CN102611964B - 功率放大电路 - Google Patents

Abstract

一种功率放大电路，包括一信号输入端、一共模电压输入端、一功率管控制单元、一反馈回路、一驱动单元、一第一开关元件、一第二开关元件、一低通滤波器、一扬声器、一电源电压端及一接地端，所述功率管控制单元包括一运算放大器、一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关、一第六开关、一第七开关、一第八开关、一第九开关、一与所述第三开关及所述第四开关相连的第三开关元件、一与所述第五开关及所述第六开关相连的第四开关元件及一与所述第三开关元件及所述第四开关元件相连的比较器。本发明还提供一种功率放大系统。本发明可以同时实现CLASSAB放大器和CLASSD放大器的功能。

Description

功率放大电路

技术领域

本发明涉及一种放大电路及系统，尤指一种能够同时实现CLASS AB放大器和CLASS D放大器功能的功率放大电路及系统。 

背景技术

CLASS AB放大器与CLASS D放大器是现有技术中广泛应用于音频领域的两种功率放大器，均用于驱动扬声器、耳机及听筒等发声设备。 

CLASS AB放大器属于线性放大器，其应用简单，不需要过多的外部器件，且没有EMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰）的问题，因而广泛应用于各类手持设备；但是，CLASS AB放大器的工作效率低，在通常的应用中，其效率只有30%左右，所以有大部分的能量会转换为热能消耗在芯片内部，对于大功率的放大器来说往往需要额外的散热设备。现有技术中的CLASS AB放大器是通过运算放大器来驱动场效应管，进一步来驱动扬声器。 

CLASS D放大器属于开关类放大器，由于其存在EMI问题，往往限制其应用，但是CLASS D放大器具有效率高的优点，在通常的应用中，其效率在80%以上。现有技术中的CLASS D放大器是通过PWM/PDM（Pulse Width Modulation/pulse density modulation，脉冲宽度调制/脉冲密度调制）发生器将模拟信号转换为0和1的PWM/PDM信号，并通过驱动器放大PWM/PDM信号的驱动能力，以驱动场效应管，从而实现驱动扬声器。 

为了在MP3等手持设备的应用中即能做到播放音乐时间很长，又能在接受FM信号时不受到EMI的干扰，有必要提供一种能够同时实现CLASS AB放大器和CLASS D放大器的功能的功率放大电路及系统。 

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种能够同时实现CLASS AB放大器和CLASS D放大器的功能的功率放大电路及系统。 

一种功率放大电路，所述功率放大电路包括一信号输入端、一共模电压输入端、一与所述信号输入端及所述共模电压输入端相连的功率管控制单元、一与所述信号输入端及所述功率管控制单元相连的反馈回路、一与所述功率管控制单元相连的驱动单元、一与所述驱动单元相连的第一开关元件、一与所述驱动单元相连的第二开关元件、一与所述第一开关元件、所述第二开关元件及所述反馈回路相连的低通滤波器、一与所述低通滤波器相连的扬声器、一与所述功率管控制单元及所述第一开关元件相连的电源电压端及一与所述功率管控制单元、所述第二开关元件及所述扬声器相连的接地端，所述功率管控制单元包括一运算放大器、一与所述运算放大器相连的第一开关、一与所述运算放大器相连的第二开关、一与所述运算放大器相连的第三开关、一与所述第三开关相连的第四开关、一与所述运算放大器相连的第五开关、一与所述第五开关相连的第六开关、一与所述第一开关相连的第七开关、一与所述第二开关相连的第八开关、一与所述第六开关相连的第九开关、一与所述第三开关及所述第四开关相连的第三开关元件、一与所述第五开关及所述第六开关相连的第四开关元件及一与所述第三开关元件及所述第四开关元件相连的比较器。 

一种功率放大系统，所述功率放大系统包括一信号输入端、一共模电压输入端、一与所述信号输入端及所述共模电压输入端相连的功率管控制单元、一与所述信号输入端及所述功率管控制单元相连的反馈回路、一与所述功率管控制单元相连的驱动单元、一与所述驱动单元相连的第一开关元件、一与所述驱动单元相连的第二开关元件、一与所述第一开关元件、所述第二开关元件及所述反馈回路相连的低通滤波器、一与所述低通滤波器相连的扬声器、一与所述功率管控制单元及所述第一开关元件相连的电源电压端及一与所述功率管控制单元、所述第二开关元件及所述扬声器相连的接地端，所述功率管控制单元控制所述功率放大系统工作于一CLASS AB放大器的功能与一CLASS D放大器的功能之间的切换。 

相对现有技术，本发明功率放大电路及系统可以同时实现CLASS AB放大器和CLASS D放大器的功能，且不占用更多的面积，其大小和普通的CLASS D放大器的面积相同，本发明可在只驱动音乐时选择使用CLASS D放大器，而在接收FM和通信信号时选择使用CLASS AB放大器，从而实现了在MP3等手持设备的应用中即可以播放音乐时间很长，又在接收FM信号时不受到EMI的干扰。 

