專利名稱：放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于放大電子信號的放大器電路，該放大器電路由用于產(chǎn)生方波信號的可控開關(guān)裝置、用于對上述方波信號濾波，以便可以產(chǎn)生一個輸出信號的濾波器裝置、用于提供一個和通過濾波器電容的電流成比例的濾波器電容電流的裝置、用于通過響應(yīng)需要被放大的輸入信號而驅(qū)動開關(guān)裝置來對方波信號進行脈寬調(diào)制的調(diào)制裝置、以及用于根據(jù)由輸入信號導(dǎo)出的基準值和與輸出信號成比例的輸出信號值，提供一個用于控制調(diào)制裝置的校正信號的校正裝置組成，其中所述方波信號的幅度在操作期間在第一和第二電源電壓值之間變化；所述濾波器裝置包括一個自電感和一個電容。
背景技術(shù)：
這種放大器電路是在美國專利No.5,606,289中被公開的，在實際應(yīng)用中也把它稱做D類放大器。
在D類放大器電路中，產(chǎn)生的方波信號的頻率比需要被放大的輸入信號的最高頻率高得多。對該信號的脈沖寬度比進行調(diào)制，使得上述方波信號的平均值和輸入信號成比例。通過把方波信號加到低通濾波器或者諧振電路，可以產(chǎn)生一個具有界于最高信號頻率和方波信號的頻率之間的截止頻率的輸出信號，在這個輸出信號中，消除了開關(guān)頻率或方波頻率以及方波信號的較高頻率。輸出信號表示方波信號的平均值，從而也表示輸入信號的平均值，但是該輸入信號是由一個放大系數(shù)放大的，這個放大系數(shù)是由調(diào)制器、校正信號、電源和開關(guān)裝置的電子特性決定的。一般情況下，將例如象MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)這樣的開關(guān)晶體管用作開關(guān)裝置。
因為當(dāng)放大器沒有驅(qū)動到滿負荷時，輸出級會出現(xiàn)高熱耗散，所以象其放大級基本上作為一個可控串聯(lián)電阻進行工作的A類和AB類放大器這樣的線性放大器的能效是非常低的。每個放大器電路都包括一個被切換的輸出級，但另一方面，例如依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的熱損耗卻是非常低的，這是因為當(dāng)開關(guān)裝置斷開時，通過輸出級的電流為零，而當(dāng)開關(guān)裝置接通時，輸出級兩端的電壓實際為零。實際上，開關(guān)放大器，或D類放大器具有非常高的、大于90％的能效。
實際上，開關(guān)放大器會出現(xiàn)很多意想不到的結(jié)果，這些結(jié)果會導(dǎo)致對理想輸出信號的干擾。這些干擾又可以被細分為內(nèi)部誤差和外部誤差。
放大器的輸出阻抗主要是由用于濾除方波信號的濾波器裝置決定的。該阻抗與頻率相關(guān)，而且因為實際原因，該阻抗在頻段的末端近似等于額定負載電阻。因此，很難從加到負載上的信號中抑制掉由于外部原因而引起的輸出信號中的干擾。而且還會出現(xiàn)和負載阻抗相關(guān)的頻率傳輸。
另外，例如開關(guān)晶體管具有一個有限的響應(yīng)時間，該響應(yīng)時間主要是由寄生電容引起的。連接在一個叫做半橋電路中的晶體管不能同時處于“導(dǎo)通”狀態(tài)，這是因為在這種情況下，會形成從電源正極到電源負極的電流通路，所述半橋電路中的兩個開關(guān)晶體管串聯(lián)并且在晶體管間的連接處產(chǎn)生方波信號。在這樣的短路過程中出現(xiàn)的電流毫無疑問會對開關(guān)晶體管造成破壞。為此，在晶體管開關(guān)的過程中維持了一個叫做“空載時間”的時間段，這樣就可以確保至少有一個晶體管的狀態(tài)為“截止”。特別是在小幅度下，這個空載時間會在帶有負載的放大器電路的信號傳輸中導(dǎo)致很強的非線性。
最后，依據(jù)調(diào)制裝置的類型，可將存在于電源電壓上的干擾傳輸?shù)捷敵鲂盘栔小?br> 如果對已有技術(shù)的開關(guān)放大器電路進行適當(dāng)設(shè)計，利用在調(diào)制裝置的閉環(huán)反饋中的校正信號，就可盡可能地減小由輸出濾波器引起的輸出阻抗和由空載時間產(chǎn)生的非線性性，以及電源電壓上的干擾。但是，我們發(fā)現(xiàn)，由于輸出濾波器的阻抗/相移，能實現(xiàn)的最大抑制是不夠用的。而且，穩(wěn)定條件可能依賴于負荷和電源電壓。

發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的第一個目的是通過消除輸出濾波器對放大器電路信號傳輸特性的影響，加強對D類放大器電路的輸出信號中的干擾的抑制，這里的干擾是由內(nèi)部和外部誤差源引起的。
依據(jù)本發(fā)明，該目的是通過提供用于從輸入信號中得到基準電流的裝置實現(xiàn)的，其中將校正裝置設(shè)計為用于從基準電流和濾波器電容電流中提供作為電流校正信號的校正信號。
本發(fā)明的基礎(chǔ)在于，必須有一個適宜的差分校正，以便實現(xiàn)對輸出信號中干擾的快速校正，在上述過程中，本發(fā)明充分利用了濾波器電容電流，該電流與放大器電路的輸出信號電壓的導(dǎo)數(shù)成比例，而且當(dāng)使用單獨的差分裝置來提供D校正信號時，也不會產(chǎn)生高頻噪聲以及其它干擾。
依據(jù)本發(fā)明，通過把輸出濾波器放入控制回路，受這種方式控制的放大器的輸出濾波器的阻抗幾乎不會產(chǎn)生放大器的輸出阻抗。放大器電路中負載的變化會被直接檢測出來并得到校正，這是因為由上述負載變化引起的濾波器電容電流的變化會立即引起電流校正信號的產(chǎn)生。
本發(fā)明最佳實施例的目的是盡可能快地將這種干擾減少到最低限度，最好是在開關(guān)裝置的一個開關(guān)周期內(nèi)完成。為此，用來提供濾波器電容電流的裝置是寬帶裝置，也就是說，它的帶寬平均為放大器信號帶寬的五倍或更寬。
主要有兩種可能方法可以用來測量濾波器電容電流。在直接測量的情況下，一個傳感器或者其它的電子元件，例如一個電阻器，與濾波器電容器串聯(lián)連接。在間接測量的情況下，電流是由一個和濾波器電容器并聯(lián)的電容器提供的。直接測量的優(yōu)點是可以以最大的精確度表示通過濾波電容器的電流，而且不會出現(xiàn)任何能夠覺察到的相移。
在本發(fā)明的另一個實施例中，為了提供和通過濾波器電容的電流最成比例的濾波器電容電流，用于提供濾波器電容電流的裝置包括一個和濾波器電容器或與其一部分串聯(lián)的變流器，上述變流器由一個帶有同軸電纜繞線的鐵心和一個與濾波器電容串聯(lián)的導(dǎo)體組成，所述導(dǎo)體例如可以是內(nèi)部導(dǎo)體，同時在另一個導(dǎo)體，即同軸電纜的外部導(dǎo)體中，產(chǎn)生和通過濾波器電容的電流成比例的濾波器電容電流。
