專利名稱：一種雙極性軟開關(guān)pwm功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本實(shí)用新型涉及一種功率放大器，特別是一種雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器。
背景技術(shù)：
據(jù)目前已知的PWM音頻功率放大裝置，如D類功率放大器，其中的功率開關(guān)大多工 作于硬開關(guān)模式，即功率開關(guān)關(guān)斷或開通的過程中，開關(guān)所承受的電壓與電流均不為零，因 此在開通或關(guān)斷過程中伴隨著較大的損耗，即開關(guān)損耗。開關(guān)頻率越高，則開關(guān)損耗就越 大，同時硬開關(guān)過程還會產(chǎn)生高頻電磁干擾。因此，硬開關(guān)性PWM音頻功率放大裝置的開關(guān) 頻率不能太高.在開關(guān)電源設(shè)計當(dāng)中廣泛使用軟開關(guān)技術(shù)來解決功率開關(guān)管開關(guān)損耗的問題，然 而，據(jù)目前已知的開關(guān)電源裝置，其輸出的極性是固定的，因此，開關(guān)電源中所用的軟開關(guān) 技術(shù)不能直接應(yīng)用于音頻功率放大裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種適合音頻功率放大的雙極性軟開關(guān)PWM功 率放大器，結(jié)合開關(guān)電源中的軟開關(guān)技術(shù)，解決現(xiàn)有技術(shù)的功率管開關(guān)損耗較大的而使效 率降低、開關(guān)頻率受限的問題。本實(shí)用新型為解決其問題所采用的技術(shù)方案是一種雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器，包括用于提供能量的功率電源以及比較單元，包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端，所述比較單 元對第一輸入端和第二輸入端的輸入信號進(jìn)行處理后從第一輸出端和第二輸出端輸出第 一信號和第二信號；脈沖寬度調(diào)制信號輸出單元，根據(jù)所述比較單元第一輸出端輸出的第一信號輸出 大功率脈沖信號；變換開關(guān)組，包括開關(guān)管，所述開關(guān)管根據(jù)脈沖寬度調(diào)制輸出單元輸出的大功率 脈沖信號實(shí)現(xiàn)開通和關(guān)閉；第一變壓器，原邊與變換開關(guān)組連接，經(jīng)過變換和隔離后向負(fù)載提供能量；脈沖極性切換單元，接收所述比較單元第二輸出端輸出的第二信號以及脈沖寬度 調(diào)制信號輸出單元輸出的大功率脈沖信號，根據(jù)第二信號輸出與大功率脈沖信號同相或者 反相的切換脈沖信號；極性切換開關(guān)組，連接于變壓器的副邊和負(fù)載之間，根據(jù)脈沖極性切換單元輸出 的切換脈沖信號進(jìn)行開關(guān)切換。優(yōu)選的是，本實(shí)用新型還包括能量吸收單元，用于當(dāng)極性切換開關(guān)組關(guān)閉時吸收 負(fù)載的能量。優(yōu)選的是，本實(shí)用新型還包括能量回饋單元，所述能量回饋單元連接于能量吸收 單元以及功率電源之間，用于將能量吸收單元吸收的能量回饋到功率電源中。[0015]優(yōu)選的是，所述比較單元的前端設(shè)有誤差積分放大器，所述誤差積分放大器對來 自控制裝置的給定信號以及來自負(fù)載的反饋信號進(jìn)行處理，所述比較單元的第一輸入端接 收誤差積分放大器的輸出信號，第二輸入端接地。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型的比較單元根據(jù)兩輸入信號對脈沖極性切 換單元輸出的切換脈沖信號進(jìn)行控制，極性切換開關(guān)組根據(jù)切換脈沖信號進(jìn)行開關(guān)切換， 使得本實(shí)用新型的功率放大器的輸出電壓能夠在正電壓和負(fù)電壓之間變換，即使得其輸出 具有雙極性，因此能夠很好地滿足音頻功率放大的應(yīng)用領(lǐng)域；本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)能夠 應(yīng)用上開關(guān)電源中的軟開關(guān)技術(shù)，其工作時開關(guān)管能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓切換，其開關(guān)損耗能夠 有效地降低，因而可以提高PWM功率放大器的開關(guān)頻率，從而提供放大器的信噪比，還可以 減小公知的放大器中所需的輸出低通濾波器的體積。此外，當(dāng)本實(shí)用新型進(jìn)一步包括能量吸收單元時，極性切換開關(guān)組關(guān)閉的時候負(fù) 載中剩余的能量能夠被吸收，當(dāng)進(jìn)一步包括能量回饋單元時，此部分吸收能量能夠回饋到 功率電源中，使得整個放大器的效率得到提高；比較單元前端的誤差積分放大器能夠?qū)?自控制裝置的給定信號以及來自負(fù)載的反饋信號首先進(jìn)行處理，誤差積分放大器的輸出為 對兩信號之間的差值進(jìn)行積分放大之后的信號，與比較單元直接處理兩輸入信號相比，這 種方法更穩(wěn)定、更方便。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明

