專利名稱：D類放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于放大電輸入信號(hào)的閉環(huán)D類放大器，該放大 器包括預(yù)處理單元，能夠改變輸入信號(hào)的幅度以提供預(yù)處理信號(hào)； 控制單元，設(shè)置為接收預(yù)處理信號(hào)和反饋信號(hào)并產(chǎn)生控制信號(hào)；開關(guān) 區(qū)塊(switching block)，設(shè)置為接收所述控制信號(hào)和至少一個(gè)電源 電壓，并依照該控制信號(hào)、通過在第一和第二狀態(tài)之間交替切換閉塞 波(block wave)信號(hào)來產(chǎn)生閉塞波信號(hào)；低通濾波器，設(shè)置為過濾 閉塞波信號(hào)以產(chǎn)生輸出信號(hào)，反饋信號(hào)依賴于輸出信號(hào)，該預(yù)處理單 元設(shè)置為如果閉塞波信號(hào)的頻率下降到低于閾值則限制預(yù)處理信號(hào)。
背景技術(shù)：
這種設(shè)置在US 6107875A中公開。在該設(shè)置中，傳感器確定開關(guān) 區(qū)塊是否保持在一個(gè)狀態(tài)超過了預(yù)定的時(shí)間，即獲得了對(duì)應(yīng)于開關(guān)頻 率的測量。如果頻率很低，則限制輸入信號(hào)。這避免了這樣的風(fēng)險(xiǎn)， 即開關(guān)頻率下降到穿過輸出濾波器并引起干擾的程度。這種設(shè)置的缺點(diǎn)是頻率測量可能相當(dāng)復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種較不復(fù)雜的上面所述種類的放大器。該目的通過在權(quán)利要求1中定義的閉環(huán)D類放大器實(shí)現(xiàn)。更具體地，D類放大器的預(yù)處理單元包括幅度改變裝置，其接收 輸入信號(hào)并產(chǎn)生預(yù)處理信號(hào)；比較器裝置，設(shè)置為將該預(yù)處理信號(hào)和 所述至少一個(gè)電源電壓進(jìn)行比較；以及調(diào)節(jié)裝置，如果瞬時(shí)預(yù)處理信 號(hào)的幅度超過電源電壓的預(yù)定比例，則該調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)幅度改變 裝置的幅度改變功能。該設(shè)置允許限制預(yù)處理信號(hào)而無需實(shí)際測量頻率。因此，該設(shè)置 較不復(fù)雜也因此沒有那么昂貴。在一個(gè)實(shí)施例中，幅度改變裝置可以是放大器，并且如果瞬時(shí)預(yù)
處理信號(hào)的幅度超過電源電壓的預(yù)定比例，則調(diào)節(jié)裝置可以減少放大 器的增益。在另一實(shí)施例中，幅度改變裝置可以由衰減器代替，并且如果瞬 時(shí)預(yù)處理信號(hào)的幅度超過電源電壓的預(yù)定比例，則調(diào)節(jié)裝置可以增加 衰減器的衰減。優(yōu)選地，比較器裝置包括放大器，其設(shè)置為放大預(yù)處理信號(hào)； 整流器電路，其設(shè)置為整流放大的預(yù)處理信號(hào)；以及比較器電路，將 整流的信號(hào)和電源電壓進(jìn)行比較。D類放大器可以實(shí)現(xiàn)為全橋放大器。本發(fā)明的這些和其它方面可以從下面描述的實(shí)施例變得更加清 楚，并且將參考下面描述的實(shí)施例進(jìn)行說明。


圖1示出了閉環(huán)D類放大器的方框圖。圖2a示出了圖1中放大器的示意性實(shí)施例。圖2b示出了對(duì)應(yīng)于圖2a中實(shí)施例的全橋結(jié)構(gòu)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閉環(huán)D類放大器的方框圖。圖4示出了圖3所示方框圖的實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
圖1示出了閉環(huán)D類放大器的方框圖。放大器l接收輸入信號(hào)v" 并產(chǎn)生放大的輸出信號(hào)v。"。該輸出信號(hào)是通過使開關(guān)區(qū)塊2生成閉塞 波信號(hào)，在第一和第二狀態(tài)之間交替(比如在電源電壓V+和V之間， 例如￥+=+6(^和V_--60V)而產(chǎn)生的。該閉塞波信號(hào)由低通濾波器3濾 波以產(chǎn)生輸出信號(hào)v。"。輸出信號(hào)的幅度依賴于該閉塞波信號(hào)的脈沖 比?？刂齐娐?控制開關(guān)區(qū)塊2以便生成輸出信號(hào)，其是輸入信號(hào)的 放大形式。在這個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)中，控制電路接收對(duì)應(yīng)于v。"的反饋信號(hào)和輸入信 號(hào)v"。這個(gè)結(jié)構(gòu)適合于高功率應(yīng)用，例如150W。與之相反，開環(huán)結(jié)構(gòu)大多用于低功率應(yīng)用，不需要反饋回路。替 代地，將輸入信號(hào)和恒定頻率的鋸齒或三角波信號(hào)進(jìn)行比較，并且將 比較器的輸出用于控制開關(guān)區(qū)塊2。