濾波器電容電流和基準電流不包括任何關(guān)于將被放大的信號中可能的直流(DC)成分的信息。因此，依據(jù)本發(fā)明的以電壓放大器的形式出現(xiàn)的放大器電路的最佳實施例除了包括一個電流校正信號之外，還包括一個電壓校正信號。
在依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的另一個實施例中，校正信號就這樣被處理為用于調(diào)制裝置的一個控制信號，其中，校正裝置由一個第一差分電路、一個第二差分電路、一個比例(P)或比例積分(PI)控制電路、一個控制電路和一個求和電路組成，其中第一差分電路用于根據(jù)基準電壓和輸出電壓信號而提供第一差分信號；第二差分電路用于根據(jù)基準電流和濾波器電容電流而提供第二差分信號；比例(P)或比例積分(PI)控制電路包括了一個用于第一差分信號的輸入端；控制電路包括了一個用于通過一個系數(shù)(D)來處理第二差分信號的輸入端；求和電路用于把P或PI控制電路的輸出信號和用于控制調(diào)制裝置的D控制電路的輸出信號求和。
該實施例使得控制系統(tǒng)能夠通過電流反饋回路，快速并充分響應(yīng)放大器電路輸出端上電流的變化，其中電壓反饋確保了在低頻范圍內(nèi)，系統(tǒng)也會跟隨所期望的輸出電平。實踐中發(fā)現(xiàn)，濾波器電容電流響應(yīng)了低頻范圍中一個不足度(insufficient degree)，這是因為當(dāng)信號頻率較低時，第一階導(dǎo)數(shù)太小了，因此必須將電壓反饋回路設(shè)計成至少在大約小于500Hz的低頻范圍內(nèi)仍可操作。
在已有技術(shù)中，通常把比較器電路用做調(diào)制裝置，其輸入是一個三角形(或者鋸齒狀)電壓和將要以外加的校正信號進行放大的信號。這種技術(shù)就是所說的“正弦三角”調(diào)制。在正弦三角調(diào)制的情況下，當(dāng)把放大器驅(qū)動到一個高輸出度時，調(diào)制裝置可能會產(chǎn)生相對非常窄的脈沖，該窄脈沖可能會損壞半導(dǎo)體開關(guān)晶體管。除此之外，作為必要的空載時間的后果，還會引入誤差。可以把這種類型的誤差定義為放大器電路的內(nèi)部誤差。此外，正弦三角調(diào)制器的輸出電壓和所加電源電壓成比例，可以把該誤差看作是一個外部誤差。
除了正弦三角調(diào)制原理，還有一種“∑-Δ”調(diào)制原理也適用于依據(jù)本發(fā)明的放大器電路，盡管該調(diào)制原理不常用于D類放大器。依據(jù)∑-Δ調(diào)制原理，調(diào)制裝置包括一個磁滯控制電路。與正弦三角調(diào)制器相比，在∑-Δ調(diào)制原理下，開關(guān)裝置的開關(guān)頻率可在電源電壓和信號波動的影響下變化。
在本發(fā)明的最佳實施例中，調(diào)制裝置包括一個磁滯控制電路，該電路可以改變開關(guān)裝置的開關(guān)頻率，而對這一點，已有技術(shù)涉及的開關(guān)放大器卻不能實現(xiàn)。一般情況下，當(dāng)使用依據(jù)本發(fā)明的磁滯控制電路時，開關(guān)頻率不受限制，它可以隨電源電壓、輸出電壓和輸出電流而變化，而不受任何其它控制。不過，與所允許的輸入信號的最高頻率相比，也應(yīng)該避免讓該開關(guān)頻率變得太低，因為這會在輸出信號中引起所不期望的大的開關(guān)波動。
理論上，依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的輸出信號中的干擾盡管被擴展了，但該干擾在一個開關(guān)周期內(nèi)還是均衡的。因此，廢除使用固定開關(guān)頻率原理，可以加快響應(yīng)速度，這樣可以實現(xiàn)放大器電路的低輸出阻抗。
為了使放大器電路在所期望的平均開關(guān)頻率下工作，本發(fā)明的另一個實施例提供了通過提供具有用于控制響應(yīng)中的磁滯窗口的控制輸入的磁滯控制電路而實現(xiàn)的頻率控制。磁滯窗口的寬度由系統(tǒng)的(平均)開關(guān)頻率決定，但是它并不會影響上述消除干擾的特性。
在依據(jù)本發(fā)明的放大器電路中使用磁滯控制電路的另一個優(yōu)點是，∑-Δ調(diào)制原理所要求的積分裝置，已經(jīng)以輸出濾波器的濾波器電感形式隱含存在，其中，積分裝置對放大器電路的輸出信號和一個期望值間的差進行積分，而且輸出濾波器的電流是對開關(guān)裝置的方波電壓以及放大器的輸出電壓間的差求積分的結(jié)果。通過濾波器電感的電流可以部分地從濾波器電容電流中得到，當(dāng)然，依據(jù)本發(fā)明，其表現(xiàn)形式為與從輸入信號中導(dǎo)出的基準電流的一個期望值進行比較，并作為一個校正信號加到磁滯控制電路中。
把積分裝置和必須存在的輸出濾波器合并在一起的好處是可以在開關(guān)裝置的一個開關(guān)周期內(nèi)，盡可能快地將干擾最小化。
除了電壓放大器形式的實施例外，還可以實現(xiàn)以包括一個所謂電流輸出的放大器的形式表現(xiàn)的實施例。對于這種電流放大器，在下述三種電流，即濾波器自感電流、濾波器電容電流和/或輸出信號電流中，必須測量其中至少兩種電流。
依據(jù)本發(fā)明的電流放大器的一個實施例包括用于提供與通過濾波器自電感的電流成比例的濾波器自感電流的裝置，用于提供與輸出信號電流成比例的輸出電流信號的裝置，其中，校正裝置包括一個第一差分電路、一個控制電路和一個求和電路，第一差分電路用于根據(jù)基準電流和輸出電流信號提供第一差分信號，控制電路包括一個用于第一差分信號的輸入端和一個用于與輸出信號電壓成比例的輸出電壓信號的輸入端，求和電路用于對來自控制電路的輸出信號和與濾波器自感電流成比例的電流值進行求和，所述濾波器自感電流用于控制調(diào)制裝置。
在所述實施例中，從濾波器自感電流和輸出電流信號的測量結(jié)果中隱含地導(dǎo)出濾波器電容電流。
依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的原理既可以用于所謂的半橋電路，又可以用于一個所謂全橋或H-橋電路，其中在上述半橋電路中，電源電壓值可以相對于零點為正為負，而上述全橋或H-橋電路都處于所謂的(受控互補模式)“2級”模式和“3級”的模式中。在后面的例子中，將會提供一個由包括一個半橋電路的第一和第二放大器電路組成的放大器電路，其中，依據(jù)本發(fā)明的實施例，和第一放大器電路相比，第二放大器電路中的基準電壓和基準電流都是以反相位處理的。
