CN106301258A - 一种d类音频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种D类音频功率放大器，包括音频前置放大电路、三角波与SPWM信号产生电路、H桥驱动电路、开关功率放大电路、低通滤波器电路、H桥驱动电路控制电路、电流检测放大电路和隔离供电电源电路，通过上述电路之间的配合连接，本发明的一种D类音频功率放大器解决了现有D类音频功率放大器存在的频率响应范围窄、电源笨重、成本高、电路静噪以及信号串扰的问题，提升D类音频功率放大器品质，具有通用性、节能环保，采用普通电子元器件造价便宜，容易实现系列产品生产。

Description

一种D类音频功率放大器

技术领域

本发明涉及音频功率放大器技术领域，尤其涉及一种D类音频功率放大器。

背景技术

现有的音频功率放大器多数是甲乙类，D类音频功率放大器市面上还较为少见，主要是频率响应和抗干扰性能不如甲乙类，一般音频放大器频响为40Hz～16kHz，中档机为20Hz～20kHz，高档机为5Hz～40kHz，顶级机为2Hz～60kHz；市面上销售的D类音响功率放大器频率响应多数在20Hz～20kHz的中档机，其主要存在以下缺点：频率响应范围窄；采用双电源供电，电源笨重成本高；静态仍有输出宽度相同的宽脉冲，驱动电路未关闭会消耗一定的电能；驱动电路与三角波发生电路共用一个电源造成信号串扰问题。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种D类音频功率放大器，解决了现有D类音频功率放大器存在的频率响应范围窄、电源笨重、成本高、电路静噪以及信号串扰的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种D类音频功率放大器，包括音频前置放大电路、三角波与SPWM信号产生电路、H桥驱动电路、开关功率放大电路、低通滤波器电路、H桥驱动电路控制电路、电流检测放大电路和隔离供电电源电路，所述音频前置放大电路分别与三角波与SPWM信号产生电路、H桥驱动电路控制电路、隔离供电电源电路电连接，所述三角波与SPWM信号产生电路还分别与H桥驱动电路、H桥驱动电路控制电路、隔离供电电源电路电连接，所述H桥驱动电路还分别与H桥驱动电路控制电路、开关功率放大电路、隔离供电电源电路电连接，所述开关功率放大电路还分别与低通滤波器电路、电流检测放大电路、隔离供电电源电路电连接，所述电流检测放大电路还分别与H桥驱动电路控制电路、隔离供电电源电路电连接，所述H桥驱动电路控制电路还与隔离供电电源电路电连接。

进一步的，所述音频前置放大电路包括双PWM控制器IC2、滑动变阻器RP4、电容C7、电容C17、电容C23、电容C28、电容C30、电容C31、电容C86、电阻RP2、电阻R15、电阻R16、电阻R19、电阻R23、电阻R24、电阻R26、电阻R27，所述双PWM控制器IC2采用UC3637芯片，所述电容C7、电容C17、电容C23、电容C28、电容C86均为无极性电容，所述电容C30、电容C31和电容C13均为电解电容，所述双PWM控制器IC2的+E/A端分别与电阻R16、电阻R24、电阻R27、C86的第一端电连接，所述电阻R27的第二端还分别与电容C28的第一端、电容C31的正极电连接，所述电容C28的第二端与电容C31的负极电连接，所述电容C28的第二端还连接有音频信号输入，所述电阻R16的第二端分别与电阻R15的第一端以及隔离供电电源的+12V13端电连接，所述电阻R15的第二端分别与电阻R19、电阻R23、电容C17、电容C23的第一端电连接，所述电阻R15的第二端还连接有双PWM控制器IC2的-E/A端，所述电阻R23的第二端与滑动变阻器RP4第一端电连接，所述电容C23的第二端与电阻R26的第一端电连接，所述电阻R26的第二端分别与滑动变阻器RP4的第一端、电容C30的正极电连接，所述双PWM控制器IC2的+E/AOUT端分别与电阻RP2的第一端、电容C17的第二端、电容C7的第一端电连接以及H桥驱动电路控制电路电连接，所述电阻R24的第二端、电阻RP2的第二端、滑动变阻器RP4的第二端、电容C30的负极端、电容C7的第二端分别与地端GND14电连接。

