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：
本發(fā)明涉及一種功率放大器，特別是一種雙極性軟開關(guān)P麗功率放大器。
背景技術(shù)：
據(jù)目前已知的P麗音頻功率放大裝置，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(guò)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(guò)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(shí)硬開關(guān)過(guò)程還會(huì)產(chǎn)生高頻電磁干擾。因此，硬開關(guān)性P麗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(jì)當(dāng)中廣泛使用軟開關(guān)技術(shù)來(lái)解決功率開關(guān)管開關(guān)損耗的問(wèn)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。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種適合音頻功率放大的雙極性軟開關(guān)P麗功率放 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(wèn)題。 本發(fā)明為解決其問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 —種雙極性軟開關(guān)P麗功率放大器，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(duì)第一輸入端和第二輸入端的輸入信號(hào)進(jìn)行處理后從第一輸出端和第二輸出端輸出第 一信號(hào)和第二信號(hào)； 脈沖寬度調(diào)制信號(hào)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(hào)輸出 大功率脈沖信號(hào)； 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(hào)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(guò)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(hào)以及脈沖寬度 調(diào)制信號(hào)輸出單元輸出的大功率脈沖信號(hào)，根據(jù)第二信號(hào)輸出與大功率脈沖信號(hào)同相或者 反相的切換脈沖信號(hào)； 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(hào)進(jìn)行開關(guān)切換。 優(yōu)選的是，本發(fā)明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(shí)吸收負(fù)載 的能量。 優(yōu)選的是，本發(fā)明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。
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(duì)來(lái) 自控制裝置的給定信號(hào)以及來(lái)自負(fù)載的反饋信號(hào)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(hào)，第二輸入端接地。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的比較單元根據(jù)兩輸入信號(hào)對(duì)脈沖極性切換單元輸 出的切換脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，極性切換開關(guān)組根據(jù)切換脈沖信號(hào)進(jìn)行開關(guān)切換，使得本發(fā) 明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；本發(fā)明的電路結(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(shí)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P麗功率放大器的開關(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)本發(fā)明進(jìn)一步包括能量吸收單元時(shí)，極性切換開關(guān)組關(guān)閉的時(shí)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(shí)，此部分吸收能量能夠回饋到功率 電源中，使得整個(gè)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)?lái)自控 制裝置的給定信號(hào)以及來(lái)自負(fù)載的反饋信號(hào)首先進(jìn)行處理，誤差積分放大器的輸出為對(duì)兩 信號(hào)之間的差值進(jìn)行積分放大之后的信號(hào)，與比較單元直接處理兩輸入信號(hào)相比，這種方 法更穩(wěn)定、更方便。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的電路方框示意圖；
圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的一種雙極性軟開關(guān)P麗功率放大器，包括用于提供能量的功率 電源9以及比較單元l，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(duì)第一輸入端11和第二輸入端12的輸入信號(hào)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(hào)和第二信號(hào)；脈沖寬度調(diào)制信號(hào)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(hào)輸出大功率脈沖信號(hào)；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(hào)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(guò)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(hào)以及脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出單元2輸出 的大功率脈沖信號(hào)，根據(jù)第二信號(hào)輸出與大功率脈沖信號(hào)同相或者反相的切換脈沖信號(hào)； 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(hào)進(jìn)行開關(guān)切換。 參照?qǐng)D2本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電路圖，音頻輸出裝置K15通過(guò)由電容C16、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、 QIO、 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)，本發(fā)明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(shí)吸收負(fù)載的能量。進(jìn)一步，本發(fā)明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(shí)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(guò)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(hào)為第一輸入端11和第二輸入端12的輸入信號(hào)的差 值的絕對(duì)值。 —般地，比較單元第一輸入端11接收來(lái)自控制裝置的給定信號(hào)，第二輸入端12接 收來(lái)自負(fù)載的反饋信號(hào)，功率放大器根據(jù)此給定信號(hào)和反饋信號(hào)的大小對(duì)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(duì)來(lái)自控制裝置的給定信號(hào)以及來(lái)自負(fù)載的反饋信號(hào)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(hào)，第二輸入端12接地。此時(shí)比較單元1的第一 輸入端11接收到的為對(duì)給定信號(hào)和反饋信號(hào)的差值進(jìn)行積分放大之后的信號(hào)，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(hào)的 絕對(duì)值，第二輸出端14輸出的是第一輸入端11接收到的信號(hào)的正負(fù)極性信號(hào)。