為了最好地消除干擾，依據(jù)本發(fā)明，這個連為全橋或H-橋電路的放大器電路包括一個共用磁滯控制電路，所述磁滯控制電路包括用于第一和第二放大器電路的一個第一和一個第二可控磁滯窗口，通過包括一個差分項和一個公共項的控制信號來控制該磁滯控制電路，其中差分項控制第一和第二放大器電路之間的所需相位差，而公共項控制第一和第二放大器電路的平均開關(guān)頻率。
因此，非常重要的是，磁滯控制導(dǎo)致能夠準確設(shè)置兩個橋支路的脈沖相位，使得當(dāng)輸出信號不為零時，在輸出端上能夠達到兩倍的開關(guān)頻率。這種所謂的“3級”模式的主要優(yōu)點是，當(dāng)沒有輸入信號時，橋支路的兩個輸出端之間絕對不會有切換波動。
在實際使用的電路中，很難避免開關(guān)裝置的方波狀輸出信號在包括所需差分分量之外還包括公共分量。這種情況是由來自開關(guān)裝置的調(diào)制信號中的微小時間差引起的。通過適當(dāng)?shù)卦趦蓚€橋式輸出端上分配輸出濾波器的自電感，并把兩個濾波器線圈進行磁耦合，就可以對差分和公共(同相或“公共模式”)信號分量實現(xiàn)不同的電感。
在依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的另一個實施例中，用于濾除全橋或H-橋電路中的方波信號的濾波器裝置包括了一個自電感，該自電感基本上由一個8字形鐵心構(gòu)成，所述鐵心包括一個第一外部引腳、一個第二外部引腳和一個中央引腳，其中，每個外部引腳都帶有一個線圈，而中央引腳的磁性電阻要高于上述兩個外部引腳，并且，第一外部引腳的線圈連接在第一和第二開關(guān)晶體管的接合處，而第二外部引腳的線圈連接在第三和第四開關(guān)晶體管的接合處，在這種方式下，來自橋式電路的同相或公共模式信號在鐵心的兩個外部引腳產(chǎn)生了一個磁場，而來自橋式電路的反相信號產(chǎn)生了一個穿過中央引腳的磁場。
和所實現(xiàn)的電感分布相適應(yīng)，通過對差分路徑和公共路徑使用輸出濾波器的濾波器電容的不同電容值，從而對輸出濾波器的公共分量實現(xiàn)一個低通帶寬，能夠進一步有效抑制這一分量。
在本發(fā)明的另一個實施例中，特別是在涉及放大器電路的噪聲方面有所改進。其中用于形成基準電流的差分裝置和去混迭輸入濾波器裝置在輸入端被合并為一個電路，所述電路包括一個第一差分放大器、一個第二差分放大器和一個第三差分放大器，其中第一差分放大器包括一個用于連接來自放大器電路的輸入信號的輸入端，和一個與低通濾波器相連的輸出端；第二差分放大器和低通濾波器串聯(lián)作為一個積分器，它包括一個用于提供基準電壓的輸出端；第三差分放大器與低通濾波器相連，用于提供基準電流。
依據(jù)本發(fā)明的放大器電路非常適于用作音頻放大器的輸出級，但也可以把它用在功率放大器中，進行精確的測量和控制操作，例如是用在具有非常高的功率和帶寬乘積值的伺服放大器中。
下面將參照表示本發(fā)明最佳實施例的附圖，詳細說明本發(fā)明。


圖1所示框圖表示典型的D類放大器的主要元件。
圖2所示框圖用最普通的形式表示依據(jù)本發(fā)明的放大器電路。
圖3所示框圖詳細說明依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的第一實施例，它被設(shè)計為一個半橋電路。
圖4所示框圖詳細說明依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的第二實施例，它被設(shè)計為一個全橋或H-橋電路。
圖5到圖8圖形化地表示信號波形，這些波形對依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的操作非常有說明性，本發(fā)明的設(shè)計可以參閱圖3或圖4。
圖9表示的是用于依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的變流器。
圖10所示框圖表示依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的一個最佳實施例，它被設(shè)計為一個電流放大器。
圖11所示框圖表示的是用在依據(jù)本發(fā)明的全橋或H-橋電路中的無源輸出濾波器的一個最佳實施例。
圖12表示的是用于圖11所示的輸出濾波器的濾波器線圈的實現(xiàn)。
圖13所示框圖表示用在依據(jù)本發(fā)明的放大器電路中的一個組合輸入濾波器/基準電流提供裝置的一個最佳實施例。
具體實施方式
各種實施例中用相同數(shù)字標識的元素或元件有相同或等效的功能。
圖1是開關(guān)放大器或D類放大器1的一般方框圖。放大器1包括一個切換級2，該切換級2是由象開關(guān)晶體管這樣的可控開關(guān)裝置組成的。一般來說，所謂MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)就是用于這一目的。在所謂半橋電路中，兩個開關(guān)晶體管串聯(lián)連接在第一(正)電源電壓值+VB和第二(負)電源電壓值-VB間。被切換信號來自兩個晶體管的接合處。當(dāng)不能得到正電源電壓值和負電源電壓值時，就可以使用所謂的全橋或H-橋電路，其中兩個半橋電路并聯(lián)連接在第一(正)電源電壓值+VB和第二(零)電源電壓值-VB間。在這種情況下，被切換信號來自兩個橋支路間的接合處。另一種可能是所說的H-橋電路由兩個互補模式的受控支路組成。關(guān)于波形和功能，這個具有H-橋電路的電路產(chǎn)生一個可與半橋電路相比的結(jié)果，但是，只需要原半橋電路的電源電壓的一半即可。
開關(guān)裝置2是由調(diào)制裝置3控制的。調(diào)制裝置3一般包括一個具有兩個穩(wěn)定(二進制)輸出狀態(tài)的比較器電路。在這種情況下，把一個通常為三角形或鋸齒狀的振蕩器信號加到比較器電路的第一輸入端，把需要放大的輸入信號加到第二輸入端。比較器電路的二進制輸出狀態(tài)指出所要放大的輸入信號是大于還是小于振蕩器信號。
因此，來自調(diào)制裝置3的輸出信號是一個脈沖波形控制信號7，該信號的脈沖寬度比以下述方式由輸入信號6進行調(diào)制，即脈沖波形信號7的平均值和輸入信號6成比例。這種調(diào)制原理就是所謂的“正弦三角”調(diào)制。
當(dāng)開關(guān)裝置2通過控制信號7被驅(qū)動時，產(chǎn)生了一個在第一和第二電源電壓值之間的方波信號8。通過輸出濾波器裝置9，通常為包括一個自電感15和一個電容17的無源低通濾波器，最終得到一個和輸入信號6相等的輸出信號10，并通過一個總的放大系數(shù)G放大。輸出濾波器裝置9(也叫做諧振裝置)用于從來自開關(guān)裝置2的被切換方波信號8中消除切換或方波頻率，以及更高的頻率。