閉環(huán)結(jié)構(gòu)可以如US 6107875中所描述的使用滯后功能。作為替換 地，可以使用如W0， A2， 03/090343中所公開的不帶有滯后效果的自 激振蕩的結(jié)構(gòu)。圖2a示出了圖1中放大器的實(shí)施例。低通濾波器3可以包括電容 器5和電感器6。電容器5和電感器6應(yīng)該具有這樣的值，使得濾波器 阻塞該閉塞波開關(guān)頻率?？刂齐娐?可以包括反饋網(wǎng)絡(luò)7和比較器8。 比較器8可以具有兩個(gè)互補(bǔ)輸出，如所示出的，每個(gè)控制開關(guān)區(qū)塊2 中的一個(gè)開關(guān)。開關(guān)優(yōu)選地是MOSFET開關(guān)。 一個(gè)開關(guān)連接到第一電源 電壓V+并且另一個(gè)連接到第二電源電壓V—。開關(guān)還在構(gòu)成開關(guān)區(qū)塊輸 出的連接點(diǎn)處彼此連接。由于開關(guān)以互補(bǔ)方式控制，總有一個(gè)開關(guān)是 活動(dòng)的而另一個(gè)是阻塞的。因此，開關(guān)區(qū)塊不是輸出V+就是輸出V—。 自激振蕩條件可以通過用反饋網(wǎng)絡(luò)7提供充足的相移和延遲獲得，其 被本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。這樣的D類放大器的開關(guān)頻率匸可以如下定義其中，fs"是接近信號(hào)過零(zero crossing)的開關(guān)頻率(例如， 400-500kHz)，并且M是調(diào)制指數(shù)，即輸出峰值電壓和電源電源之間 的比率。如果調(diào)制指數(shù)變高，即如果期望的瞬時(shí)輸出電壓變得接近電 源電壓，則開關(guān)頻率大幅下降。如果開關(guān)頻率下降到低通濾波器3的 范圍之內(nèi)，則相當(dāng)多的干擾信號(hào)會(huì)從該濾波器輸出。例如在音頻應(yīng)用 中，濾波器應(yīng)該去掉20kHz以上的信號(hào)分量。如果fs"是500kHz，而 電源電壓V7V1+/-60V，那么即使被放大的輸入信號(hào)的頻率低得多， 瞬時(shí)輸出信號(hào)一達(dá)到58. 8V，就會(huì)聽到使人厭煩的20kHz信號(hào)。因此， 預(yù)放大器9可以用于一旦開關(guān)頻率下降到預(yù)定的頻率之下就限制輸入 信號(hào)，與US 6107875中描述的類似。圖2b示出了基本上對(duì)應(yīng)于圖2a中半橋?qū)嵤├娜珮蚪Y(jié)構(gòu)。這個(gè) 結(jié)構(gòu)只使用一個(gè)電源電壓V+。替代地，使用了兩個(gè)開關(guān)區(qū)塊2，、 2"。 比較器8以互補(bǔ)方式控制這些開關(guān)區(qū)塊，使得在第一開關(guān)狀態(tài)中，第 一開關(guān)區(qū)塊2，的輸出連接到地并且開關(guān)區(qū)塊2"的輸出連接到V+;而在 第二開關(guān)狀態(tài)中，第二開關(guān)區(qū)塊2"的輸出連接到地并且第一開關(guān)區(qū)塊 2，的輸出連接到V+。每個(gè)開關(guān)區(qū)塊2'、 2"分別具有低通濾波器3，、 3"，
并且負(fù)載IO連接在這些濾波器的輸出之間。反饋網(wǎng)絡(luò)7，對(duì)于這些開關(guān) 區(qū)塊可以是公共的。全橋結(jié)構(gòu)將具有如前面針對(duì)半橋結(jié)構(gòu)所描述的高 幅度信號(hào)的同樣問題。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閉環(huán)D類放大器的方框圖。該放 大器包括主區(qū)塊12,其包含圖l所示的區(qū)塊，也就是控制電路、開關(guān) 區(qū)塊和低通濾波器。主區(qū)塊12接收預(yù)放大信號(hào)vp并基于它產(chǎn)生輸出信 號(hào)v。"。預(yù)放大信號(hào)可以由預(yù)放大器13產(chǎn)生，其接收D類放大器的輸 入信號(hào)v、預(yù)放大信號(hào)還輸送到比較器區(qū)塊14。