圖1為本實(shí)用新型的電路方框示意圖；圖2為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1，本實(shí)用新型的一種雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器，包括用于提供能量的 功率電源9以及比較單元1，包括第一輸入端11、第二輸入端12、第一輸出端13和第二輸 出端14，所述比較單元1對第一輸入端11和第二輸入端12的輸入信號進(jìn)行處理后從第一 輸出端13和第二輸出端14輸出第一信號和第二信號；脈沖寬度調(diào)制信號輸出單元2，根據(jù) 所述比較單元第一輸出端13輸出的第一信號輸出大功率脈沖信號；變換開關(guān)組3，包括開 關(guān)管，所述開關(guān)管根據(jù)脈沖寬度調(diào)制輸出單元輸出的大功率脈沖信號實(shí)現(xiàn)開通和關(guān)閉；第 一變壓器5，原邊與變換開關(guān)組3連接，經(jīng)過變換和隔離后向負(fù)載提供能量；脈沖極性切換 單元4，接收所述比較單元第二輸出端14輸出的第二信號以及脈沖寬度調(diào)制信號輸出單元 2輸出的大功率脈沖信號，根據(jù)第二信號輸出與大功率脈沖信號同相或者反相的切換脈沖 信號；極性切換開關(guān)組6，連接于變壓器的副邊和負(fù)載之間，根據(jù)脈沖極性切換單元4輸出 的切換脈沖信號進(jìn)行開關(guān)切換。參照圖2本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的電路圖，音頻輸出裝置K15通過由電容C 16、 電感L17組成的低通濾波器與功率放大器的輸出連接。其中全橋變換開關(guān)組3包括開關(guān)管 Ql、Q2、Q3、Q4，極性切換開關(guān)組6包括開關(guān)管Q6、Q8、Q10、Q12，開關(guān)管Q6、Q8、Q10、Q12的 兩端并接有二極管D7、D9、D11、D13，二極管D7、D9、Dll、D13的方向按照電路功能設(shè)置。除了上述的結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型還可以包括能量吸收單元7，用于當(dāng)極性切換開關(guān)組6關(guān)閉時吸收負(fù)載的能量。進(jìn)一步，本實(shí)用新型還可以包括能量回饋單元8，能量回饋單元8連接于能量吸收單元7以及功率電源9之間，用于將能量吸收單元7吸收的能量回饋到功 率電源9中。上述設(shè)置能夠使得功率放大器的整體效率得到提高。如圖2所示，能量吸收 單元7包括一電容器C28，能量回饋單元8包括一開關(guān)管Q35、第二變壓器T35、二極管D34， 開關(guān)管Q35、第二變壓器T35和二極管34組成一反激式開關(guān)電源，電容器C28作為次開關(guān)電 源的直流輸入端，當(dāng)極性切換開關(guān)組6關(guān)閉的時候負(fù)載中剩余的能量能夠被吸收，此部分 被吸收的能量通過開關(guān)管Q35和第二變壓器T35組成的變換電路回饋至功率電源9中。其 中，優(yōu)選的是，第一輸出端13輸出的第一信號為第一輸入端11和第二輸入端12的輸入信 號的差值的絕對值。一般地，比較單元第一輸入端11接收來自控制裝置的給定信號，第二輸入端12接 收來自負(fù)載的反饋信號，功率放大器根據(jù)此給定信號和反饋信號的大小對后端進(jìn)行控制。 為了便于處理，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，比較單元1的前端設(shè)有誤差積分放大器，誤差積分放 大器對來自控制裝置的給定信號以及來自負(fù)載的反饋信號先進(jìn)行處理，比較單元1的第一 輸入端11接收誤差積分放大器的輸出信號，第二輸入端12接地。此時比較單元1的第一 輸入端11接收到的為對給定信號和反饋信號的差值進(jìn)行積分放大之后的信號，由于比較 單元1的第二輸入端接地，因此其第一輸出端13輸出的是第一輸入端11接收到的信號的 絕對值，第二輸出端14輸出的是第一輸入端11接收到的信號的正負(fù)極性信號。這種優(yōu)選 的實(shí)施方式的處理更加簡單，過程更加穩(wěn)定可靠。圖2中電路的工作原理如下當(dāng)比較單元第一輸出端13輸出的差值的絕對值大于脈沖寬度調(diào)制信號輸出單元 2中預(yù)設(shè)的閾值時，脈沖寬度調(diào)制信號輸出單元2輸出與差值的絕對值成正比的大功率脈 沖信號，否則輸出預(yù)設(shè)最小寬度的大功率脈沖信號，根據(jù)此設(shè)置能夠控制功率放大器的輸 出電壓大小。當(dāng)比較單元1的第一輸入端11的輸入信號電壓高于第二輸入端12的輸入信號電 壓時，第二輸出端14輸出低電平，脈沖極性切換單元4輸出與大功率脈沖信號同相的切換 脈沖信號，極性切換開關(guān)組中的開關(guān)管Q6、Q8、Q10、Q12根據(jù)此切換脈沖信號開通和關(guān)斷， 使輸出到負(fù)載兩端的電壓為A正B負(fù)，即該雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器輸出正電壓；當(dāng)比 較單元的第一輸入端11的輸入信號電壓低于第二輸入端12的輸入信號電壓時，第二輸出 端14輸出高電平，脈沖極性切換單元4輸出與大功率脈沖信號反相的切換脈沖信號，極性 切換開關(guān)組中的開關(guān)管Q6、Q8、Q10、Q12根據(jù)此切換脈沖信號開通和關(guān)斷，使輸出到負(fù)載兩 端的電壓為A負(fù)B正，即該雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器輸出負(fù)電壓。