理論上，對輸入信號6的采樣是由調(diào)制裝置3實現(xiàn)的，其中采樣頻率是由調(diào)制裝置3的振蕩器信號決定的。就已經(jīng)知道的，當(dāng)采樣頻率低于被采樣信號的最高頻率的二倍時，會導(dǎo)致混迭。為了盡量避免由混迭影響引起的不希望出現(xiàn)的輸出信號10的失真，通常把輸入信號6先加到所謂的去混迭輸入濾波器5中，這樣就在頻率上限制了加到控制裝置4上的輸入信號6，使得調(diào)制裝置3的輸出信號中不會出現(xiàn)混迭。
除了正弦三角調(diào)制外，還使用了所謂的“∑-Δ”調(diào)制原理。依據(jù)∑-Δ調(diào)制原理，調(diào)制裝置包括一個磁滯控制電路。而且需要一個積分元件，該積分元件對開關(guān)裝置的輸出電壓和一個期望值之間的差求積分。之后，該積分信號又被加到磁滯控制電路的一個輸入端。
如上所述，一個橋支路的兩個開關(guān)晶體管一定不能同時處于“導(dǎo)通”狀態(tài)，因為這樣會導(dǎo)致對電源電壓的短路。把橋支路的一個晶體管切換為“截止”狀態(tài)，并隨后把另一個晶體管切換為“導(dǎo)通”狀態(tài)所需要的時間稱為空載時間。所述空載時間會引起放大器電路1傳輸函數(shù)的非線性。
在正弦三角調(diào)制的方式下，當(dāng)把放大器驅(qū)動到一個高輸出度時，調(diào)制裝置可以引起非常窄的脈沖，上述窄脈沖可能會損壞開關(guān)晶體管。而且，正弦三角調(diào)制器輸出電壓隨所加電源電壓成比例地變化。
∑-Δ調(diào)制器和正弦三角調(diào)制器的區(qū)別在于一個微小的空載時間誤差，輸出信號中電源電壓依賴性的實際缺乏，以及“截斷(clip)”行為，即沒有窄脈沖。與正弦三角調(diào)制器相反，如果不采取額外的頻率穩(wěn)定性測量，開關(guān)裝置的開關(guān)頻率也可以在電源電壓和信號波動的影響下變化。因此應(yīng)當(dāng)注意開關(guān)頻率并不會影響放大器的線性度，而只會影響輸出中波動電壓的幅度。
D類放大器的輸出阻抗主要是由用于濾掉方波信號的輸出濾波器裝置9決定的。該阻抗是依賴于頻率的，并且因為實際原因，上述阻抗和放大器電路頻段末端的正常負載電阻是近似相等的。其結(jié)果是，得到一個和負載阻抗相關(guān)的頻率傳輸，例如，打開或關(guān)閉一個連接到放大器電路的負載還會導(dǎo)致輸出信號10的變化。
為了均衡由開關(guān)裝置中電源電壓變化、負載變化和所需空載時間引起的輸出信號10中的干擾，提供了控制裝置4。這些控制裝置會產(chǎn)生一個控制信號，將該控制信號加到調(diào)制裝置3中，用于改變開關(guān)裝置2的切換瞬間。從輸入信號6和輸出信號10中提供控制裝置4的控制信號。通過恰當(dāng)調(diào)整控制裝置4，可以有效地抑制由電源電壓變化引起的空載時間問題和干擾。
因為輸出濾波器裝置9在放大器電路的輸出頻率范圍上表現(xiàn)出很強的相移，所以在實踐中，并不可能設(shè)計象下面這樣的控制裝置4，其中，例如，只把放大器電路的輸出電壓作為校正信號，通過該校正信號，可以在較高頻率處實現(xiàn)適當(dāng)?shù)男Ｕ种?即，一個低輸出阻抗)。
圖2用普通框圖以最廣泛的形式表示了依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的原理，該圖包括用于依據(jù)電壓校正信號和電流校正信號而控制調(diào)制裝置3的控制裝置12。
電壓校正信號是在第一差分電路14中，由一個基準電壓Uref和一個與輸出信號10成比例的輸出電壓形成的?；鶞孰妷篣ref是從經(jīng)去混迭輸入濾波器5進行濾波后的輸入信號6中形成的。
電流校正信號是在第二差分電路15中，從一個基準電流iref和一個與通過輸出濾波器裝置9的濾波器電容17中的電流成比例的濾波器電容電流18中形成的?；鶞孰娏鱥ref通過基準電流提供電路13，從經(jīng)去混迭輸入濾波器5濾波后的輸入信號6中形成。在該實施例中，基準電流提供電路13包括差分裝置。
從圖2所示的框圖中可以看出，除經(jīng)濾波的輸入信號、基準電壓Uref、基準電流iref、電壓校正信號和電流校正信號之外，還有一個和電源電壓VB成比例的信號也被加到控制電路12中，用于均衡由電源電壓變化引起的輸出信號10中的干擾。
因為通過輸出濾波器裝置9中的濾波器電容17的電流與輸出信號10的電壓的導(dǎo)數(shù)成比例，而基準電流iref和輸入信號6的電壓的導(dǎo)數(shù)成比例，所以差分電路14提供了一個電流校正信號，通過該信號，可以實現(xiàn)對輸出信號10中(快)干擾的適當(dāng)?shù)牟罘中Ｕ?。這樣使得放大器電路具有較高的控制穩(wěn)定性，其中放大器電路中負載的變化是直接被檢測和校正的，這樣，輸出濾波器裝置9對放大器電路輸出阻抗的影響幾乎覺察不出來，在實際的放大器電路中，其輸出阻抗只有幾個毫歐姆的數(shù)量級。
圖3以框圖的形式詳細顯示了依據(jù)本發(fā)明的放大器電路20的第一實施例，它包括一個半橋電路形式的開關(guān)裝置21，該裝置的示意圖通過開關(guān)28和29表示。實踐中，開關(guān)28和29由象MOSFET-型晶體管這樣的開關(guān)晶體管組成。
開關(guān)裝置21由調(diào)制裝置22控制，在該實施例中，它的形式是帶有可變磁滯的施密特觸發(fā)器電路。
用于濾掉開關(guān)裝置21中的方波信號Ub的輸出濾波器裝置23為一個無源低通濾波器，它包括一個自電感或線圈24，其中一端連接到其上施加有方波信號的開關(guān)裝置21，另一端連接到放大器電路20的一個輸出端26。形式為電容器25的一個濾波器電容存在于輸出端26和信號接地19之間。實際上，濾波器的容量由幾個相互并聯(lián)連接的電容器25組成。
輸出信號電壓U0的一部分通過具有一個(可調(diào)整的)衰減系數(shù)K的衰減裝置27，從輸出終端26返回到第一差分電路14的第一輸入端。基準電壓Uref被加到差分電路14的第二輸入端，上述基準電壓是通過濾波器裝置34從被加到輸入端30、并通過去混迭輸入濾波器裝置36低通濾波的輸入信號Uin而導(dǎo)出。
第一差分電路14從所加的信號中產(chǎn)生一個形式為電壓校正信號的第一差分信號，該電壓校正信號用于由控制或校正裝置31形成一個用于調(diào)制裝置22的控制信號，上述調(diào)制裝置產(chǎn)生了一個用于控制開關(guān)裝置21的信號Um。
