CN101405924A - 用于受限电源的功率供应设备以及使用功率供应设备的音频放大器 - Google Patents

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Abstract

一种用于受限电源的功率供应设备和使用该功率供应设备的音频放大器，它包括用于提供输出功率信号的电源，该输出功率信号可以由峰均功率需求比高的负载使用。当使用这种电源给峰均功耗比高的装置供电时，如果要将峰值功率保持在受限电源的功率供应极限以下，那么该装置的平均功率输出会受到严重限制。

Description

用于受限电源的功率供应设备以及使用功率供应设备的音频放大器
技术领域
本发明涉及用于受限电源的功率供应设备(power supply)。一些实施例还涉及使用这种功率供应设备的放大器。
背景技术
很多电源能够提供有限的功率水平。这种电源可以被称为功率受限电源或功率受限源。当使用这种电源给峰均功耗比高的装置供电时，如果必须将峰值功率汲取保持在受限电源的功率供应极限以下，那么该装置的平均功率输出会受到严重限制。
峰均功耗比高的典型装置范例是音频扬声器。在现代计算机系统中，在许多其它包括扬声器的装置中，可能需要利用受限电源为扬声器供电。
例如，很多计算机用户喜欢使用扬声器，该扬声器能够通过诸如USB端口之类的单个连接来接收音频信号和功率。USB端口仅能够提供2.5瓦的功率，这是受限电源的范例。
在一些音频系统中，希望通过以太网电缆或其它仅能承载有限量功率的连接向扬声器发送音频信号和功率。通常，由于电流限制的原因，因此以太网电缆仅能够承载有限的功率水平。以太网电缆的长度将会限制提供给经电缆耦合到电源的装置的功率。通常，100m的以太网电缆(具有差的馈电电阻)能够向装置提供13瓦左右的功率。电源和以太网电缆是无法供应超过受限功率量的受限电源的范例。在这种情况下，功率限制是由电源和装置之间的以太网连接造成的。
希望提供一种用于功率受限源的功率供应设备以便对由这种电源供电的装置的性能进行改善。还希望提供一种包括用于受限电源的功率供应设备的音频放大器。
发明内容
在本发明的第一实施例中，提供了一种用于受限电源的功率供应设备。该功率供应设备包括增压变换器(step-up converter)，该增压变换器从受限电源接收等于源电压的受限功率信号。该增压变换器在存储元件端子处向储能元件提供存储功率信号。存储功率信号对储能元件充电，储能元件一般可以是电容器或另一种电抗器件，或包括电容器或另一种电抗器件。选择所述储能元件并对其充电，使得其两端的存储电压大于源电压。将功率输入端子处的源电压与存储电压和存储元件端子相隔离。在一些实施例中，增压变换器提供这种隔离，在其它实施例中，可以使用独立的隔离元件。功率输出端子耦合到存储元件端子，并在功率输出端子处提供输出功率信号。
可以使用该功率供应设备来给峰均功率比要求较高的负载供电。当负载的功率需求较低时，可以由增压变换器对负载供电。当负载的功率需求在高功率需求期间或在峰值功率需求期间升高时，负载从储能元件汲取功率。
在另一个实施例中，增压变换器包括源功率感测电路，用于监测从受限电源汲取的功率。功率感测电路向功率限制器提供与功率汲取相关的一个或多个信号。功率限制器控制所述增压变换器的工作，以确保从受限电源汲取的功率不超过源的功率极限。在一个实施例中，增压变换器包括开关，并且功率限制器是控制开关工作的调制电路。源功率感测电路提供从受限电源汲取的电流的指示。响应于该电流汲取，调制电路控制开关的工作。在另一个实施例中，源功率感测电路提供源电压的指示，且调制电路响应于该电压来控制开关。在其它实施例中，源功率感测电路可以向调制电路提供电流信息和电压信息二者，可以将调制电路配置成使用这两种类型的信息来控制增压变换器的工作。
在其它实施例中，在存储元件端子和功率输出端子之间耦合降压变换器以降低提供给负载的输出功率信号的电压。