雙極性軟開關(guān)PWM 功率放大器的輸出端電壓與比較單元1兩輸入端的電壓差保持相同極性。當(dāng)變換開關(guān)組3中的開關(guān)管Ql關(guān)閉后，依靠電感L17的儲能作用，通過變壓器T5 耦合，使C點(diǎn)電位下降到零，開關(guān)管Q3可以零電壓開通；同時變壓器T5的次級繞組輸出電 壓為零，使極性切換開關(guān)組6中的開關(guān)管Q6、Q8、Q10、Q12可以零電壓切換；經(jīng)過需要的延 時后，開關(guān)管Q4關(guān)斷，依靠變壓器T5的初級繞組漏感儲能使D點(diǎn)電位上升到與功率電源大 小相同的電壓，使開關(guān)管Q2可以零電壓開通，進(jìn)入下一個工作周期并以此循環(huán)。綜上所述，本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)功率放大器輸出端電壓極性的正負(fù)極性切換，使 得本實(shí)用新型能夠適用于音頻功率放大方面的應(yīng)用；此外，本實(shí)用新型還實(shí)現(xiàn)了功率放大器中開關(guān)管的軟開關(guān)過程，降低了開關(guān)管的開關(guān)損耗。 以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本 實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器，其特征在于包括用于提供能量的功率電源(9)以及比較單元(1)，包括第一輸入端(11)、第二輸入端(12)、第一輸出端(13)和第二輸出端(14)，所述比較單元(1)對第一輸入端(11)和第二輸入端(12)的輸入信號進(jìn)行處理后從第一輸出端(13)和第二輸出端(14)輸出第一信號和第二信號；脈沖寬度調(diào)制信號輸出單元(2)，根據(jù)所述比較單元第一輸出端(13)輸出的第一信號輸出大功率脈沖信號；變換開關(guān)組(3)，包括開關(guān)管，所述開關(guān)管根據(jù)脈沖寬度調(diào)制輸出單元輸出的大功率脈沖信號實(shí)現(xiàn)開通和關(guān)閉；第一變壓器(5)，原邊與變換開關(guān)組(3)連接，經(jīng)過變換和隔離后向負(fù)載提供能量；脈沖極性切換單元(4)，接收所述比較單元第二輸出端(14)輸出的第二信號以及脈沖寬度調(diào)制信號輸出單元(2)輸出的大功率脈沖信號，根據(jù)第二信號輸出與大功率脈沖信號同相或者反相的切換脈沖信號；極性切換開關(guān)組(6)，連接于變壓器的副邊和負(fù)載之間，根據(jù)脈沖極性切換單元(4)輸出的切換脈沖信號進(jìn)行開關(guān)切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器，其特征在于還包括能量 吸收單元(7)，用于當(dāng)極性切換開關(guān)組(6)關(guān)閉時吸收負(fù)載的能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器，其特征在于所述能量吸 收單元(7)包括一電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器，其特征在于還包括能量 回饋單元(8)，所述能量回饋單元⑶連接于能量吸收單元(7)以及功率電源(9)之間，用 于將能量吸收單元(7)吸收的能量回饋到功率電源(9)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器，其特征在于所述比較單 元(1)的前端設(shè)有誤差積分放大器，所述誤差積分放大器對來自控制裝置的給定信號以及 來自負(fù)載的反饋信號進(jìn)行處理，所述比較單元的第一輸入端(11)接收誤差積分放大器的 輸出信號，第二輸入端(12)接地。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種雙極性軟開關(guān)PWM功率放大器，包括用于提供能量的功率電源以及比較單元、脈沖寬度調(diào)制信號輸出單元、全橋變換開關(guān)組、第一變壓器、脈沖極性切換單元、極性切換開關(guān)組。本實(shí)用新型的功率放大器的輸出電壓能夠在正電壓和負(fù)電壓之間變換，即其輸出具有雙極性，能夠很好地滿足音頻功率放大的應(yīng)用領(lǐng)域；此外，本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用上開關(guān)電源中的軟開關(guān)技術(shù)，其工作時開關(guān)管能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓切換，其開關(guān)損耗能夠有效地降低，因而可以提高PWM功率放大器的開關(guān)頻率，從而提供放大器的信噪比，還可以減小公知的放大器中所需的輸出低通濾波器的體積。
文檔編號H02M7/12GK201577030SQ20092027361
公開日2010年9月8日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者呂盼稂, 吳健新 申請人:恩平市西特爾數(shù)碼科技有限公司