附图说明

图1为本发明功率放大系统较佳实施方式的系统架构图。 

图2为本发明功率放大电路较佳实施方式的电路图。 

具体实施方式

请参阅图1，本发明功率放大系统较佳实施方式包括一信号输入端、一共模电压输入端、一与该信号输入端及该共模电压输入端相连的功率管控制单元、一与该信号输入端及该功率管控制单元相连的反馈回路、一与该功率管控制单元相连的驱动单元、一与该功率管控制单元相连的第一开关元件、一与该功率管控制单元相连的第二开关元件、一与该第一开关元件、该第二开关元件及该反馈回路相连的低通滤波器、一与该低通滤波器相连的扬声器、一与该功率管控制单元及该第一开关元件相连的电源电压端及一与该功率管控制单元、该第二开关元件及该扬声器相连的接地端。 

请同时参阅图2，图2为本发明功率放大电路较佳实施方式的具体电路图。其中，该信号输入端为一信号输入端VIN，其用于输入一音频信号；该共模电压输入端为一共模电压输入端VCM，其用于输入一共模电压；该功率管控制单元包括一运算放大器AMP、一与该运算放大器AMP相连的第一开关s1、一与该运算放大器AMP相连的第二开关s2、一与该运算放大器AMP相连的第三开关s3、一与该第三开关s3相连的第四开关s4、一与该运算放大器AMP相连的第五开关s5、一与该第五开关s5相连的第六开关s6、一与该第一开关s1相连的第七开关s7、一与该第二开关s2相连的第八开关s8、一与该第六开关s6相连的第九开关s9、一与该第三开关s3及该第四开关s4相连的第三开关元件、一与该第五开关s5及该第六开关s6相连的第四开关元件及一与该第三开关元件及该第四开关元件相连的比较器COMP，该功率管控制单元用于控制该功率放大电路及系统工作于CLASS AB放大器的功能与CLASS D放大器的功能之间的切换；该反馈回路包括一第一电阻RF1及一与该第一电阻RF1相连的第二电阻RF2，该反馈回路用于调节该扬声器的声音大小；该驱动单元为一驱动器DRIVER，其用于驱动该扬声器的正常工作；该低通滤波器为一低通滤波器LPF，其用于截止高频信号通过，容许低频信号通过。在本实施方式中，该第一开关元件为一第一场效应管M1，该第二开关元件为一第二场效应管M2，该第三开关元件为一第三场效应管M3，该第四开关元件为一第四场效应管M4；在其它实施方式中，开关元件还可以为可以实现同样功能的开关元件或开关电路；该电源电压端为一电源电压端VDD；该接地端为一接地端GND。 

本发明功率放大电路的具体电路连接关系如下：该信号输入端VIN与该第一电阻RF1的一端相连，该第一电阻RF1的另一端与该第二电阻RF2的一端及该运算放大器AMP的一反相输入端相连，该共模电压输入端VCM与该运算放大器AMP的一正相输入端相连。该运算放大器AMP的一正相输出端outp与该第一开关s1的一端及该第三开关s3的一端相连，该第一开关s1的另一端与该第七开关s7的一端及该第一场效应管M1的栅极相连，该第三开关s3的另一端与该第四开关s4的一端及该第三场效应管M3的栅极相连。该运算放大器AMP的一反相输出端outn与该第二开关s2的一端及该第五开关s5的一端相连，该第二开关s2的另一端与该第八开关s8的一端及该第二场效应管M2的栅极相连，该第五开关s5的另一端与该第六开关s6的一端及该第四场效应管M4的栅极相连。该第三场效应管M3的漏极与该第四场效应管M4的漏极共同连接该比较器COMP的一正相输入端，该比较器COMP的一反相输入端用于接收一三角波信号ramp，该比较器COMP的一输出端与该驱动器DRIVER的一输入端及该第九开关s9的一端相连。该驱动器DRIVER的一第一输出端与该第七开关s7的另一端相连，该驱动器DRIVER的一第二输出端与该第八开关s8的另一端相连。该第一场效应管M1的漏极、该第二场效应管M2的漏极及该第二电阻RF2的另一端共同连接该低通滤波器LPF的一输入端，该低通滤波器LPF的一输出端与该扬声器的一输入端相连。该第一场效应管M1的源级、该第三场效应管M3的源级及该第四开关s4的另一端共同连接该电源电压端VDD，该第二场效应管M2的源级、该第四场效应管M4的源级、该第六开关s6的另一端、该第九开关s9的另一端及该扬声器的另一输入端共同连接该接地端GND。 