在另一个实施例中，功率供应设备具有带两个或更多功率输出的增压变换器，并提供两个或更多存储功率信号。每个存储功率信号都耦合到存储元件并对其各自的存储元件充电。可以将一个或多个存储元件耦合到功率输出端子以提供不同幅值的输出功率信号。控制器对耦合到功率输出端子的负载的功率需求进行监测并将额外的存储元件耦合到功率输出端子，以提高负载可用的功率并提高输出功率信号的电压。
根据本发明的功率供应设备的另一个实施例提供了拆开的输出电压信号。产生正输出电压信号和负输出电压信号，并在正功率输出端子和负功率输出端子处提供正输出电压信号和负输出电压信号。在一个实施例中，可以根据耦合到功率输出端子的负载的时变功率需求来以不同的电压电平提供正、负功率输出信号中的每一个。在另一个实施例中，基于负载的功率需求，可以由跟踪型功率供应设备将正输出功率信号和负输出功率信号产生为时变电压轨(voltage rail)。
在另一个实施例中，提供了一种功率供应设备，包括：功率输入端子，用于从受限电源接收等于源电压的输入功率信号；用于存储能量的储能元件；增压变换器，其耦合到所述功率输入端子以接收输入功率信号，并用于向所述储能元件提供等于存储电压的存储功率信号，并且其中所述增压变换器将所述输入端子处的所述源电压与所述储能元件处的存储电压相隔离；功率输出端子；并且其中所述储能元件耦合到所述增压变换器以接收功率，并且其中所述储能元件耦合到所述输出端子以向负载提供输出功率信号。
在一些实施例中，该增压变换器包括用于测量所述输入功率信号的功率水平的源功率感测电路，并且该增压变换器包括功率限制电路，用于在所述输入功率信号的功率水平超过阈值时降低所述输入功率信号的功率水平。
在一些实施例中，基于所述受限电源的功率供应极限来选择所述阈值。
在一些实施例中，所述阈值是所述受限电源的额定功率的一部分。
在一些实施例中，所述增压变换器包括用于测量所述源电压的功率感测电路，并且所述增压变换器包括功率限制电路，用于在所述源电压下降到阈值以下时降低所述输入功率信号的功率水平。
在一些实施例中，该功率供应设备还包括耦合在所述储能元件和所述功率输出端子之间的减压变换器(step-down converter)，其中所述减压变换器从所述储能元件接收等于所述存储电压的功率并在所述功率输出端子处提供等于供应电压的输出功率信号，其中所述存储电压高于所述供应电压。
在另一个实施例中，本发明提供了一种功率供应设备，包括：功率输入端子；第一储能元件，用于存储等于第一存储电压的能量；第二储能元件，用于存储等于第二存储电压的能量；二输出增压变换器，其耦合到所述功率输入端子以从受限电源接收等于源电压的输入功率信号，并向所述第一储能元件提供等于第一存储电压的第一存储功率信号，并向所述第二储能元件提供等于第二存储电压的第二存储功率信号；功率输出端子，用于向负载提供输出功率信号，其中所述第一储能元件耦合到所述功率输出端子；负载输入信号端子；以及控制器，其耦合到所述负载输入信号端子以接收负载功率信号，并用于响应于所述负载功率信号将所述第二储能元件选择性耦合到所述功率输出端子。
在一些实施例中，该功率供应设备还包括用于耦合所述第一储能元件和第二储能元件的开关，使得当所述开关打开时，所述第一储能元件提供所述输出功率信号，而当所述开关闭合时，所述第一储能元件和第二储能元件二者都提供所述输出功率信号，并且其中所述控制器通过闭合所述开关来将所述第二储能元件耦合到所述功率输出端子。
在另一个实施例中，本发明提供了一种音频放大电路，其包括功率供应设备，该功率供应设备包括：功率输入端子；增压变换器，其耦合到所述功率输入端子以从功率受限源接收等于源电压的输入功率信号；储能模块，其中所述增压变换器向所述储能模块提供存储功率信号；一个或多个功率输出端子；变换器；以及音频放大级，包括：一个或多个音频输入端子；一个或多个音频放大器，其中每个音频放大器都耦合到所述功率输出端子以接收所述一个或多个输出功率信号，并耦合到所述音频输入端子之一，以接收对应的输入音频信号，并且其中所述音频放大级提供与每个输入音频信号相对应的放大音频信号，其中所述变换器耦合到：储能模块，以从所述增压变换器和所述储能模块汲取功率；所述音频输入端子，以接收所述输入音频信号；以及所述功率输出端子，以在每个所述功率输出端子处提供输出功率信号，其中每个所述功率输出端子处的所述输出功率信号的幅值至少部分由所述输入音频信号的幅值确定。