依據(jù)本發(fā)明，需要測量與通過濾波器電容或電容器25的電流ic成比例的濾波器電容電流，為此，變流器32的初級線圈與濾波電容器25串聯(lián)連接。變流器32的次級線圈產(chǎn)生的信號通過寬帶低通濾波器裝置43和具有一個(可調(diào)整的)衰減系數(shù)A的衰減裝置33，而加到第二差分電路15的第一輸入端。借助差分裝置35，從輸入信號Uin導(dǎo)出的基準電流iref被加到差分電路15的第二輸入端。第二差分電路15從基準電流iref和(已衰減的)經(jīng)測量的濾波器電容電流ic間的差中，產(chǎn)生一個電流校正信號，其中，濾波器電容電流ic是輸出信號電壓U0的一階導(dǎo)數(shù)。電流校正信號也同樣被加到用于控制調(diào)制裝置22的校正裝置31中。
在圖3所示的實施例中，校正裝置31表現(xiàn)為一個所謂PID(比例積分差分)控制器的形式，該控制器包括一個比例積分(PI)控制電路37，第一差分電路14產(chǎn)生的電壓校正信號經(jīng)濾波器裝置40和控制電路38的低通濾波后，被加到上述控制電路37中，如果需要的話，差分輸入信號Uin(基準電流iref)和差分輸出信號U0(所測量的濾波器電容電流)間的差，在這種情況下為第二差分電路15產(chǎn)生的電流校正信號被加到上述控制電路38。在本實施例中，控制電路38只為信號電壓的導(dǎo)數(shù)間的差，提供了一個比例系數(shù)D。求和電路39對PI控制電路37和D控制電路38的輸出信號進行求和，然后把求和信號作為一個輸入信號加到調(diào)制裝置22。
要注意的是，在校正裝置31最簡單的實施例中，可以只用所謂的比例(P)控制電路來代替PID控制電路。但是，因為PI控制電路更佳的控制特性，一般更傾向于使用PI控制電路，特別是PID控制電路。
所提供的磁滯控制電路41用于改變調(diào)制裝置22(施密特觸發(fā)電路)的磁滯窗口，電源電壓VB或根據(jù)用于開關(guān)裝置21的所測量的開關(guān)頻率而得到的一個信號被加到上述調(diào)制裝置22，尤其是基準信號Uref的輸入端42。
在本發(fā)明的最佳實施例中，如圖中虛線箭頭所示，來自開關(guān)裝置21的方波信號Ub和來自調(diào)制裝置22的輸出信號Um也被加到用于改變調(diào)制裝置22的磁滯窗口的磁滯控制電路41上。
圖4顯示了依據(jù)本發(fā)明以全橋或H-橋形式出現(xiàn)的放大器電路的第二實施例，其中的放大器電路作為一個整體用附圖標記50表示。
放大器電路50包括兩組開關(guān)裝置51和52，這兩組裝置的構(gòu)成和在上述圖3中的開關(guān)裝置21完全相同。
分別通過校正裝置31，為開關(guān)裝置51和52導(dǎo)出電壓校正信號和電流校正信號，以便控制每個半橋支路的調(diào)制裝置22。圖4所示框圖的兩個橋支路51和52對整個輸入信號進行處理，不過它們的極性相反。
放大器電路的設(shè)置使得，當(dāng)輸入信號等于零時，來自兩個橋支路的信號會互相補償，而且輸出信號中沒有切換波動。當(dāng)輸入信號不等于零時，控制兩個橋支路的切換相位，使得它們的脈沖寬度沒有區(qū)別。
所提供的通用磁滯控制電路53用于兩個調(diào)制裝置22，該控制電路包括一個用于輸入基準信號Uref和兩個通過各自校正裝置31中的D控制電路38的電流校正信號的輸入端，還包括一個如果需要，用于依據(jù)電源電壓和/或所測量的開關(guān)頻率來控制調(diào)制裝置22的磁滯窗口的輸入端42，如參照圖3的說明所述。
在如圖所示實施例中，輸出濾波器裝置54包括兩個線圈24、兩個和變流器32串聯(lián)連接的濾波器電容器25、和另一個如圖3所示的用于分別從開關(guān)裝置51和52低通濾除方波信號Ub51和Ub52的濾波器電容器55。
半輸出信號U0，在圖中表示為U0+，是從輸出端56得到的，同時，反向半輸出信號U0，在圖中表示為U0-，是從輸出端57得到的。
將參照如圖5-8所示的信號波形，詳細說明依據(jù)本發(fā)明的電路的工作過程。
在所需操作期間，進行如下過程U0＝Uref。然后，通過電容為C的濾波器電容器25的電流ic為ic=CdU0dt→iref=CdUrefdt]]>以一個較高的帶寬，通常以放大器電路的信號帶寬的五倍或更高，最好以2MHz或更高來測量通過濾波器電容器25的電流。
當(dāng)把放大器電路用作音頻放大器時，象帶寬為20kHz的低通濾波器這樣的去混迭輸入濾波器36把輸入信號Uin的帶寬分別減小到放大器20和50的操作帶寬。圖5a是在時間t內(nèi)，分別由橋式電路21和51產(chǎn)生的輸出信號U0和方波信號Ub＝Ub51-Ub52的過程的圖形表示。所述輸出信號U0是由一個頻率為5kHz的對稱三角輸入信號Uin中導(dǎo)出的。這張圖清楚地顯示出輸出信號U0的波形是依據(jù)輸入濾波器36的操作結(jié)果進行四舍五入的，該輸入濾波器舍掉了輸入信號Uin中明顯的極端值。
圖5b顯示了由圖4中橋式電路51傳送的方波信號Ub51，圖5c顯示的是圖4的橋式電路52響應(yīng)三角輸入電壓Uin而產(chǎn)生的方波信號Ub52。在圖4中，本例用到了下述關(guān)系VB＝50V。
在一個近似三角輸入電壓Uin的情況下，從其中導(dǎo)出的電流iref近似地是一個三角形的導(dǎo)數(shù)，即，如圖6所示的具有濾波邊緣的方波。除成比例電流iref/A之外，該圖還顯示了通過濾波器電容器25的電流ic。電流ic中的波動是由切換引起的。
基準電流iref和濾波器容量電流A.ic的差被加到校正裝置31的D控制電路38上，并構(gòu)成調(diào)制裝置22中磁滯控制電路53的一個輸入信號。通過依據(jù)例如基準電壓Uref而分別控制磁滯控制電路41和53中調(diào)制裝置22的磁滯窗口，可以實現(xiàn)的是因為ic的脈沖波前之間的周期時間基本保持恒定，所以放大器電路的有效開關(guān)頻率實際上平均保持恒定，這一點可以清楚地從圖6看出。
所述結(jié)論原因如下。在高輸出度和Ub取正值的情況下，因為加在濾波器線圈24兩端的電壓變小，所以對線圈電流iL的導(dǎo)數(shù)值di/dt會減小，而當(dāng)Ub取值為負時，di/dt就更會取負值了。因此，在兩個磁滯界限中往復(fù)移動所需要的時間將會增加。當(dāng)磁滯窗口保持常量時，將會導(dǎo)致頻率降低。
要注意的是，為盡快均衡干擾，在依據(jù)本發(fā)明的電路中的開關(guān)頻率是可以改變的(在一個開關(guān)周期內(nèi))，后面將會詳細說明此問題。
現(xiàn)在讓我們考慮，在哪種情況下，放大器電路的輸出負載44會顯示躍變。
圖7a顯示的是在時間點t＝0.5×10-5秒，電流i0的階梯式增加，該電流值一直保持到時間點t＝2.5×10-5秒。
