容) 结构，3dB截止频率设置为30KHZ 60KHZ。当解调滤波器输出轻载或空载时，会欠阻尼，在 截止频率点附近出现谐振；当滤波器输出接容性负载时，截止频率点会降低，甚至进入音频 带内，并在降低后的截止频率点附近产生谐振。若反馈信号取自滤波器之后，控制系统的稳 定性就成为设计难题，这是现有的双环数字音频放大器面临的问题。常用的解决方法是提 高滤波器阻尼系数就是在滤波器内附加衰减电阻，这样势必增加功放内部损耗，影响功放 效率；调节控制系统补偿网络会大大增加功放控制系统复杂度，给调试、生产、成本带来负 面影响，其次当输入音频信号不断增大，而开关桥的供电电压是固定的，当输入音频信号增 大到一定值时，功出现限幅现象，此时两电平调制器的输出脉冲信号频率会降低，以至于会 降到音频带内。解调滤波器的截止频率通常设置为30KHZ 60KHZ，当脉冲频率低于此截止 频率时就无法达到滤波的效果，不论采用单环还是双环反馈，脉冲频率都会直接通过滤波 器进入音频信号带来严重的失真。
技术实现思路
为了解决现存数字功放反馈信号取自解调滤波器后的谐振不稳定和两电平调制 器输出的脉冲信号最低频率限制的问题，本专利技术提供了一种数字音频功率放大器及其控制 方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是该数字音频功率放大器及其控制方 法包括最低开关频率限制器、解调滤波器、电平调制器、误差取样放大器、谐振检测器，该数 字音频功率放大器采用双环反馈，反馈信号同时取自解调滤波器之前和之后，在两电平调 制器之后插入最低开关频率限制器，将两电平调制器输出两电平的脉冲信号作为最低开关 频率限制器的输入信号，控制两电平脉冲信号的频率不低于设定值；在误差取样放大器上加设谐振检测器，将解调滤波器之后反馈信号减去音频输入信号的差值信号作为谐振检测 器的输入信号，检测并及时抑制谐振，最低开关频率限制器是定时器和逻辑门构成的脉冲 信号高、低电平控制器。谐振检测器是包括门限判决器和模拟光耦构成的控制器。所述最低开关频率限制器是由定时器和非逻辑门、与逻辑门构成的高电平控制、 由定时器和或逻辑门构成的低电平控制，将解调滤波器之后反馈信号减去音频输入信号的 差值信号作为谐振检测器的输入信号是采用模拟运算放大器通过微分运算获得。本专利技术的有益效果是该种数字音频功率放大器及其控制方法采用了最低开关频 率限制和谐振检测、抑制的方法，使功放器的质量大大提高，稳定性能大幅增强，功放效率 提高，为产品的升级换代开辟了道路，是音频设备的高端产品，结构简单可靠，加工制作容 易，成本低廉，易于推广。附图说明附图1为本专利技术的电路图；附图2为本专利技术的最低开关频率限制器结构框图；附图3为本专利技术的谐振检测器结构框具体实施例方式在图中，该数字音频功率放大器及其控制方法包括最低开关频率限制器、解调滤 波器、电平调制器、误差取样放大器、谐振检测器，该数字音频功率放大器将音频信号送入 功放后分为两路，分别送取样误差放大器1和谐振检测器，滤波器后反馈信号经微分、比例 衰减后也分别送取样误差放大器和谐振检测器。取样误差放大器1用送入音频信号减去反 馈信号，提取出音频输入信号和反馈信号的误差信号作为取样误差放大器2的参考信号。所述谐振检测器的输入信号是用滤波器后反馈信号减去音频输入信号，得到的差 值信号，差值信号的大小反映谐振的状况。在没有谐振时，差值近似为零；当谐振时，差值将 不为零，谐振越大差值越大。差值信号送到门限判决器，当差值信号超过判决门限时，门限 判决器将产生输出信号点亮模拟光耦的发光二极管。