在一些实施例中，所述变换器是跟踪型功率变换器，并且其中所述功率变换器响应于最大输入音频信号的幅值来产生所述输出功率信号。
在一些实施例中，所述功率变换器产生对应于所述最大输入音频信号的包络的输出功率信号。
在一些实施例中，所述功率变换器产生一对拆开的轨输出功率信号。
附图说明
现在将参考附图来详细描述本发明的若干示例性实施例，在附图中：
图1和图2是根据本发明的功率供应设备的若干实施例的示意图；
图3是根据本发明的功率供应设备的另一个实施例的方框图；
图4到图7是根据本发明的功率供应设备的其它实施例的示意图；
图8是图7的实施例的控制器的示意图；
图9是示出了图7的功率供应设备的运行的时序图；以及
图10示出了根据本发明的多通道音频放大电路。
具体实施方式
首先参考图1，图1示出了用于功率受限源102的功率供应设备100的第一实施例。功率供应设备100在功率输入端子104处耦合到电源102并在功率输出端子112处耦合到负载114。功率供应设备100包括变换器模块106和储能模块108。
电源102提供功率受限的直流功率信号。电源102可以是任何类型的直流电源。例如，电源102可以是电池、AC-DC变换器或适配器(其从诸如标准的公共电源之类的交流电源接收功率)、USB端口、以太网在线供电的功率供应设备或任何其它类型的直流电源。
变换器模块106是增压变换器，其提供升压的直流存储功率信号，该升压的直流存储功率信号比功率受限直流功率信号的电压高。在其它实施例中，变换器模块106可以是升压变换器、降压-升压变换器、配置成增压变换器的逆向变换器、正向变换器或任何其它的增压变换器，只要该增压变换器被配置为提供电压比从电源102接收的输入功率信号高的升压的直流存储功率信号。
在本实施例中，储能模块108是电容器116，由升压的直流储存功率信号对电容器116充电。功率供应设备100在功率输出端子112处提供功率输出信号。负载114耦合到功率输出端子112并从储能元件108汲取升压直流功率信号的更高电压的功率。
负载114具有随时间变化的功率需求。例如，负载对功率供应设备100的峰值功率需求可以是对功率供应设备100的平均功率需求的两倍或更多倍。不同类型负载的峰均功率比可以不同。
在该范例中，负载114包括开关音频放大器120和扬声器122。开关音频放大器120在音频输入端子124处接收音频输入信号，并将放大的音频信号施加到扬声器122，扬声器122再现出放大的音频信号。音频信号通常具有大约8∶1或更高的峰均功率比。开关音频放大器120利用来自电容器116的充足功率来提供放大的音频信号。当产生放大音频信号所需的功率(相对于所需的峰值功率)较低时，从电容器116汲取较少的功率，并且可以从增压变换器106直接汲取所需功率。在放大器需要额外功率来产生更响的声音时，可以从电容器116汲取额外的功率。结果，放大的音频信号可以具有比功率受限电源102可供应的平均功率高得多的峰值功率水平。
例如，电源102可以是计算机上的USB端口。USB端口能够供应2.5瓦的功率(500mA，5V)。如果图1中的所有部件都是理想的，那么可以在电容器116中存储所有这些功率，且放大的音频信号可以具有20瓦的峰值功率(假设峰均功率比是8∶1)。
USB端口和其它一些连接能够为装置提供功率受限直流功率信号和数据或控制信号，例如输入音频信号。在诸如计算机扬声器之类的装置的实际实施例中，可以将变换器106、储能模块108、音频放大器120和扬声器122构造成单个装置，该装置通过USB或其它连接接收功率和数据。