如圖7b清楚所示，輸出濾波器電容器25可以直接提供更強電流i0，其中電流ic顯示了當(dāng)接通并斷開電流i0時的躍變。當(dāng)然，如圖7a所示，通過線圈的電流iL將會流動得更慢。電流iL和ic的波動是分別與開關(guān)裝置21和51、52的開關(guān)相連接的放大器電路的切換波動。
圖7表示，緊隨著ic躍變之后，通過校正裝置31，由開關(guān)裝置產(chǎn)生的方波信號Ub的脈沖寬度被調(diào)整得變長了，從而盡快增大通過線圈的電流iL。或者盡快減小通過線圈的電流，在所討論的例子中，通過截止i0把電流減小為零。
圖7清楚地顯示，加在濾波器電容器兩端的輸出電壓U0實際中一直保持為常量，同時，因為依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的開關(guān)頻率是可以改變的，所以依據(jù)本發(fā)明，由負載變化引起的失真可以在一個開關(guān)周期內(nèi)被消除，與此相反，在已有技術(shù)中，調(diào)制裝置中存在的振蕩器把開關(guān)頻率維持在一個恒定水平。響應(yīng)速度的增加是通過舍棄固定開關(guān)頻率的原理而實現(xiàn)的，這樣還可以實現(xiàn)一個低輸出阻抗。
圖8更清楚地顯示了調(diào)制器的工作過程。圖8a顯示了分別用于開關(guān)裝置51和52中調(diào)制器22的磁滯窗口的兩個控制信號Ub51和Ub52(見圖4)。在圖4顯示的放大器電路中，用于調(diào)制裝置22的磁滯窗口被控制在界限+0.5和-0.5之間。磁滯控制由一個差分項和一個公共項構(gòu)成。差分項控制了兩個橋支路51和52之間的所需相差。差分項用于穩(wěn)定平均開關(guān)頻率，該平均開關(guān)頻率對分支51和52都是一樣的(在相位上)。兩個項的操作完全相互獨立，它們還可以自治操作。
當(dāng)調(diào)制深度很大時，輸出電壓U0的范圍并不集中在正橋式電壓Vb和負橋式電壓Vb中間。因為這一點，加在輸出濾波器23和/或54的線圈24兩端的電壓不對稱，其結(jié)果是，電容器電流ic的上升沿和下降沿會彼此不一樣。圖4中包括開關(guān)裝置51的橋式上支路接收基準電壓Uref，而包含開關(guān)裝置52的橋式下支路接收-Uref作為它的基準電壓。由此，橋支路51和52的電容器電流ic51和ic52會分別顯示相反的不對稱性，從放大圖8b中可以清楚看出。此外，還可以參照圖5a。
圖8c顯示的是當(dāng)Uref＝0的情況，其中它適用于兩個橋支路的電容器電流中的波動相同的情況。
圖8d表示的是基準電壓Uref最低點處的電容器電流，也可以參照圖5a。
依據(jù)本發(fā)明的放大器電路不包括依據(jù)已有技術(shù)的一個單獨的振蕩器信號或振蕩裝置。如上所述，開關(guān)頻率會依據(jù)濾波器電容的電流ic和磁滯窗口的調(diào)制，對自身進行自動調(diào)節(jié)。該調(diào)制的結(jié)果是，得到一個平均開關(guān)頻率的常量。但要注意的是，對窗口電路的操作來說，這一點并不是必需的。
要注意的是，圖中表示的值只是說明性取值。
從前面的說明中，可以理解，通過從經(jīng)過濾波器電容器的電流中產(chǎn)生一個電流校正信號，就可以為負載變化提供一個快速、有效的校正，其中對調(diào)制裝置的磁滯窗口的調(diào)制可以避免將窄脈沖加到開關(guān)裝置中，上述窄脈沖可能會引起對開關(guān)裝置的破壞，尤其是對半導(dǎo)體開關(guān)裝置的破壞。
與輸出濾波器的濾波器電容器成比例的濾波器電容電流的提供構(gòu)成了本發(fā)明的一個重要方面。雖然利用一個并聯(lián)電容器和一個串聯(lián)電阻器進行的非直接測量在可能范圍內(nèi)，但所述發(fā)明還提供了一個RF變流器，該變流器可以直接和濾波器電容器25串聯(lián)連接。當(dāng)然，和非直接測量相比，這種直接測量對濾波器電容電流的顯示會更為精確。
圖9是變流器32的一個最佳實施例的截面圖，其中同軸電纜61繞在一個用高磁導(dǎo)率材料制成的環(huán)形鐵心64上。同軸電纜61包括一個內(nèi)部導(dǎo)體62和一個外部導(dǎo)體63。內(nèi)部導(dǎo)體62最好與濾波器電容器串聯(lián)連接，而相對于內(nèi)部導(dǎo)體，同軸外部導(dǎo)體(屏)63以相對較低的歐姆電阻產(chǎn)生和濾波器電容器電流成比例的電流。當(dāng)然，這些連接也可以調(diào)換。
當(dāng)變流器32被精確配置時，就可以測量并處理以2MHz或更高頻率變化的電容器電流。
當(dāng)然，也可以用象EE鐵心(沒有表示出來)這樣的鐵心來代替環(huán)形鐵心61。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別不容易檢測出在0-500Hz的頻率范圍內(nèi)變化的濾波器電容。因此，在這個頻率范圍內(nèi)，必須隨著負載44的變化對電壓校正信號進行最佳調(diào)整。
雖然以一個音頻電壓放大器為最佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，但本發(fā)明也可在用于測試設(shè)備和/或測量及控制目的的開關(guān)放大器或D類放大器中使用，例如伺服放大器，或功率和帶寬的乘積值非常大的功率放大器。除電壓放大器電路以外，利用依據(jù)本發(fā)明的原理還可以實現(xiàn)一個功率放大器電路。圖10示出了一個可能的實施例。對于一個功率放大器60，至少要測量三種電流中的兩種電流，所述三種電流為濾波器線圈電流iL、濾波器電容電流ic或輸出電流i0。要做的最重要的事情是測量如圖中數(shù)字58和59分別所示的通過線圈的電流iL和輸出電流i0。通過上述對濾波器電容器電流ic的測量過程，可以將電流測量裝置58和59配置成如上所述的那樣。依據(jù)iL和i0的測量值，可以得到和濾波器電容電流ic成比例的一個值。
在本實施例中，利用一個通帶帶寬高于其信號帶寬的高通濾波器65，來消除通過線圈24的電流iL中的切換波動。從形成于輸入電流iin的基準電流iref中減除所測量的輸出電流i0。通過控制電路66，差分電流被處理為可用于調(diào)制裝置22中輸入信號的校正。為了使系統(tǒng)以一種受控方式運行于所有可能的負載，包括感應(yīng)負載，需要對輸出電壓U0的額外反饋，在這種情況下就需要利用如圖所示的對控制電路66的反饋而在濾波器電容器25兩端施加電壓。
盡管圖中沒有表示出來，但本領(lǐng)域技術(shù)人員絕對可以實現(xiàn)本發(fā)明中具有所謂的的技術(shù)方案，所謂H-橋電路具有互補模式的受控橋支路，其電路包括在權(quán)利要求書中。