這種優(yōu)選 的實(shí)施方式的處理更加簡(jiǎn)單，過(guò)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(duì)值大于脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出單元 2中預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出單元2輸出與差值的絕對(duì)值成正比的大功率脈 沖信號(hào)，否則 輸出預(yù)設(shè)最小寬度的大功率脈沖信號(hào)，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(hào)電壓高于第二輸入端12的輸入信號(hào)電 壓時(shí)，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(hào)同相的切換 脈沖信號(hào)，極性切換開關(guān)組中的開關(guān)管Q6、Q8、Q 10、Q12根據(jù)此切換脈沖信號(hào)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)P麗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(hào)電壓低于第二輸入端12的輸入信號(hào)電壓時(shí)，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(hào)反相的切換脈沖信號(hào)，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(hào)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)P麗功率放大器輸出負(fù)電壓。雙極性軟開關(guān)P麗 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Q1關(guān)閉后，依靠電感L17的儲(chǔ)能作用，通過(guò)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(shí)變壓器T5的次級(jí)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(guò)需要的延 時(shí)后，開關(guān)管Q4關(guān)斷，依靠變壓器T5的初級(jí)繞組漏感儲(chǔ)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(gè)工作周期并以此循環(huán)。
綜上所述，本發(fā)明能夠?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 發(fā)明能夠適用于音頻功率放大方面的應(yīng)用；此外，本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了功率放大器中開關(guān)管的軟開關(guān)過(guò)程，降低了開關(guān)管的開關(guān)損耗。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保 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(duì)第一輸入端(11)和第二輸入端(12)的輸入信號(hào)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(hào)和第二信號(hào)；脈沖寬度調(diào)制信號(hào)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(hào)輸出大功率脈沖信號(hào)；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(hào)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(guò)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(hào)以及脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出單元(2)輸出的大功率脈沖信號(hào)，根據(jù)第二信號(hào)輸出與大功率脈沖信號(hào)同相或者反相的切換脈沖信號(hào)；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(hào)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)P麗功率放大器，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(shí)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)P麗功率放大器，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)P麗功率放大器，其特征在于還包括能量 回饋單元(8)，所述能量回饋單元(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。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性軟開關(guān)P麗功率放大器，其特征在于所述比較單 元第一輸入端(11)接收來(lái)自控制裝置的給定信號(hào)，第二輸入端(12)接收來(lái)自負(fù)載的反饋 信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性軟開關(guān)P麗功率放大器，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(duì)來(lái)自控制裝置的給定信號(hào)以及 來(lái)自負(fù)載的反饋信號(hào)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(hào)，第二輸入端(12)接地。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性軟開關(guān)P麗功率放大器，其特征在于所述第一輸 出端(13)輸出的第一信號(hào)為第一輸入端(11)和第二輸入端(12)的輸入信號(hào)的差值的絕 對(duì)值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種雙極性軟開關(guān)P麗功率放大器，其特征在于當(dāng)比較 單元第一輸出端(13)輸出的第一信號(hào)大于脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出單元(2)中預(yù)設(shè)的閾值 時(shí)，脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出單元(2)輸出與差值的絕對(duì)值成正比的大功率脈沖信號(hào)，否則 輸出預(yù)設(shè)最小寬度的大功率脈沖信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性軟開關(guān)P麗功率放大器，其特征在于當(dāng)比較單元 的第一輸入端(11)的輸入信號(hào)電壓高于第二輸入端(12)的輸入信號(hào)電壓時(shí)，第二輸出端 (14)輸出低電平；當(dāng)比較單元的第一輸入端(11)的輸入信號(hào)電壓低于第二輸入端(12)的輸入信號(hào)電壓時(shí)，第二輸出端(14)輸出高電平。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種雙極性軟開關(guān)P麗功率放大器，其特征在于當(dāng)?shù)?二輸出端(14)輸出的第二信號(hào)表明第一輸入端(11)的輸入信號(hào)電壓高于第二輸入端(12) 的輸入信號(hào)電壓時(shí)，脈沖極性切換單元(4)輸出與大功率脈沖信號(hào)同相的切換脈沖信號(hào)， 否則輸出與大功率脈沖信號(hào)反相的切換脈沖信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明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(hào)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。本發(fā)明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，本發(fā)明的電路結(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(shí)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(hào)H03F3/217GK101714853SQ20091024641
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:恩平市西特爾數(shù)碼科技有限公司