在功率供应设备100中，将增压变换器106配置成从受限电源102汲取不超过电源能够供应的功率。这可以通过如下方式实现：将增压变换器构造成逆向变换器，并基于受限电源的电压选择变换器初级线圈的电感、变换器调制器的频率和最大的占空比或脉冲密度，从而有效地限制可以从电源汲取的最大功率。任选地，在启动功率供应设备期间可以使用软启动以(随后)缓慢地对电容器116充电，确保不超过受限电源102的极限。
接下来参考图2，图2示出了第二功率供应设备200。功率供应设备200包括增压变换器206，增压变换器206可以用作功率供应设备(包括功率供应设备100)中的变换器模块。在本实施例中，增压变换器206是升压变换器。升压变换器206是单端升压变换器，包括电感器230、开关232、功率感测电路234、开关控制器236。升压变换器206在功率输入端子204处以源电压从受限电源202接收功率，并在存储元件端子238处提供存储功率信号。
在本实施例中，开关232是晶体管。开关控制器236是打开和闭合开关232的脉冲宽度调制器。在闭合开关232时，电感器230存储来自受限电源102的能量。在打开开关232时，将电感器230中存储的能量经二极管231传输到电容器216，为电容器充电。负载214从电容器216接收功率。
将开关控制器236配置成确保从受限电源202汲取的功率不超过电源202的功率供应极限。功率感测电路234包括电流感测电阻器242。对于以固定频率进行脉冲宽度调制的控制器236而言，如果汲取的电流超过功率供应阈值(如感测电阻器两端所感测到的)，那么开关控制器236减小开关232的占空比，由此减少从受限电源202汲取的功率。功率供应阈值通常基于功率供应设备在其额定电压下的电流供应极限，并且功率供应阈值一般是电流供应极限的一部分，以解释受限电源202之间的传输损耗或其它标准，例如容限或裕量的误差。
变换器206工作在功率受限配置下，从而在不超过受限电源202的功率供应极限的情况下将能量存储在储能元件208中。可以将受限电源202的功率供应极限定义为额定源电压下的最大电流。在图2的范例中，将开关控制器236配置成基于从受限电源汲取的电流来控制开关232。如果能够不超过受限电源的极限而保持储能元件208完全充电，那么开关控制器236操作变换器206这么做。
在其它实施例中，可以将开关控制器236配置成基于受限电源202的任何工作特性来操作变换器206。例如，一些电源具有有效输出源阻抗，使得在来自电源的输出电流增大到超过某个极限时，输出电压会下降。在用于这种电源时，功率感测电路234可以在功率输入端子204处测量源电压。可以将开关控制器配置成响应于电压电平来控制变换器206的工作。如果电源的输出电压下降到功率供应阈值以下，则开关控制器可以减小开关232的占空比以减少从电源202汲取的功率。例如，开关控制器236可以是脉码调制器，并可以被配置成控制开关232的调制，使得最大占空比D＝m×V+b，其中m是一常数，该常数定义了功率输入端子处的电压V和占空比之间的斜率，b是一常数，其定义了偏移量。在任何特定时刻，开关232的实际占空比d必需要小于最大占空比D。
在其它实施例中，功率感测电路234可以检测从功率受限源汲取的源电压和电流，并且开关控制器可以组合该信息来确定开关232的最大占空比。例如，可以将最大占空比计算为D＝c-aV-bi，其中a、b和c是常数。
在图2中，变换器是升压变换器。二极管231将功率输入端子204与存储元件端子238隔离开。在其它实施例中，可以使用其它类型的变换器。例如，可以使用逆向变换器，该逆向变换器将功率输入端子处的源电压与存储元件端子238处的存储电压电隔离。
在一些实施例中，希望在储能元件208中存储较大量的能量。通常，如果负载具有较高的峰均功率比要求，那么就希望存储较大量的能量，以在峰值功率需求期间供应瞬时较大的功率需量。为了存储较大量的能量，可以增大电容器216的尺寸，或者可以提高存储电压，或者两种措施都采取。在功率供应设备200中，功率输出端子212耦合到存储元件端子238。随着功率输出端子处的电压升高，负载114的空闲功耗和低功耗可能会增大。为了减少这些低效率事件，在一些实施例中，可以优选降低功率输出端子212处的输出功率信号的电压。