圖11示意性地顯示了一個利用如圖4所示的全橋或H-橋電路的無源輸出濾波器的最佳實施例。無源輸出濾波器70包括一個濾波器電感71和一個濾波器電容80。
濾波器電感71包括一個第一電容器81，該電容器連接在濾波器線圈72和75的各端74和77之間，上述電容器實際上由幾個并聯(lián)連接的電容器組成。
濾波器電容80還包括一個第二電容器和一個第三電容器83，其中，第二電容器連接在第一濾波器線圈72的一端74和信號接地19之間，第三電容器連接在第二濾波器線圈75的一端77和信號接地19之間。另外，串聯(lián)電路84包括與電容器82和83分別并聯(lián)的一個電容器和一個電阻器。兩個串聯(lián)連接的串聯(lián)電路84合在一起用標記85表示，與電容器81并聯(lián)連接。所述串聯(lián)電路85形成一個電流測量支路，用于測量其中與通過電容器81的電流成比例的電流。串聯(lián)電路84用于補償或衰減第一濾波器線圈72和第二濾波器線圈75各端73和76中的同相或“公共模式”信號。而且，濾波器線圈72和75以這種方式磁耦合在一起，以致73和75端上的公共模式信號被衰減。上述連接可以參照圖12。
濾波器線圈72和75之間的磁耦合器78由一個基本上為8字形的鐵心90組成，該鐵心包括一個第一外部引腳91、一個第二外部引腳92和一個中央引腳93。如圖所示，第一外部引腳91上繞有第一濾波器線圈72，而第二外部引腳92上繞有第二濾波器線圈75。中央引腳93的磁電阻大于兩個外部引腳91、92的磁電阻，可能這是由中央引腳中形成的一個氣隙94造成的。鐵心90可優(yōu)先由鐵構(gòu)成。
濾波器線圈72和75以如此方式纏繞，使得端口73、76處的同相或公共模式信號在鐵心90中產(chǎn)生一個磁場，該磁場通過外部引腳91、92，以及它們之間的連接部分延伸。因為上述結(jié)構(gòu)，濾波器線圈70對端口73、76上公共模式信號的電感非常低。但是端口73、76上的反相位或差分信號產(chǎn)生的磁場會通過磁電阻相對較高的中央引腳93延伸，以致濾波器線圈70確實對反相位信號和效應(yīng)的電感相對較高，它與濾波器電容80一起，對放大器產(chǎn)生的輸出信號進行了適當(dāng)?shù)臑V波。
圖13所示框圖表示的是，由圖3和圖4所示的去混迭輸入濾波器36和濾波器34、35組合成的組合電路的最佳實施例。
組合電路100包括一個第一差分放大器101，來自放大器電路的輸入信號被加到該放大器中。差分放大器101的輸出和信號接地19之間的連接是一個電阻/電容R1/C1低通濾波器102。
如圖13所示，連接到低通濾波器102的是一個和積分裝置相連的第二差分放大器103，該放大器103包括電阻器R2、R3和一個電容C2。
具有低通濾波器102的第一差分放大器101和與積分裝置相連的第二差分放大器103一起構(gòu)成一個二階低通濾波器，其中，基準電壓Uref產(chǎn)生于第二差分放大器103的輸出端。
包括一個由電阻器R4和R5定義的阻尼的第三差分放大器104和第一低通濾波器102相連，并在它的輸出端提供了一個和加在低通濾波器102的電容C1兩端的電壓成比例的輸出信號，即，作為基準電流iref的輸入信號的微分。
上述組合的基準電壓/基準電流電路，與單獨濾波器34、35、36的組合相比，包括更好的噪聲特性。
如前所述，依據(jù)本發(fā)明的放大器電路的輸出阻抗非常低。在依據(jù)本發(fā)明的音頻放大器電路的第一實施例中，在0-1kHz的頻率下經(jīng)測量的輸出阻抗小于0.002Ω，在10kHz的頻率下為0.0034Ω，在20kHz的頻率下為0.017Ω。每個本領(lǐng)域技術(shù)人員都內(nèi)理解，已有技術(shù)中的所謂D類放大器電路還不能實現(xiàn)這樣的輸出阻抗。
權(quán)利要求
1.一種用于放大電子信號的放大器電路，包括用于產(chǎn)生方波信號的可控開關(guān)裝置、用于對上述方波信號濾波，以便可以產(chǎn)生一個輸出信號的濾波器裝置、用于提供一個和通過濾波器電容的電流成比例的濾波器電容電流的裝置、用于通過響應(yīng)需要被放大的輸入信號而驅(qū)動開關(guān)裝置來對方波信號進行脈寬調(diào)制的調(diào)制裝置、以及用于根據(jù)由輸入信號導(dǎo)出的基準值和與輸出信號成比例的輸出信號值，提供一個用于控制調(diào)制裝置的校正信號的校正裝置組成，其中所述方波信號的幅度在操作期間在第一和第二電源電壓值之間變化；所述濾波器裝置包括一個自電感和一個電容；其特征在于用于從輸入信號中導(dǎo)出基準電流的裝置，其中，將校正裝置設(shè)計為用于從基準電流和濾波器電容電流中提供作為電流校正信號的校正信號。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的放大器電路，其特征在于，用于提供濾波器電容電流的裝置被配置為包括一個帶寬，該帶寬是放大器電路的信號帶寬的五倍，或更高。
3.依據(jù)權(quán)利要求2的放大器電路，其特征在于，用于提供濾波器電容電流的裝置包括一個為2MHz或更高的帶寬。
4.依據(jù)上述一個或多個權(quán)利要求的放大器電路，其特征在于，用于提供基準電流的裝置包括差分裝置。
5.依據(jù)上述一個或多個權(quán)利要求的放大器電路，其特征在于，用于提供濾波器電容電流的裝置包括一個變流器，該變流器和濾波器電容或其一部分串聯(lián)連接。
6.依據(jù)權(quán)利要求5的放大器電路，其特征在于，所述變流器包括一個其上繞有同軸電纜的鐵心，該鐵心的一個導(dǎo)體和濾波器電容串聯(lián)連接，而在所述同軸電纜的另一個導(dǎo)體中產(chǎn)生一個濾波器電容電流，該電流和在操作過程中通過濾波器電容的電流成比例。
7.依據(jù)權(quán)利要求6的放大器電路，其特征在于，所述同軸電纜包括一個內(nèi)部導(dǎo)體，和圍繞上述內(nèi)部導(dǎo)體的外部導(dǎo)體，其中，內(nèi)部導(dǎo)體和濾波器電容或其一部分串聯(lián)連接。
8.依據(jù)權(quán)利要求5、6或7的放大器電路，其特征在于上述鐵心是環(huán)形的。
9.依據(jù)上述一個或多個權(quán)利要求的放大器電路，其特征在于，所述校正裝置被進一步設(shè)計為用于根據(jù)從輸入信號電壓和一個與輸出信號電壓成比例的輸出電壓信號中導(dǎo)出的基準電壓，提供一個校正信號，該校正信號作為一個用于控制調(diào)制裝置的電流和電壓校正信號。
