脈沖寬度調(diào)制音頻功率放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及大功率數(shù)字功放領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種脈沖寬度調(diào)制音頻功率放 大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率音頻信號(hào)放大器是最重要的模擬電子器件之一，它可把低功率的音頻信號(hào)放 大為高功率信號(hào)。音頻功放從放大原理上分為兩大陣容；傳統(tǒng)的模擬電路功放和近幾年出 現(xiàn)的數(shù)字電路功放。模擬電路功放包括了A類、B類、AB類型的音頻信號(hào)放大器，它們W音 質(zhì)甜美和技術(shù)成熟的特點(diǎn)在音頻領(lǐng)域內(nèi)數(shù)十年里獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
[0003] 但此類功率放大器最致命的缺點(diǎn)就是電源轉(zhuǎn)換效率低。因?yàn)樾盘?hào)輸出的能量由電 源提供，所W兩者之間存在轉(zhuǎn)換效率問題。A類放大器的理論轉(zhuǎn)換效率是25%。例如電源 提供100W能量，僅有25W能夠轉(zhuǎn)換為有用信號(hào)，其它能量則轉(zhuǎn)換為熱能或無用信號(hào)（亦稱 干擾信號(hào)）。A類轉(zhuǎn)換方式導(dǎo)致電源利用效率低、設(shè)備復(fù)雜、體積大、能耗嚴(yán)重等弊病，而且 實(shí)際使用的A類功率放大器的效率僅在百分之十幾。B類、AB類型的音頻信號(hào)放大器的理 論效率分別是50%和78. 5%，實(shí)際使用只在40%和60%W下。
[0004] 因此，提高現(xiàn)行功率音頻放大器的效率是音頻領(lǐng)域最重要的生存空間，隨著A類、 B類、AB類型的音頻信號(hào)放大器生存空間的逐漸萎縮，近年來國外研究機(jī)構(gòu)開始投巨資研 發(fā)D類放大器，并占據(jù)了中國幾乎全部的數(shù)字功放市場(chǎng)。
[0005] 由于國內(nèi)市場(chǎng)此類產(chǎn)品目前還基本停留在概念階段，國內(nèi)廠商很少有能力單獨(dú)研 發(fā)生產(chǎn)，部分廠商也只是照搬了國外的傳統(tǒng)D類設(shè)計(jì)方案。
[0006] D類音頻放大器即脈沖式開關(guān)量放大器，具有超過90%的電源能量轉(zhuǎn)換效率，符 合市場(chǎng)對(duì)綠色能源需求，造成近幾年快速的發(fā)展。而且因?yàn)楦咝?，D類放大器體積可W做得 很小，可W減小散熱器的體積甚至不用散熱器，順應(yīng)了設(shè)備輕薄小的發(fā)展趨勢(shì)。
[0007] D類放大器依靠其優(yōu)勢(shì)，正在迅速占領(lǐng)原來傳統(tǒng)A類和AB類放大器的市場(chǎng)。該就 是目前中國模擬電路設(shè)計(jì)企業(yè)所面臨的困局；在高端領(lǐng)域無法與國際大廠競(jìng)爭(zhēng)，在低端市 場(chǎng)由于數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和國外廠商向低端侵襲而難W為繼。
[000引另外，時(shí)至今日，國際流行的A類、B類、AB類W及D類音頻功率放大器，采用的都 是將電源及放大器獨(dú)立設(shè)計(jì)的方式，或者說功放、電源電路是按照各自給定的參數(shù)進(jìn)行設(shè) 計(jì)的兩個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)。由于整個(gè)系統(tǒng)的效率和各子系統(tǒng)效率之間是倍乘的關(guān)系。比如，設(shè)電 源轉(zhuǎn)換效率n1 = 90 %，功率放大器的轉(zhuǎn)換效率n2 = 80%，看起來兩者效率比較高。但 整機(jī)效率n=nixn2只有72%。若考慮到功放、電源電路之間的禪合，整機(jī)效率還會(huì)更 低?，F(xiàn)在市面上標(biāo)榜的一體化機(jī)，也僅僅是將功放、電源電路做在一塊電路板上而已，其各 自仍然是獨(dú)立的部分。