图3示出了功率供应设备300。该功率供应设备类似于功率供应设备100和200，并且使用类似的附图标记来表示对应的部件。功率供应设备300包括减压变换器348，其解除存储元件端子338处的存储元件电压与功率输出端子312处的输出功率信号电压的耦合。减压变换器348降低输出功率信号的电压。取决于负载314的属性，这可以减少负载中的损耗。
减压变换器348可以是任何类型的减压电路。优选地，减压变换器348是高效变换器，以便减少变换器中的功率损耗。例如，可以将减压变换器实现为降压变换器或逆向变换器。
接下来参考图4，图4示出了功率供应设备400。功率供应设备400包括功率输入端子404、二输入增压变换器406、储能模块408和功率输出端子412。
增压变换器406从受限电源402接收输入功率信号。增压变换器406提供两个存储功率信号V1和V2。储能模块包括两个电容器4161和416h。增压变换器406在受限电源402和储能模块408之间提供流电隔离或变压器隔离。电容器4161一端耦合到地，另一端耦合到输出功率开关452。电容器4161的该另一端还通过二极管454耦合到存储元件端子438。电容器416h耦合在输出功率开关452和存储元件端子438之间。储能模块408还包括输出功率信号电压控制器450。
存储功率信号V2耦合在电容器416h的两端，存储功率信号V1耦合在电容器4161的两端。每个存储功率信号都用于对其各自的电容器充电。两个存储功率信号可以具有相同或不同的电压。在功率供应设备400的稳态工作期间，电容器4161的两端将具有电压V1，电容器416h的两端将具有电压V2。
控制器450在负载功率端子456处接收负载功率信号。负载功率信号是时变的信号，表示负载所需的功率。控制器450响应于负载功率信号来操作开关452，在负载功率信号表示负载需要低于负载功率阈值的功率水平时，保持开关452为打开状态，在负载功率信号表示负载需要高于负载功率阈值的功率水平时，保持开关452为闭合状态。当开关452打开时，电容器4161在功率输出端子412处提供幅值为V1的输出功率信号。当开关452闭合时，电容器416h和4161串联耦合，两个电容器共同提供幅值为V1+V2的输出功率信号。二极管D1防止任何电流从功率输出端子438回流到电容器4161。
基于在开关452打开且仅由电容器4161供应输出功率信号时为了满足负载而能够提供的最大功率水平来选择负载功率阈值。控制器450响应于负载功率信号以确保输出功率信号能够供应负载所需的功率(直到功率供应设备400能够供应的最大功率或可以从电源402汲取的最大功率)。
在负载的功率需求低于负载功率阈值时，通过降低输出功率信号的电压，可以减少负载中的损耗。
电容器4161和416h的大小和相应的存储功率信号将界定V1和V2的大小。这些电压电平的选择取决于特定功率供应设备的使用意图。例如，可以将功率供应设备400用于为喷墨打印机供电，其空闲功耗远小于打印机的工作功耗。例如，Canon IP4000在空闲时需要大约0.5W的功率，但在打印时需要大约16W的功率。可以选择电容器4161和416h以及存储功率信号，使得V1远小于V2。在打印机空闲时可以保持开关452打开，在打印机打印时可以闭合开关452。当开关452打开时，电容器416h保持以较高电压V2充电，但不耦合到负载，减小了负载中的损耗。在负载需要这个时(例如在峰值功率需求期间)，电容器416h可以迅速耦合到负载以提供更高的功率。
