用于Ｄ类音频功率放大器的功率转换器的方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种用于Ｄ类放大器的功率转换的方法和设备。所述功率转换是使用调节的半桥电源中的同步整流器／利用正轨道和负轨道之和作为反馈／以便于正输出轨道与负输出轨道之间的能量传送来实现的。这最小化了错位充电与轨道下降的效应，并实现了良好的线路调节，同时允许使用非常小的、低值的输出电容器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及用于转换功率和放大信号的电子设备，更具体地，涉及用于向放 大器提供功率的方法和设备。
技术介绍
图1是示意了半桥D类放大器的示例的示意图。半桥D类放大器包括正电源电压 轨道101、负电源电压轨道102、地103、正电源电压滤波电容器104、负电源电压滤波电容器 105、上侧驱动器106、下侧驱动器107、低通输出滤波电感器108、低通输出滤波电容器109、 以及负载110。半桥配置中的D类音频功率放大器表现出针对电源的多个问题。这些问题 的一个示例是错位充电(off-side charging)。错位充电具有半桥配置的D类放大器导致“错位充电”或“轨道抽运(rail pumping)”，其 中，能量从加载的转换器输出传送至未加载的转换器输出。加载的转换器输出是电源中向 第一电源电压轨道提供第一电源电压的部分，半桥D类放大器当前从第一电源电压轨道汲 取功率。未加载的转换器输出是电源中向第二电源电压轨道提供第二电源电压的部分，半 桥D类放大器当前未预期从第二电源电压轨道汲取功率。例如，当上侧驱动器106激活时， 功率从电源提供给正电源电压轨道101，以用于包括上侧驱动器106的半桥D类放大器。在 这期间，在正电源电压轨道101上提供正电源电压的、电源电路的第一部分将为加载的转 换器输出，而在负电源电压轨道102上提供负电源电压的、电源电路的第二部分将为未加 载的转换器输出。作为另一示例，当下侧驱动器107激活时，功率从电源提供给负电源电 压轨道102，以用于包括下侧驱动器107的半桥D类放大器。在这期间，在负电源电压轨道 102上提供负电源电压的、电源电路的第二部分将为加载的转换器输出，而在正电源电压轨 道101上提供正电源电压的、电源电路的第一部分将为未加载的转换器输出。在半桥D类放大器中，由于半桥D类放大器的负载耦合在加载的转换器输出与地 之间，并且未加载的转换器输出的滤波电容器耦合在其对应的未加载电源电压轨道与地之 间，因此出现错位充电或轨道抽运条件。错位充电将导致未加载轨道的未加载电源电压的 幅度增大，这可以容易地使其超过D类放大器器件的额定电压，并通过在正向传递函数中 引入非线性而导致失真。为了最小化错位充电的影响，通常在正和负电源电压轨道上使用较大值的电容 器。然而，所需的电容与放大器的功率输出不成正比，而是与负载阻抗成反比。这意味着， 驱动低阻抗负载的低功率放大器需要与其较低的功率输出不成比例的较大电容值。图2是示意了由于半桥D类放大器的操作而导致的电源电压轨道的错位放电的示例的波形图。占空比D被设置为75%，使得D’(即非D，D的反)为25%。在理论上，这将得 到Vrail/2的输出电压和Vrail/2R的输出电流。这使得错位充电电流等于D’*Vrail/2R。 为了本示例的目的，电感器108可以被认为具有足够大的值，以忽略纹波并将其视为恒定 电流源。波形201描述了用于使能示例半桥D类放大器的上侧驱动器106的使能信号D的 电压的波形的示例。在时刻206，波形201升高至使能电压211。波形201保持为高在使能 电压211处，直到在时刻207处，其降低至禁止电压212。波形201保持在禁止电压212，直 到在时刻208处，其再次升高至使能电压211。波形201保持为高在使能电压211处，直到 在时刻209处，其再次降低至禁止电压212。在时刻210处再次升高至使能电压211之前， 波形201保持为低在禁止电压212处。由于本示例描述了 75%的占空比，因此在75%的时 间，波形201为高在使能电压211处，而在25%的时间为低在禁止电压212处。波形202描述了用于使能示例半桥D类放大器的下侧驱动器107的使能信号D’的 电压的波形的示例。在时刻206，波形202降低至禁止电压214。波形202保持为低在禁止 电压214处，直到在时刻207处，其升高至使能电压213。波形202保持在使能电压213，直 到在时刻208处，其再次降低至禁止电压214。波形202保持为低在禁止电压214处，直到 在时刻209处，其再次升高至使能电压213。在时刻210处再次降低至禁止电压214之前， 波形202保持为高在使能电压213处。由于本示例描述了针对D的75%的占空比，因此在 25%的时间，针对D’的波形202为高在使能电压213处，而在75%的时间为低在禁止电压 214 处。波形203描述了上侧驱动器106与下侧驱动器107的连接点111处的电压的波形 的示例。在时刻206，波形203升高至正电源电压216。波形203保持为高在正电源电压 216处，直到在时刻207处，其降低至负电源电压217。波形203保持在负电源电压217，直 到在时刻208处，其再次升高至正电源电压216。波形203保持为高在正电源电压216处， 直到在时刻209处，其再次降低至负电源电压217。在时刻210处再次升高至正电源电压 216之前，波形203保持为低在负电源电压217处。由于本示例描述了 75%的占空比，因此 在75%的时间，波形203为高在正电源电压216处，而在25%的时间为低在负电源电压217 处。电感器108和电容器109用作低通滤波器，以滤除正电源电压216与负电源电压217 之间的高频切换，得到稳定电压218，电压218位于从负电源电压217至正电源电压216过 程中的75%处(即在本示例中位于正电源电压的近似一半处，其中地103具有位于正电源 电压216与负电源电压217之间正中的地电压)。波形204描述了当上侧驱动器106激活时流动的充电电流112的波形的示例。在 时刻206，波形204转变为负电流电平220。波形204保持为负电流电平220，直到在时刻 207处，其转变为零电流电平219。波形204保持在零电流电平219，直到在时刻208处，其 再次转变为负电流电平220。波形204保持在负电流电平220，直到在时刻209处，其再次 转变为零电流电平219。直到时刻210再次转变为负电流电平220之前，波形204保持在零 电流电平219。由于本示例描述了 75%的占空比，因此波形204在75%的时间位于负电流 电平220，而在25%的时间位于零电流电平219。波形205描述了当下侧驱动器107激活时流动的充电电流113的波形的示例。在 时刻206到时刻207，波形205保持为零电流电平221。在时刻207，波形205转变为正电流电平222。波形205保持在正电流电平222，直到时刻208其再次转变为零电流电平221。 波形205保持在零电流电平221，直到在时刻209处，其再次转变为正电流电平222。直到 时刻210再次转变为零电流电平221之前，波形205保持在正电流电平222。由于本示例描 述了 75%的占空比，因此波形204在75%的时间位于零电流电平221，而在25%的时间位 于正电流电平222。可以通过将导数设置为0并求解D来导出错位充电的最坏情况。例如，在Vout = 2*Vrail*D = Vrai 1, lout = Vout/R,以及 Ichg = (1_D) *Iout (即错位充电电流)的情况 下，Ichg= (I-D)^Iout = (I-本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种方法，包括：将正和负电源电压施加于Ｄ类功率放大器；比较正和负电源电压之间的差异；基于所述差异来产生脉冲宽度调制的控制信号；基于所述脉冲宽度调制的控制信号来控制同步整流器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾里克·门登霍尔，
申请(专利权)人：RGB系统公司，
类型：发明
国别省市：US