10.依據(jù)權(quán)利要求9的放大器電路，其特征在于，所述校正裝置包括一個第一差分電路、一個第二差分電路、一個比例(P)或比例積分(PI)控制電路、一個控制電路和一個求和電路；其中，第一差分電路用于從基準電壓和輸出電壓信號中提供第一差分信號；第二差分電路用于從基準電流和濾波器電容電流中提供第二差分信號；比例(P)或比例積分(PI)控制電路包括一個用于第一差分信號的輸入端；控制電路包括一個用于以一個系數(shù)(D)來處理第二差分信號的輸入端；求和電路用于把P或PI控制電路的輸出信號和用于控制調(diào)制裝置的D控制電路的輸出信號求和。
11.依據(jù)權(quán)利要求1、2或3中一個或多個權(quán)利要求的放大器電路，其特征在于，用于提供和通過濾波器自電感的電流成比例的濾波器自感電流的裝置，和用于提供和輸出信號電流成比例的輸出電流信號的裝置，其中，校正裝置包括一個第一差分電路、一個控制電路和一個求和電路；上述第一差分電路用于從基準電流和輸出電流信號中提供第一差分信號；上述控制電路包括一個用于第一差分信號的輸入端和一個用于和輸出信號電壓成比例的輸出電壓信號的輸入端；上述求和電路用于對控制電路的輸出信號、和與用于控制調(diào)制裝置的濾波器自感電流成比例的電流值進行求和。
12.依據(jù)上述一個或多個權(quán)利要求的放大器電路，其特征在于，所述調(diào)制裝置包括一個磁滯控制電路。
13.依據(jù)權(quán)利要求12的放大器電路，其特征在于，所述磁滯控制電路包括一個可控磁滯窗口，該窗口包括一個用于控制磁滯窗口的控制輸入。
14.依據(jù)上述一個或多個權(quán)利要求的放大器電路，其特征在于用于限制輸入信號帶寬的一個輸入濾波器，所述輸入信號用于從其中導(dǎo)出基準電流，并且如果可行的話，還可從中導(dǎo)出基準電壓。
15.依據(jù)依賴于權(quán)利要求4的權(quán)利要求14的放大器電路，其特征在于，所述差分裝置和濾波器裝置被合并為一個電路，該電路包括一個第一差分放大器、一個第二差分放大器和一個第三差分放大器，其中第一差分放大器包括一個用于連接來自放大器電路的輸入信號的輸入端，以及一個和一個低通濾波器相連的輸出端；第二差分放大器和低通濾波器串聯(lián)連接，作為一個積分器，它包括用于提供基準電壓的一個輸出端；第三差分放大器連接到低通濾波器，用于提供基準電流。
16.依據(jù)上述一個或多個權(quán)利要求的放大器電路，其特征在于，所述可控開關(guān)裝置包括由第一和第二開關(guān)晶體管以所謂半橋電路的形式組成的一個串聯(lián)電路，其中，橋式電路的輸出信號產(chǎn)生于第一和第二開關(guān)晶體管的接合處。
17.依據(jù)上述權(quán)利要求1-15中一個或多個權(quán)利要求的放大器電路，其特征在于，所述可控開關(guān)裝置包括，由第一和第二開關(guān)晶體管以所謂第一半橋電路形式組成的第一串聯(lián)電路，和由第三和第四開關(guān)晶體管以所謂第二半橋電路形式組成的一個串聯(lián)電路，所述第一和第二半橋電路連接在一起作為一個所謂全橋或H-橋電路，而且全橋或H-橋電路的輸出信號產(chǎn)生于第一和第二開關(guān)晶體管的接合處，以及第三和第四開關(guān)晶體管的接合處。
18.依據(jù)權(quán)利要求17的放大器電路，其中第一半橋電路和第二半橋電路分別與依據(jù)上述權(quán)利要求1-15中一個或多個權(quán)利要求的第一放大器電路和第二放大器電路相連，其特征在于，基準電流，如果可行的話，和基準電壓都被加到與第一放大器電路反相的第二放大器電路中。
19.依據(jù)依賴于權(quán)利要求13的權(quán)利要求18的放大器電路，其特征在于，包括第一和第二磁滯窗口的一個公共磁滯控制電路被用于第一和第二放大器電路。
20.依據(jù)權(quán)利要求19的放大器電路，其特征在于，通過控制信號控制所述磁滯控制電路，所述控制信號包括一個差分項和一個公共項，其中差分項控制所述第一和第二放大器電路之間的所需相位差，而公共項用于控制所述第一和第二放大器電路的平均開關(guān)頻率。
21.依據(jù)權(quán)利要求17、18、19或20的放大器電路，其特征在于，用于濾掉全橋或H-橋電路的方波信號的濾波器裝置包括一個自電感，該自電感由一個基本上為8字形的鐵心組成，所述鐵心包括一個第一外部引腳、一個第二外部引腳和一個中央引腳，其中，每個外部引腳都帶有一個線圈，中央引腳的磁阻要高于上述兩個外部引腳的磁阻，第一外部引腳的線圈連接在第一和第二開關(guān)晶體管的接合處，第二外部引腳的線圈連接在第三和第四開關(guān)晶體管的接合處，以這種方式，來自橋式電路的同相或公共模式信號在鐵心的兩個外部引腳產(chǎn)生了一個磁場，而來自橋式電路的反相信號產(chǎn)生了一個穿過中央引腳的磁場。
22.依據(jù)權(quán)利要求21的放大器電路，其特征在于，每個不和橋式電路相連的線圈末端都通過一個并聯(lián)電路連接到信號接地，上述并聯(lián)電路包括一個電容器，和一組串聯(lián)連接的電容器和電阻器，上述末端之間連接了一個或多個電容器，所述電容器構(gòu)成濾波器裝置的電容，而且，一個電流測量支路被連接到所述兩個末端之間，該電流測量支路包括由一個電阻器和一個電容器組成的一個第一串聯(lián)電路，以及由一個電阻器和一個電容器組成、用于提供和通過濾波器電容的電流成比例的濾波器電容電流的一個第二串聯(lián)電路。
23.一種音頻放大器包括一個依據(jù)上述一個或多個權(quán)利要求的放大器電路。
24.一種功率放大器包括一個依據(jù)上述權(quán)利要求1-22中一個或多個權(quán)利要求的放大器電路。
全文摘要
用于放大電子信號的放大器電路(11),包括可控開關(guān)裝置(2)、濾波器裝置(9),其中,可控開關(guān)裝置用于產(chǎn)生其幅度在操作期間在第一和第二電源電壓值之間變化的方波信號;濾波器裝置用于對上述方波信號濾波,以便產(chǎn)生一個輸出信號(10),所述濾波器裝置(9)包括一個自電感(16)和一個電容(17)。放大器電路(11)還包括調(diào)制裝置(3)和校正裝置(12),其中,調(diào)制裝置(3)用于通過響應(yīng)需要被放大的輸入信號(16)驅(qū)動開關(guān)裝置(2),對方波信號進行脈寬調(diào)制;校正裝置(12)用于依據(jù)從所述輸入信號和與輸出信號(10)成比例的輸出信號值中導(dǎo)出的基準值(U
文檔編號H03F3/217GK1337089SQ00802746
公開日2002年2月20日 申請日期2000年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月12日
發(fā)明者安德烈·費爾特曼, 亨德里克斯·約翰尼斯·雅各布斯·多門斯諾 申請人:艾恩德霍芬技術(shù)大學(xué)