接下来参考图5，图5示出了耦合到音频放大器520的功率供应设备400。音频放大器520是单端放大器，并且该音频放大器520从功率输出端子412接收输出功率信号。例如，放大器520可以具有桥式结构，或可以是电容性耦合的，以避免将直流分量引入到它的扬声器522中。放大器520在音频输入端子524处接收输入音频信号。放大器520放大音频信号并在扬声器522重现音频信号。音频输入端子524耦合到负载功率端子456，输入音频信号充当着负载功率信号。
控制器450监测输入音频信号。当所述输入音频信号的幅值表明放大器将需要比电容器4161所能提供的功率更大的功率时，控制器450闭合开关452。否则，开关452保持打开。很多音频信号的峰均功率比是8∶1。可以配置功率供应设备400，使得电容器4161能够在大部分情况下为放大器520供电(例如，放大器最大功率输出的20％。(在峰均功率比是8∶1时，当将放大器设置在其最响音量时，平均功率水平将是最大功率输出的大约12.5％。))。如果所需的功率超过20％阈值，那么可以闭合开关452以提供足够的功率，从而产生更高的功率信号，例如峰值信号。
任选地，可以将控制器450配置成在不同阈值处打开和闭合开关452。例如，可以将控制器450配置成：如果负载功率信号表示负载需要电容器4161所能提供的功率的90％，则闭合开关452，但在负载功率信号表示负载需要电容器4161所能提供的功率的80％时，可以仅打开开关452。当所需功率在80％和90％之间时，开关保持在其先前状态下。这种滞后减少了在负载工作在接近负载功率阈值的范围中时迅速闭合和打开开关的次数。
在另一个实施例中，控制器450可以实施基于时间的滞后，以在负载功率信号表示可以打开开关之后将开关452保持闭合最少时间。例如，最少的时间可以是10ms。当响应于负载功率信号超过负载功率阈值来闭合开关452时，它保持闭合，直到在负载功率信号下降到负载功率阈值以下之后又过了至少10ms。如果在10ms之后负载功率信号再次超过负载功率阈值，则开关452保持闭合。
功率供应设备400提供输出功率信号，该输出功率信号具有由输出功率信号电压控制器450控制的两个电压电平。图6示出了能够产生具有三个电压电平的输出功率信号的功率供应设备600。功率供应设备600包括三个输出增压变换器606，其产生三个存储功率信号V1、V2和V3。每个存储功率信号对相应的电容器616a、616b、616c充电。控制器650检测负载在负载功率端子656处提供的负载功率信号。将控制器650配置成根据负载功率信号在三种配置之一下操作功率供应设备600。如果负载功率信号低于第一负载功率阈值，保持开关652a和652b打开，电容器616a在功率输出端子612处提供输出功率信号。如果负载功率信号在第一负载功率阈值和第二功率阈值之间，那么闭合开关652a，打开开关652b，电容器616a和616b共同提供输出功率信号。如果负载功率信号超过第二功率阈值，那么闭合开关652a和652h，电容器616a、616b和616c共同提供输出功率信号。取决于负载功率信号，输出功率信号的电压可以等于三个电平中的任一个。可以将该原理扩展到更多电平，以提供具有四个或更多电压电平的输出功率信号。可以通过选择存储功率信号V1、V2和V3以及储能电容器616a、616b和616c的大小来配置电压电平。
接下来参考图7，图7示出了功率供应设备700。功率供应设备700具有拆开的轨结构。功率供应设备706具有四输出增压变换器，其提供四个存储功率信号Vh+、V1+、V1-和Vh-。存储功率信号分别对储能电容器716h+、7161+、7161-和716h-充电。开关752+和752-工作以控制功率输出端子738+处的正输出功率信号的电压和负功率输出端子738-处的负输出功率信号的电压。控制器750以类似于图5中的控制器450的方式工作，以控制开关752+和752-的工作。
参考图7、图8和图9。图8更详细地示出了控制器750。图9示出了控制器750和功率供应设备700的工作。