本发明功率放大电路及系统的工作原理如下： 

当该功率放大电路及系统工作于CLASS D放大器功能模式时，该功率管控制单元将接收到一用于将该功率放大电路及系统切换至CLASS D放大器功能模式的第一选择控制信号，使得该第一开关s1、该第二开关s2、该第四开关s4、该第六开关s6及该第九开关s9断开，该第三开关s3、该第五开关s5、该第七开关s7及该第八开关s8闭合，此时，该运算放大器AMP的正相输出端outp与反相输出端outn输出的信号将不直接驱动该第一场效应管M1与该第二场效应管M2，而是驱动该第三场效应管M3与该第四场效应管M4，该第三场效应管M3与该第四场效应管M4输出控制信号至该比较器COMP，该比较器COMP将接收到的信号与三角波信号ramp作比较后，产生一PWM信号至图2所示的电压端v2，电压端v2的电压通过该驱动器DRIVER驱动该第一场效应管M1与该第二场效应管M2，从而实现功率放大以驱动扬声器。

当该功率放大电路及系统工作于CLASS AB放大器功能模式时，该功率管控制单元将接收到一用于将该功率放大电路及系统切换至CLASS AB放大器功能模式的第二选择控制信号，使得该第一开关s1、该第二开关s2、该第四开关s4、该第六开关s6及该第九开关s9闭合，该第三开关s3、该第五开关s5、该第七开关s7及该第八开关s8断开，此时，电压端v2被拉至接地端GND，该驱动器DRIVER与该第一场效应管M1及该第二场效应管M2断开，该运算放大器AMP的正相输出端outp及反相输出端outn与该第三场效应管M3及该第四场效应管M4断开，使得该运算放大器AMP直接驱动该第一场效应管M1及该第二场效应管M2，从而实现功率放大以驱动扬声器。 

本发明功率放大电路及系统可以同时实现CLASS AB放大器和CLASS D放大器的功能，且不占用更多的面积，其大小和普通的CLASS D放大器的面积相同，本发明可在只驱动音乐时选择使用CLASS D放大器，而在接收FM和通信信号时选择使用CLASS AB放大器，从而实现了在MP3等手持设备的应用中即可以播放音乐时间很长，又在接收FM信号时不受到EMI的干扰。 

Claims (1)

1.一种功率放大电路，其特征在于：所述功率放大电路包括一信号输入端、一共模电压输入端、一与所述信号输入端及所述共模电压输入端相连的功率管控制单元、一与所述信号输入端及所述功率管控制单元相连的反馈回路、一与所述功率管控制单元相连的驱动单元、一与所述功率管控制单元相连的第一开关元件、一与所述功率管控制单元相连的第二开关元件、一与所述第一开关元件、所述第二开关元件及所述反馈回路相连的低通滤波器、一与所述低通滤波器相连的扬声器、一与所述功率管控制单元及所述第一开关元件相连的电源电压端及一与所述功率管控制单元、所述第二开关元件及所述扬声器相连的接地端，所述功率管控制单元包括一运算放大器、一与所述运算放大器相连的第一开关、一与所述运算放大器相连的第二开关、一与所述运算放大器相连的第三开关、一与所述第三开关相连的第四开关、一与所述运算放大器相连的第五开关、一与所述第五开关相连的第六开关、一与所述第一开关相连的第七开关、一与所述第二开关相连的第八开关、一与所述第六开关相连的第九开关、一与所述第三开关及所述第四开关相连的第三开关元件、一与所述第五开关及所述第六开关相连的第四开关元件及一与所述第三开关元件及所述第四开关元件相连的比较器；所述反馈回路包括一与所述信号输入端相连的第一电阻及一与所述第一电阻相连的第二电阻，所述第一开关元件为一第一场效应管，所述第二开关元件为一第二场效应管，所述第三开关元件为一第三场效应管，所述第四开关元件为一第四场效应管；所述信号输入端与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端及所述运算放大器的一反相输入端相连，所述共模电压输入端与所述运算放大器的一正相输入端相连；所述运算放大器的一正相输出端与所述第一开关的一端及所述第三开关的一端相连，所述第一开关的另一端与所述第七开关的一端及所述第一场效应管的栅极相连，所述第三开关的另一端与所述第四开关的一端及所述第三场效应管的栅极相连，所述运算放大器的一反相输出端与所述第二开关的一端及所述第五开关的一端相连，所述第二开关的另一端与所述第八开关的一端及所述第二场效应管的栅极相连，所述第五开关的另一端与所述第六开关的一端及所述第四场效应管的栅极相连；所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的漏极共同连接所述比较器的一正相输入端，所述比较器的一反相输入端用于接收一三角波信号，所述比较器的一输出端与所述驱动单元的一输入端及所述第九开关的一端相连；所述驱动单元的一第一输出端与所述第七开关的另一端相连，所述驱动单元的一第二输出端与所述第八开关的另一端相连，所述第一场效应管的漏极、所述第二场效应管的漏极及所述第二电阻的另一端共同连接所述低通滤波器的一输入端，所述低通滤波器的一输出端与所述扬声器的一输入端相连；所述第一场效应管的源级、所述第三场效应管的源级及所述第四开关的另一端共同连接所述电源电压端，所述第二场效应管的源级、所述第四场效应管的源级、所述第六开关的另一端、所述第九开关的另一端及所述扬声器的另一输入端共同连接所述接地端。