比較器區(qū)塊14還從 主區(qū)塊接收電源電壓V+ (和/或V—)，并且將該電源電壓和從預(yù)放大器 接收的瞬時(shí)預(yù)放大信號(hào)進(jìn)行比較。如果瞬時(shí)預(yù)放大信號(hào)超過電源電壓 的預(yù)定百分比，可以假設(shè)期望的輸出電壓v。"接近電源電壓V+或V—，以 這種方式頻率會(huì)下降以致于閉塞波信號(hào)會(huì)穿過低通輸出濾波器。因 此，當(dāng)瞬時(shí)預(yù)放大信號(hào)超過電源電壓的預(yù)定百分比時(shí)，比較器區(qū)塊14 輸出限制信號(hào)lim，該限制信號(hào)被輸送到預(yù)放大器13并且限制預(yù)放大 器增益。這樣，可以避免出現(xiàn)上面描述的情況而無需實(shí)際測量閉塞波 頻率，這允許使用簡單的電路，如在下面進(jìn)一步說明的。而且，上面 描述的設(shè)置還補(bǔ)償了電源電壓中的波動(dòng)。
如上面所公開的，輸入信號(hào)的幅度可以由預(yù)放大器進(jìn)行預(yù)處理。 然而，也可以為此目的使用衰減器(未示出)。然后，如果瞬時(shí)預(yù)處 理信號(hào)vp的幅度超過電源電壓的預(yù)定比例，則比較器區(qū)塊14增加衰減 器的衰減。該衰減器和預(yù)放大器可以具有公共的名稱，叫做幅度改變 裝置。
通常，該D類放大器包括幅度改變裝置，接收輸入信號(hào)并產(chǎn)生預(yù) 處理信號(hào)。該放大器還包括比較器裝置，設(shè)置為將預(yù)處理信號(hào)和電源 電壓進(jìn)行比較；以及調(diào)節(jié)裝置，如果瞬時(shí)預(yù)處理信號(hào)的幅度超過電源 電壓的預(yù)定比例，則該調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)幅度改變裝置的幅度改變功 能(衰減或增益)。
比較器裝置可以包括放大器，設(shè)置為放大預(yù)處理信號(hào)。這樣放大 的信號(hào)然后可以和電源電壓在比較器電路中進(jìn)行比較，以發(fā)現(xiàn)該預(yù)處 理信號(hào)是否超過電源電壓的預(yù)定比例。作為另一種選擇，該電源電壓 是可分的。
比較器裝置還可以包括整流器電路，設(shè)置為整流放大的預(yù)處理信
號(hào)，這樣該瞬時(shí)預(yù)處理信號(hào)可以和電源電壓進(jìn)行比較而無需考慮信號(hào) 的極性，如下面的例予所示。圖4示出了圖3中預(yù)放大器13和比較器14區(qū)塊的可能實(shí)施方式。 在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，預(yù)放大器包括具有電阻器Rl、 R2、 R3，電容器Cl和 運(yùn)算放大器El的運(yùn)算放大器設(shè)置。比較器區(qū)塊14包括整流器子區(qū)塊 15、比較器電路16和限制信號(hào)發(fā)生設(shè)置。該整流器子區(qū)塊15包括運(yùn) 算放大器設(shè)置，其包括電阻器R4、 R5和運(yùn)算放大器E2，其放大預(yù)放大 信號(hào)Vp。該整流器子區(qū)塊15還包括基于運(yùn)算放大器的整流器設(shè)置，其 包括電阻器R6、 R7、運(yùn)算放大器E3和二極管Dl、 D2，接收放大的信 號(hào)。這樣產(chǎn)生的整流信號(hào)輸送到比較器區(qū)塊16，其包括基于運(yùn)算放大 器的比較器電路，包括電阻器R8、 R9、 RIO、 Rll、 R12、運(yùn)算放大器 E4和齊納二極管D3，在不同的輸入處接收從整流器子區(qū)塊15輸出的 信號(hào)以及電源電壓V+。限制信號(hào)發(fā)生設(shè)置包括電阻器R7、 R13和R14, 二極管D4，電容 器C2，晶體管T2和負(fù)電源電壓Vw。如果通過整流器子區(qū)塊15整流并放大的瞬時(shí)預(yù)放大信號(hào)vp大于電 源電壓V+，則運(yùn)算放大器E4的輸出變?yōu)樨?fù)的并開始通過二極管D4汲 取電流。晶體管T2變?yōu)閷?dǎo)通的，從而使得電流流過R7。在預(yù)放大器區(qū) 塊13中的JFET晶體管Tl開始導(dǎo)通，并且限制預(yù)放大信號(hào)Vp。當(dāng)R7 上的壓降等于V^時(shí)，該JFET晶體管Tl完全導(dǎo)通，并且預(yù)放大信號(hào)Vp 具有其最大衰減。當(dāng)然，其他的實(shí)現(xiàn)方式也是可能的?？傊?，本發(fā)明涉及具有預(yù)處理單元的D類放大器。該預(yù)處理單元 設(shè)置為當(dāng)放大器的開關(guān)頻率下降時(shí)限制輸入到放大器的信號(hào)，以便避 免當(dāng)開關(guān)頻率穿過放大器輸出濾波器時(shí)產(chǎn)生干擾。為此，放大器具有 比較器，其設(shè)置為將來自預(yù)處理單元的信號(hào)和放大器電源電壓進(jìn)行比 較，以及具有當(dāng)預(yù)處理信號(hào)的幅度超過電源電壓的某個(gè)部分時(shí)限制預(yù) 處理單元的增益或增加預(yù)處理單元的衰減的裝置。本發(fā)明不局限為所描述的實(shí)施例。其可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi) 以不同方式加以改變。