[0009] 因此亟需提供一種新型的真正地將功放、電源一體化設(shè)計(jì)且功放效率高的音頻功 率放大器來解決上述問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種脈沖寬度調(diào)制音頻功率放大器，能夠 實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大、驅(qū)動(dòng)、功放輸出W及供電電源真正意義上的一體化。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是；提供一種脈沖寬度調(diào) 制音頻功率放大器，包括依次相連的線性隔離模塊、PWM放大調(diào)制厚膜、懸浮驅(qū)動(dòng)模塊、高壓 功率橋、己特沃斯濾波器，音頻信號(hào)輸入端連接線性隔離模塊輸入端，己特沃斯濾波器輸出 端連接音頻功率放大器的負(fù)載，音頻功率放大器的供電電源分別經(jīng)過橋式整流電路、LPF、 雙閉環(huán)APFC電路后送至PWM放大調(diào)制厚膜、懸浮驅(qū)動(dòng)模塊、高壓功率橋、己特沃斯濾波器， PWM放大調(diào)制厚膜、懸浮驅(qū)動(dòng)模塊、高壓功率橋及己特沃斯濾波器構(gòu)成D類橋式功放放大器 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0012] 在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述線性隔離模塊包括線性光電隔離集成電 路、精密隔離放大器集成電路。
[0013] 線性光電隔離集成電路由依次相連的輸入差分電路、偏置電路、輸出跟隨器組成， 偏置電路由兩個(gè)光禪電路并聯(lián)組成，輸入差分電路構(gòu)成積分器，其輸出端并聯(lián)第一光禪電 路、第二光禪電路，兩個(gè)光禪電路的輸出端并聯(lián)連接輸出跟隨器的正輸入端。線性光電隔離 集成電路采用雙通道光禪工作方式，在實(shí)現(xiàn)線性傳輸?shù)耐瑫r(shí)，對(duì)高低壓供電電源進(jìn)行了隔 離，且增寬了電路的線性輸出范圍。
[0014] 精密隔離放大器集成電路由隔離放大器、高增益放大器組成，隔離放大器采用片 內(nèi)變壓器禪合方式隔離，片內(nèi)變壓器輸出端連接高增益放大器。精密隔離放大器集成電路 對(duì)信號(hào)的輸入和輸出進(jìn)行電氣隔離。
[0015] 在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，PWM放大調(diào)制厚膜由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、S角波 振蕩器、間歇期調(diào)整電路、誤差放大器、PWM比較器W及FET輸出驅(qū)動(dòng)電路組成，間歇期調(diào)整 電路由觸發(fā)器、鎖存器及欠壓鎖定電路組成，誤差放大器的負(fù)輸入端連接信號(hào)輸入端、正輸 入端連接基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、輸出端連接PWM比較器的負(fù)輸入端，=角波振蕩器的輸出端 分別連接PWM比較器的正輸入端、觸發(fā)器的輸入端，PWM比較器的輸出端連接鎖存器，間歇 期調(diào)整電路連接FET輸出驅(qū)動(dòng)電路。PWM放大調(diào)制厚膜用于PWM信號(hào)的產(chǎn)生與調(diào)制。
[0016] 在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，懸浮驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)PWM放大調(diào)制厚膜調(diào)制后的 PWM信號(hào)采用懸浮驅(qū)動(dòng)方式。
[0017] 在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，高壓功率橋采用全橋或者半橋式功率輸出拓 撲方式，橋式電路的每臂上采用大功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管或IGBT管做功率 輸出器件。全橋式功率輸出拓?fù)浞绞胶?jiǎn)稱H輸出方式，H方式浮動(dòng)輸出載波峰-峰值可達(dá) 2VCC，充分利用了電源電壓，有效提高了輸出效率。
[0018] 在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，己特沃斯濾波器為二階或四階低通濾波器。由 于高壓功率橋的H輸出方式中含有高頻成分，因此在接負(fù)載時(shí)需要進(jìn)行低通濾波。
[0019] 在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，雙閉環(huán)APFC電路采用電流環(huán)與電壓環(huán)雙回路 閉環(huán)控制電路，使電源電流主動(dòng)跟蹤電源輸入電壓并及時(shí)自動(dòng)調(diào)整，保持兩者之間的相位 同步，電源轉(zhuǎn)換效率接近100%。
[0020] 在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述脈沖寬度調(diào)制音頻功率放大器采用供電電 源自適應(yīng)方式，適應(yīng)任何電壓值的工頻電壓。將市電高壓直接供給音頻功放，取消了現(xiàn)行功 放賴w工作的工頻變壓器和大功率開關(guān)電源變壓器，同時(shí)也就減少了各種變壓器帶來的能 量損耗及干擾，提高了電源利用率。