模拟光耦由发光二极管和光敏电阻构 成，光敏电阻在没有光照射的情况下，电阻值很大，会大于1兆欧姆；在光照射下，光敏电阻 的阻值会减小。模拟光偶的光敏电阻并联到误差放大器1的放大臂上，在功放正常工作情 况下，光敏电阻不会对功放的工作有任何影响；当功放出现谐振时，门限判决器会输出信号 点亮模拟光耦的发光二极管，光敏电阻在光照下阻值会减小，误差放大器1的增益会随着 光敏电阻的减小而降低。谐振越严重，光敏电阻值越小，放大器的增益越低。通过降低放大 器增益抑制谐振，确保整个控制环路稳定。反馈信号与音频输入信号之间的减法运算，可用 模拟运算放大器，门限判决器可用比较器；模拟光耦可以用发光二级管和光敏电阻自制。所述误差取样放大器2用误差取样放大器1送入参考信号减去滤波器前反馈信 号，所得误差信号送两电平调制器。两电平调制器输出两电平脉冲信号，当功放输出出现限 幅时，脉冲信号会出现持续的高电平或低电平，导致开关频率降低，限幅越严重，开关频率 越低。两电平脉冲信号送到最低开关频率限制器，最低开关频率限制器工作原理如图2 所示。最低开关频率限制器是由定时器1和非逻辑门、与逻辑门构成的高电平控制、由定时器2和或逻辑门构成的低电平控制。所述定时器1为上升沿置位，下降沿清零，该定时器用于检测开关脉冲信号的高 电平持续时间，当高电平持续时间小于规定值时，定时器不会产生溢出，输出恒为低电平信 号，当高电平持续时间超过规定值，定时器1会产生溢出，输出一个高电平窄脉冲信号。所述定时器2为下降沿置位，上升沿清零，该定时器用于检测开关脉冲信号的低 电平持续时间，当低电平持续时间小于规定值时，定时器出恒为低电平信号，当低电平持续 时间超过规定值，定时器会产生溢出，输出一个高电平窄脉冲信号。当开关脉冲信号频率高于最低开关频率设定值时，定时器1、定时器2均不会产生 溢出，开关脉冲信号可以直接通过最低开关频率限制器，不会有任何改变。当开关脉冲频率 低于最低开关频率设定值，出现持续高电平时，定时器1会产生溢出，输出溢出脉冲，经反 相器后，通过与逻辑门，将溢出脉冲加在两电平脉冲信号上，从而实现在高电平上强制插入 一定时间宽度的低电平；当开关脉冲信号频率低于最低开关频率设定值，出现持续低电平 时，定时器2会产生溢出，输出溢出脉冲，并通过或逻辑门、将溢出脉冲加在两电平脉冲信 号上，从而实现在低电平上强制插入一定时间宽度的高电平。通过高低电平的强行插入，达 到限制低开关频率的作用。插入电平的时间宽窄，会影响两电平调制器的调制效率，通常取 399 500ns。最低开关频率限制器采用通用逻辑器件实现，也可以通过可编程逻辑器件来 实现。所述最低开关频率限制器输出的脉冲信号送到驱动器，驱动器是将脉冲信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字音频功率放大器及其控制方法，该种数字功率放大器及其控制方法包括最低开关频率限制器、解调滤波器、电平调制器、误差取样放大器、谐振检测器，所述反馈信号同时取自解调滤波器之前和之后，其特征是：在两电平调制器之后插入最低开关频率限制器，两电平调制器输出两电平的脉冲信号作为最低开关频率限制器的输入信号，控制两电平脉冲信号的频率不低于设定值，在误差取样放大器１上加设谐振检测器，将解调滤波器之后反馈信号减去音频输入信号的差值信号作为谐振检测器的输入信号；。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庄磊，
申请(专利权)人：徐州泰思电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32