專(zhuān)利名稱(chēng)：壓控開(kāi)關(guān)電源式d(丁)類(lèi)功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要用于電子類(lèi)的音頻功率放大領(lǐng)域，也可用于輸出電壓隨輸入電壓變化的壓控開(kāi)關(guān)電源。
現(xiàn)有的音頻功率放大器，按照電流導(dǎo)通角的不同，一般都工作在A(甲)類(lèi)，B(乙)類(lèi)，AB(甲乙)類(lèi)3種工作狀態(tài)，這些類(lèi)型的功放存在效率低下，體積龐大，成本較高的缺點(diǎn)。
近年來(lái)，隨著高頻功率開(kāi)關(guān)器件和開(kāi)關(guān)變流理論的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了使電子器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的D(丁)類(lèi)音頻功率放大器，它經(jīng)歷了一定的發(fā)展，已取得很大的進(jìn)步，但還有很多問(wèn)題需要克服。從現(xiàn)有的資料來(lái)看，D類(lèi)功放大多都是“穩(wěn)壓電源”+“開(kāi)關(guān)功率放大器”的模式，分為電源部分和功放部分，具有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的反饋環(huán)。雖然后級(jí)D類(lèi)放大的高效率問(wèn)題得到了一定的解決，但穩(wěn)壓電源的帶負(fù)載能力與后級(jí)功放的匹配問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決。由于反饋環(huán)的相對(duì)獨(dú)立，后級(jí)功放在大動(dòng)態(tài)時(shí)，穩(wěn)壓電源來(lái)不及及時(shí)調(diào)整輸出，造成穩(wěn)壓電源輸出電壓有所波動(dòng)，會(huì)引起輸出的失真。同時(shí)，不管是線形穩(wěn)壓電源還是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，由于穩(wěn)壓電源部分一般需要大容量的電容，或者需要復(fù)雜的穩(wěn)壓措施，造成了難以把體積和成本的進(jìn)一步降低。這些都限制了D類(lèi)功放的發(fā)展。
本發(fā)明提出了一種新的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用高頻開(kāi)關(guān)變流技術(shù)，把開(kāi)關(guān)電源與D類(lèi)放大器有機(jī)結(jié)合為一體，在DC-AC電路部分到功率輸出之間形成一個(gè)大的反饋環(huán)，免掉了電源的中間穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，動(dòng)態(tài)特性也得到了改善，從而進(jìn)一步減少了體積，降低了成本。特別適合于大功率的D類(lèi)功放，也可用于其他用途的壓控開(kāi)關(guān)電源，比如隔離式變頻器。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的結(jié)合附圖
，描述如下。
該拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)是由一次整流濾波電路，DC-AC，變壓器，二次整流，極性切換電子開(kāi)關(guān)，Buck變換電路，低通濾波電路，負(fù)載，脈寬調(diào)制電路模塊，極性控制電路模塊組成。
整流橋Rect和電容C1構(gòu)成了一次整流濾波電路。把交流市電整流成直流電，給DC-AC電路供電。電容C1起濾波和儲(chǔ)存能量的作用。
DC-AC部分完成直流到高頻交流電的逆變，把一次整流后的直流電能量轉(zhuǎn)化為高頻的交流電能量，供給與之連接的高頻變壓器T1。該DC-AC是受脈寬調(diào)制(PWM)電路模塊控制的，在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，從脈寬調(diào)制(PWM)電路模塊傳過(guò)來(lái)的PWM控制信號(hào)占空比越大，傳送給高頻變壓器T1的能量也就越多。
高頻變壓器T1的初級(jí)接受DC-AC供給的高頻交流電能量，傳遞到次級(jí)，并且同時(shí)完成了變壓及電氣隔離的功能。
D1，D2，D4，D5構(gòu)成了二次整流器，把高頻交流電整流為有正負(fù)壓的雙電源直流電。