[002U 本實(shí)用新型的有益效果是；本實(shí)用新型將電源、PWM功放、APFC技術(shù)和DSP技術(shù)融 為一體，功放電路、調(diào)制電路和電源電路之間無界限，取消了市電與功放電路的降壓低頻隔 離方案，在功放后級(jí)采用懸浮驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在前置放大級(jí)則采用光隔離器，極大地提高了功放 的效率及電源利用效率，減小了放大器各個(gè)部分由于相互禪合帶來的各種噪聲干擾，使設(shè) 備的Effl得到極大的改善，真正實(shí)現(xiàn)了信號(hào)放大、驅(qū)動(dòng)、功放輸出化及供電電源的一體化。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本實(shí)用新型脈沖寬度調(diào)制音頻功率放大器一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023] 圖2是所述雙閉環(huán)APFC電路的電路原理圖；
[0024] 圖3是所述線性光電隔離集成電路的電路原理圖；
[0025] 圖4是所述精密隔離放大器集成電路的電路原理圖；
[0026] 圖5是所述D類橋式功放放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖；
[0027] 圖6是所述PWM放大調(diào)制厚膜的電路原理圖；
[002引圖7是所述高壓功率橋及己特沃斯濾波器的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，W使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn) 和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確 的界定。
[0030] 請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例包括：
[0031] 一種脈沖寬度調(diào)制音頻功率放大器，包括依次相連的線性隔離模塊、PWM(Pulse Wi化hMo化lation，脈沖寬度調(diào)制）放大調(diào)制厚膜、懸浮驅(qū)動(dòng)模塊、高壓功率橋、己特沃斯濾 波器，音頻信號(hào)輸入端連接線性隔離模塊輸入端，己特沃斯濾波器輸出端連接音頻功率放 大器的負(fù)載，音頻功率放大器的供電電源分別經(jīng)過橋式整流電路、LPF(LowPassFilter, 低通濾波器）、雙閉環(huán)APFC電路后送至PWM放大調(diào)制厚膜、懸浮驅(qū)動(dòng)模塊、高壓功率橋、己特 沃斯濾波器，PWM放大調(diào)制厚膜、懸浮驅(qū)動(dòng)模塊、高壓功率橋及己特沃斯濾波器構(gòu)成D類橋 式功放放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0032] 所述脈沖寬度調(diào)制音頻功率放大器采用供電電源自適應(yīng)方式，適應(yīng)任何電壓值的 工頻電壓。電源輸入端采用小功率開關(guān)電源集成電路，將市電高壓直接供給音頻功放，取消 了現(xiàn)行功放賴W工作的工頻變壓器和大功率開關(guān)電源變壓器，同時(shí)也就減少了各種變壓器 帶來的能量損耗及干擾，提高了電源利用率。
[0033] 由于本實(shí)用新型設(shè)計(jì)在直流電源供給部分取消了流行的脈沖式開關(guān)電源W及經(jīng) 典的變壓器整流電源，同時(shí)取消了現(xiàn)有技術(shù)中的低壓供電設(shè)計(jì)音頻功率放大器的模式，將 市電高壓直接供給音頻功放，在取消了脈沖式開關(guān)電源W及變壓器整流電源所必需的高 頻、低頻變壓器后，交流-直流變換電路即本實(shí)用新型中的整流器僅由非線性不控二極管 或娃整流元件構(gòu)成，其工作方式將導(dǎo)致輸入電流高頻諧波分量極高，對(duì)電網(wǎng)的污染嚴(yán)重， 并使交流網(wǎng)側(cè)電壓產(chǎn)生崎變，影響其它電器正常工作，因此本實(shí)用新型對(duì)電源的設(shè)計(jì)部分 采用了有源功率因數(shù)校正技術(shù)APFC(ActivePFC)。電源經(jīng)過整流器的交流-直流變換、LPF(低通濾波器）的濾波后送至雙閉環(huán)APFC電路。
[0034] 請(qǐng)參閱圖2,輸入電壓經(jīng)過EMI濾波器濾波后送至整流器，整流器為單相橋式，主 電路采用DC/DC變換電路，控制電路含電壓誤差放大器、電流誤差放大器、模擬乘法器和固 定頻率的PWM控制器。內(nèi)環(huán)（電流輸入經(jīng)PWM控制器到S及電感L)為電流環(huán)，完成對(duì)Boost 電感電流IL的采樣，并采用單周期控制模式控制PWM信號(hào)的占空比。外環(huán)（輸入電壓采樣 到乘法器、輸出電壓采用經(jīng)比較器到乘法器）為電壓環(huán)，完成輸入電壓與輸出電壓的采樣。 由于整個(gè)電路采