控制器750包括相位超前模块760、绝对值模块762、峰值检测器764和开关控制模块766。相位超前模块760耦合到音频输入端子724以接收音频输入信号770并提供音频输入信号的相位提前形式。绝对值模块762和峰值检测器764用于提供对应于相位提前音频输入信号的包络信号772。当信号的包络低于负载功率阈值Vt时，开关752+和752-打开，并且输出电压信号Vo+和Vo-具有V1+和V1-的幅值。当信号的包络超过Vt时，开关752+和752-闭合，并且输出电压信号Vo+和Vo-具有Vh+和Vh-的幅值。(Vh+等于电容器7161+和716h+两端的电压)。在图9中，以和音频输入信号及包络信号不同的比例绘制输出电压信号，以例示功率供应设备700的工作。在实践中，输出电压信号Vo+和Vo-的幅值比输入音频信号的包络至少大放大器720提供的放大因子倍。
接下来参考图10，图10示出了包括功率供应设备1000和音频放大模块1014的双通道音频放大电路。功率供应设备1000耦合到受限电源1002以在功率输入端子1004处接收输入功率信号。增压变换器1006提供用于对储能模块1008中的一个或多个储能元件进行充电的存储功率信号。
在音频输入端子10241和1024r处接收两个音频输入信号。将每个音频信号经自动增益控制(AGC)模块1076耦合到相应的放大器1020。每个AGC模块1076产生调节后的音频输入信号，在下文中将对其进行更详细的解释。每个放大器对其各自的调节后的输入音频信号进行放大并产生对应的放大音频信号。对应的扬声器1022再现放大的音频信号。每个放大器都由拆开模式的供电轨(power rail)V+和V-供电，其中所述供电轨V+和V-由跟踪型功率供应设备1078在功率输出端子1012+和1012-处产生。跟踪型功率供应设备1078接收调节后的输入音频信号并产生足够大的正负供电轨以为放大器供电。跟踪型功率供应设备1078可以如下方式工作：产生与具有最大幅值的调节后的输入音频信号相对应的包络信号，然后产生幅值比将由放大器1020产生的最大放大音频信号大的正负供电轨V+和V-。这样，使用单一的储能模块1008来为再现两个输入音频信号的两个放大器供电。一般地，两个输入音频信号对应于左音频信号和右音频信号，虽然未必一定是这样。
储能模块中的储能元件一般是电容器1016。在运行中，在负载1014从电容器1016汲取功率时，电容器1016两端的电压(即存储元件端子1038处的电压)可能会迅速下降。如果从电容器汲取出过多的功率，它们两端的电压会消失，结果，跟踪型功率供应设备1078(或结合功率供应设备300(图3)描述的减压变换器)无法将正负供电轨V+和V-维持在期望电平。这种情况最可能在放大的音频信号的幅值处于峰值期间发生，这可能会导致来自扬声器的再现声音被削减。AGC模块1076可以降低这种可能性。每个AGC模块对其各自的音频输入信号的幅值进行监测。每个AGC模块还监测存储元件端子1038处的电压。如果该电压下降到阈值以下，那么AGC可以减小调节后的音频信号的幅值，由此减小供电轨V+和V-的电压电平。当存储元件端子1038处的电压回到阈值以上时，AGC将停止减小调节后的输入信号的幅值。优选将AGC配置成足够迅速地动作，以便避免电容器2016上的电压消失；以及足够慢地动作，以便避免所得到的音频出现过大的音量变化。
放大电路1001中所示的自动增益控制器可以用于放大器100-700。类似地，放大电路1001中所示的跟踪型功率供应设备也可以耦合在其它功率供应设备中的存储元件端子和功率输出端子之间，以提供跟踪负载功率需求的输出功率信号。
在此仅以举例的方式描述了本发明。可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下对这些示例性实施例进行各种修改和变化，本发明的范围仅由所附权利要求限制。

Claims (12)

1、一种功率供应设备，包括：
-功率输入端子，用于从受限电源接收等于源电压的输入功率信号；
-用于存储能量的储能元件；