SW1和SW2是電子開(kāi)關(guān)，構(gòu)成了極性切換電路。這兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)是受極性控制電路模塊控制的，根據(jù)極性控制信號(hào)，選擇其中一個(gè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，讓正壓或者負(fù)壓加到電感L1上。當(dāng)SW1導(dǎo)通時(shí)，L1，C2與D1，D2，D3，T1組成的正極性Buck變換電路工作；當(dāng)SW2導(dǎo)通時(shí)，L1，C2與D4，D5，D6，T1組成的負(fù)極性Buck變換電路工作。其中D1，D2，D4，D5是Buck變換器跟二次整流公用的二極管。而D3，D6分別是正負(fù)極性Buck變換器的續(xù)流二級(jí)管，在高頻變壓器T1處于零狀態(tài)時(shí)給Buck變換器續(xù)流。在要求不高的條件下也可以省略D3和D6，如果省略了D3和D6，則Buck變換器通過(guò)D1，D2或D4，D5串聯(lián)T1次級(jí)線圈的一半續(xù)流，這時(shí)Buck變換器的內(nèi)阻會(huì)有所增加，效率會(huì)有所下降。
LPF是低通濾波器，負(fù)責(zé)把高頻成分濾掉，讓低頻成分通過(guò)，送給負(fù)載Rload。在負(fù)載對(duì)紋波要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合或者負(fù)載本身具有濾波功能(如機(jī)械慣性等)時(shí)，也可以省略該低通濾波器。
Rload是電路的負(fù)載，該電路作為音頻功率放大器應(yīng)用時(shí)，Rload一般為揚(yáng)聲器；如果該電路用來(lái)作其他壓控開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用時(shí)，Rload為其他負(fù)載。
PWM是脈寬調(diào)制電路模塊，它根據(jù)當(dāng)時(shí)的輸入和Buck變換器輸出的情況，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，用于控制DC-AC逆變器中開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)占空比，以調(diào)整傳遞到負(fù)載的能量。它主要影響輸出到負(fù)載Rload的電壓相對(duì)于前一脈沖周期變化的絕對(duì)值。
POLCTRL是Buck變換器的極性控制電路模塊，它根據(jù)當(dāng)時(shí)的輸入和Buck變換器輸出的情況，選擇SW1或SW2其中一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。它主要影響輸出到負(fù)載Rload的電壓相對(duì)于前一脈沖周期變化的極性。
PWM模塊與POLCTRL模塊共同作用，就可以產(chǎn)生極性、幅值皆可變的任意波形電壓給負(fù)載了。而PWM模塊與POLCTRL模塊產(chǎn)生的信號(hào)是輸入信號(hào)(INPUT)跟輸出信號(hào)反饋?zhàn)饔玫慕Y(jié)果。如果設(shè)計(jì)反饋環(huán)，讓輸出跟輸入成一函數(shù)關(guān)系，則輸出信號(hào)就是輸入信號(hào)函數(shù)變換后的功率放大。例如，設(shè)計(jì)反饋環(huán)，讓輸出跟輸入成一正比例關(guān)系，則輸出信號(hào)就是輸入信號(hào)的功率放大。故此，就實(shí)現(xiàn)了D(丁)類(lèi)音頻功率放大，也可用于輸出電壓隨輸入電壓變化的開(kāi)關(guān)電源。
權(quán)利要求
1.一種主要用在D(丁)類(lèi)音頻功率放大器也可用于壓控開(kāi)關(guān)電源的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。它由一次整流濾波電路，DC-AC，變壓器，二次整流，極性切換電子開(kāi)關(guān)，Buck變換電路，低通濾波電路，負(fù)載，脈寬調(diào)制(PWM)電路，極性控制電路組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征為從市電輸入到功率輸出之間形成一個(gè)大的反饋環(huán)。該反饋環(huán)的環(huán)路為DC-AC→變壓器T1→二次整流→極性切換電子開(kāi)關(guān)→Buck變換電路→極性控制電路和脈寬調(diào)制(PWM)電路→DC-AC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于一次整流濾波電路之后接有DC-AC電路，DC-AC電路再輸出到高頻變壓器(T1)。該DC-AC是受脈寬調(diào)制(PWM)電路模塊控制的。該DC-AC電路可以是多種形式，包括全橋式，半橋式，雙晶體管正激式，單端正激式，反激式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于由D1，D2，D4，D5組成整流橋，接在變壓器T1的次級(jí)上，通過(guò)該整流橋二次整流，把變壓器輸出的交流電整流為具有正負(fù)極性的雙電源直流電。整流橋與變壓器的連接關(guān)系為D1與D2的陽(yáng)極連在一起(該連接點(diǎn)記為P節(jié)點(diǎn))；D4與D5的陰極連在一起(該連接點(diǎn)記為N節(jié)點(diǎn))；D1的陰極，D4的陽(yáng)極和變壓器次級(jí)的其中一個(gè)線圈組的一端抽頭連在一起(該連接點(diǎn)記為A節(jié)點(diǎn))；D2的陰極，D5的陽(yáng)極和變壓器次級(jí)的該線圈組的另一端抽頭連在一起(該連接點(diǎn)記為B節(jié)點(diǎn))；變壓器次級(jí)的該線圈組的中間抽頭作為該雙電源直流的“地”。