權(quán)利要求
1.一種用于放大電輸入信號(hào)(vin)的閉環(huán)D類放大器，該放大器包括預(yù)處理單元(9)，能夠改變輸入信號(hào)(vin)的幅度，以提供預(yù)處理信號(hào)(vp)，控制電路(4)，設(shè)置為接收預(yù)處理信號(hào)(vp)和反饋信號(hào)，并產(chǎn)生控制信號(hào)，開關(guān)區(qū)塊(switching block)(2、2’、2”)，設(shè)置為接收所述控制信號(hào)和至少一個(gè)電源電壓(V+、V-)，并依照該控制信號(hào)、通過在第一和第二狀態(tài)之間交替切換閉塞波(block wave)信號(hào)來產(chǎn)生閉塞波信號(hào)，低通濾波器(3)，設(shè)置為過濾閉塞波信號(hào)以產(chǎn)生輸出信號(hào)(vout)，反饋信號(hào)依賴于該輸出信號(hào)(vout)，該預(yù)處理單元(9)設(shè)置為如果閉塞波信號(hào)的頻率下降到低于閾值則限制預(yù)處理信號(hào)(vp)，其中所述預(yù)處理單元包括幅度改變裝置(13)，接收該輸入信號(hào)(vin)并產(chǎn)生預(yù)處理信號(hào)(vp)，比較器裝置(14)，設(shè)置為比較該預(yù)處理信號(hào)(vp)和所述至少一個(gè)電源電壓，以及調(diào)節(jié)裝置，如果瞬時(shí)預(yù)處理信號(hào)(vp)的幅度超過該電源電壓的預(yù)定比例，則該調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)所述幅度改變裝置的幅度改變功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的閉環(huán)D類放大器，其中所述幅度改變裝置是 放大器，并且如果瞬時(shí)預(yù)處理信號(hào)(vP)的幅度超過電源電壓的預(yù)定比 例，則所述調(diào)節(jié)裝置減少放大器的增益。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的閉環(huán)D類放大器，其中所述幅度改變裝置是 衰減器，并且如果瞬時(shí)預(yù)處理信號(hào)(vP)的幅度超過電源電壓的預(yù)定比 例，則所述調(diào)節(jié)裝置增加衰減器的衰減。
4. 根據(jù)任一項(xiàng)在前權(quán)利要求的閉環(huán)D類放大器，其中比較器裝置 (14)包括放大器，其設(shè)置為放大該預(yù)處理信號(hào)(Vp);整流器電路，其設(shè)置為整流放大的預(yù)處理信號(hào)；以及比較器電路，將該整流的信號(hào) 和電源電壓進(jìn)行比較。
5.根據(jù)任一項(xiàng)在前權(quán)利要求的閉環(huán)D類放大器，其中該D類放大器 是全橋放大器。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有預(yù)處理單元(13)的D類放大器。該預(yù)處理單元設(shè)置為當(dāng)放大器開關(guān)頻率下降時(shí)限制輸入到放大器的信號(hào)，以避免當(dāng)開關(guān)頻率穿過放大器輸出濾波器時(shí)產(chǎn)生干擾。為此，放大器具有比較器(14)，其設(shè)置為將來自預(yù)處理單元的信號(hào)和放大器電源電壓進(jìn)行比較，以及具有當(dāng)預(yù)處理信號(hào)的幅度超過電源電壓的某個(gè)部分時(shí)限制預(yù)處理單元的增益或增加預(yù)處理單元的衰減的裝置。
文檔編號(hào)H03F3/217GK101160717SQ200680012533
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者F·B·M·范霍克, J·G·H·里克斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司