-增压变换器，其耦合到所述功率输入端子以接收所述输入功率信号，并用于向所述储能元件提供等于存储电压的存储功率信号，并且其中所述增压变换器将所述输入端子处的所述源电压与所述储能元件处的所述存储电压隔离开；
-功率输出端子；以及
-其中所述储能元件耦合到所述增压变换器以接收功率，并且其中所述储能元件耦合到所述输出端子以向负载提供输出功率信号。
2、根据权利要求1所述的功率供应设备，其中所述增压变换器包括用于测量所述输入功率信号的功率水平的源功率感测电路，并且所述增压变换器包括功率限制电路，用于在所述输入功率信号的所述功率水平超过阈值时降低所述输入功率信号的功率水平。
3、根据权利要求2所述的功率供应设备，其中基于所述受限电源的功率供应极限来选择所述阈值。
4、根据权利要求2所述的功率供应设备，其中所述阈值是所述受限电源的额定功率的一部分。
5、根据权利要求1所述的功率供应设备，其中所述增压变换器包括用于测量所述源电压的功率感测电路，并且所述增压变换器包括功率限制电路，用于在所述源电压下降到阈值以下时降低所述输入功率信号的功率水平。
6、根据权利要求1所述的功率供应设备，还包括耦合在所述储能元件和所述功率输出端子之间的减压变换器，其中所述减压变换器从所述储能元件接收等于所述存储电压的功率并在所述功率输出端子处提供等于供应电压的输出功率信号，其中所述存储电压高于所述供应电压。
7、一种功率供应设备，包括：
-功率输入端子；
-第一储能元件，用于存储等于第一存储电压的能量；
-第二储能元件，用于存储等于第二存储电压的能量；
-二输出增压变换器，其耦合到所述功率输入端子以从受限电源接收等于源电压的输入功率信号，并向所述第一储能元件提供等于所述第一存储电压的第一存储功率信号，并向所述第二储能元件提供等于第二存储电压的第二存储功率信号；
-功率输出端子，用于向负载提供输出功率信号，其中所述第一储能元件耦合到所述功率输出端子；
-负载输入信号端子；以及
-控制器，其耦合到所述负载输入信号端子以接收负载功率信号，并用于响应于所述负载功率信号来将所述第二储能元件选择性耦合到所述功率输出端子。
8、根据权利要求7所述的功率供应设备，还包括用于耦合所述第一储能元件和第二储能元件的开关，使得当所述开关打开时，所述第一储能元件提供所述输出功率信号，当所述开关闭合时，所述第一储能元件和第二储能元件二者提供所述输出功率信号，并且其中所述控制器通过闭合所述开关来将所述第二储能元件耦合到所述功率输出端子。
9、一种音频放大电路，包括：
-功率供应设备，包括：
-功率输入端子；
-增压变换器，其耦合到所述功率输入端子以从功率受限源接收等于源电压的输入功率信号；
-储能模块，其中所述增压变换器向所述储能模块提供存储功率信号；
-一个或多个功率输出端子；
-变换器；以及
-音频放大级，包括：
-一个或多个音频输入端子；
-一个或多个音频放大器，其中每个音频放大器耦合到所述功率输出端子以接收所述一个或多个输出功率信号，并耦合到所述音频输入端子之一，以接收对应的输入音频信号，并且其中所述音频放大级提供对应于每个输入音频信号的放大音频信号，
其中所述变换器耦合到：
-所述储能模块，以从所述增压变换器和所述储能模块汲取功率；
-所述音频输入端子，以接收所述输入音频信号；以及
-所述功率输出端子，以在每个所述功率输出端子处提供输出功率信号，其中每个所述功率输出端子处的所述输出功率信号的幅值至少部分由所述输入音频信号的幅值来确定。
10、根据权利要求9所述的音频放大电路，其中所述变换器是跟踪型功率变换器，并且其中所述功率变换器响应于最大的输入音频信号的幅值来产生所述输出功率信号。
11、根据权利要求10所述的音频放大电路，其中所述功率变换器产生对应于所述最大输入音频信号的包络的所述输出功率信号。
12、根据权利要求9所述的音频放大电路，其中所述功率变换器产生一对拆开的轨输出功率信号。
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