5.根據(jù)權(quán)利要求1及4所述的電路，其特征在于有兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)SW1和SW2串聯(lián)在一起(該串聯(lián)節(jié)點(diǎn)記為S)，兩端分別與P節(jié)點(diǎn)和N節(jié)點(diǎn)相連。該電子開(kāi)關(guān)是受極性控制電路控制的。該電子開(kāi)關(guān)可以是多種能起開(kāi)關(guān)作用的電子元器件，包括MOSFET，雙極型晶體管，IGBT，MCT，可控硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，4及5所述的電路，其特征在于有一電感L1與一電容C2串聯(lián)在一起(該串聯(lián)節(jié)點(diǎn)記為FB)，L1的另一端連S節(jié)點(diǎn)，跟D1～D6組成兩組Buck變換電路。其中D3的陽(yáng)極接P節(jié)點(diǎn)，陰極接“地”；D6的陽(yáng)極接“地”，陰極接N節(jié)點(diǎn)。當(dāng)SW1導(dǎo)通SW2截止時(shí)，L1，C2與D1，D2，D3，T1組成正極性的Buck變換電路工作；當(dāng)SW2導(dǎo)通SW1截止時(shí)，L1，C2與D4，D5，D6，T1組成負(fù)極性的Buck變換電路工作。其中D1，D2，D4，D5是Buck變換器跟二次整流公用的二極管。而D3和D6是在Buck變換器需要續(xù)流時(shí)，為了降低Buck變換器的內(nèi)阻而增加的，在一定條件下可以省略D3和D6。
7.根據(jù)權(quán)利要求1及6所述的電路，其特征為有一低通濾波器(LPF)的輸入連在FB節(jié)點(diǎn)，輸出與負(fù)載連在一起(該連接點(diǎn)記為OUT節(jié)點(diǎn))。在負(fù)載對(duì)紋波要求不高的場(chǎng)合或者負(fù)載本身具有濾波功能(如機(jī)械慣性等)時(shí)，也可以省略該低通濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，6及7所述的電路，其特征為脈寬調(diào)制電路模塊及極性控制電路模塊的反饋可以從FB節(jié)點(diǎn)采樣，也可從OUT節(jié)點(diǎn)采樣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1及8所述的電路，其特征為脈寬調(diào)制(PWM)電路模塊根據(jù)當(dāng)前的輸入信號(hào)(INPUT)與反饋信號(hào)參與一定的運(yùn)算，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，用來(lái)調(diào)整DC-AC電路的占空比。
10.根據(jù)權(quán)利要求1，5及8所述的電路，其特征為極性控制電路模塊根據(jù)當(dāng)前的輸入信號(hào)(INPUT)與反饋信號(hào)參與一定的運(yùn)算，產(chǎn)生極性控制信號(hào)，用來(lái)控制選擇兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)SW1和SW2之中的一個(gè)導(dǎo)通。
11.根據(jù)權(quán)利要求1，9及10所述的電路，脈寬調(diào)制(PWM)電路模塊和極性控制電路模塊可以合并各自?xún)?nèi)部相同或相近的電路部分，組成互相公用的模塊單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及到D(丁)類(lèi)音頻功率放大器的一種拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可用于壓控式開(kāi)關(guān)電源。它是由一次整流濾波，DC－AC，二次整流，極性切換電子開(kāi)關(guān)，Buck變換電路，低通濾波電路，負(fù)載，脈寬調(diào)制電路，極性控制電路組成。該拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)變流技術(shù)，把市電變流為受輸入信號(hào)調(diào)制(包括幅值，頻率，相位)的電源輸出，從而實(shí)現(xiàn)音頻功率放大的功能。它能達(dá)到一般D(丁)類(lèi)功放的高效率的目的，同時(shí)又能省掉一般D(丁)類(lèi)功放之中的電源穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，從而降低了成本和體積。
文檔編號(hào)H03F3/217GK1487665SQ03154140
公開(kāi)日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月12日
發(fā)明者馮凱武 申請(qǐng)人:馮凱武