进一步的，所述三角波与SPWM信号产生电路包括双PWM控制器IC2及三角波与SPWM信号产生外围电路，所述三角波与SPWM信号产生外围电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R12、电阻R14、电阻R18、电阻R20、电阻R25、电容C11、电容C18、电容C19、电容C24和滑动变阻器RP3，所述电容C18、电容C19、电容C24为无极性电容，所述电容C11为电解电容，所述双PWM控制器IC2的ISET端依次通过滑动变阻器RP3、电阻R25串联后与地端GND14电连接，所述双PWM控制器IC2的CT端与电容C19的第一端电连接，C19的第二端与地端GND14电连接，所述双PWM控制器IC2的CT端还分别与-AIN端、+BIN端电连接；所述双PWM控制器IC2的+VTH端与+VS端通过电阻R6电连接，所述双PWM控制器IC2的+VTH端与地端通过电容C24电连接，所述双PWM控制器IC2的+VTH端与-VTH之间通过电阻R14电连接，所述双PWM控制器IC2的-VTH端与地端GND14之间分别通过电容C18、电阻R20电连接，所述双PWM控制器IC2的-VS端与地端GND14电连接；所述双PWM控制器IC2的-BIN端与电源端+VS端通过电阻R7电连接，所述双PWM控制器IC2的-BIN端还与电阻R8的第一端电连接，所述电阻R8的第二端与电阻R12的第一端电连接，所述R12的第二端与双PWM控制器IC2的+AIN端电连接，所述R12的第二端与地端GND14通过电阻R18电连接，所述电阻R8的第二端与音频前置放大电路的电容C11的正极端电连接，所述双PWM控制器IC2的AOUT端、BOUT端分别与H桥驱动电路电连接。

进一步的，所述H桥驱动电路包括驱动芯片IC1、驱动芯片IC3其H桥驱动外围电路，所述驱动芯片IC1及驱动芯片IC3采用IR2110驱动芯片，所述H桥驱动外围电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R9、电阻R11、电阻R17、电阻R21、电阻R28、电容C3、电容C5、电容C8、电容C10、电容C14、电容C15、电容C20、电容C25、电容C29、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，所述电容C3、电容C5、电容C10、电容C22、均为电解质电容，所述电容C8、电容C14、电容C15、电容C20、电容C25、电容C29为无极性电容，所述驱动芯片IC1的VDD端与地端GND11之间分别连接电容C3和电容C14，所述驱动芯片IC3的VDD端与地端GND11之间分别电连接电容C5和电容C25，所述驱动芯片IC1通过电阻R1与隔离供电电源电路电连接，所述驱动芯片IC3通过电阻R3与隔离供电电源电路电连接，所述驱动芯片IC1的LIN端和驱动芯片IC3的HIN端分别通过电阻R17与双PWM控制器IC2的AOUT端电连接，所述驱动芯片IC1的HIN端和驱动芯片IC3的LIN端分别通过电阻R11与双PWM控制器IC2的BOUT端电连接，所述驱动芯片IC1的SD端和驱动芯片IC3的SD端分别与双PWM控制器IC2的SHUTDOWN端以及H桥驱动电路控制电路电连接，所述驱动芯片IC1的VSS端、COM端和驱动芯片IC1的VSS端、COM端分别与地端GND11电连接，所述驱动芯片IC1的VDD端与驱动芯片IC1的VCC端电连接，所述驱动芯片IC1的VDD端通过二极管D1分别与驱动芯片IC1的VB端以及电容C10的正极端电连接，所述电容C10的负极端与驱动芯片IC1的VS端电连接，所述驱动芯片IC3的VSS端和驱动芯片IC3的VSS端分别与地端GND11电连接，所述驱动芯片IC3的VDD端与驱动芯片IC3的VCC端电连接，所述驱动芯片IC3的VDD端通过二极管D4分别与驱动芯片IC3的VB端以及电容C22的正极端电连接，所述电容C22的负极端与驱动芯片IC3的VS端电连接，所述电阻R4、电容C8和二极管D2并联连接，所述二极管D2的负极端与驱动芯片IC1的HO端电连接，所述电阻R9、电容C15和二极管D3并联连接，所述二极管D3的负极端与驱动芯片IC1的LO端电连接，所述电阻R21、电容C20和二极管D5并联连接，所述二极管D5的负极端与驱动芯片IC3的HO端电连接，所述电阻R28、电容C29和二极管D6并联连接，所述二极管D6的负极端与驱动芯片IC3的LO端电连接，所述电容C10的负极端、电容C22的负极端、二极管D2的正极端、二极管D3的正极端、二极管D5的正极端、二极管D6的正极端分别与开关功率放大电路电连接。

进一步的，所述H桥驱动电路控制电路包括运算放大器IC4及驱动控制外围电路，所述驱动控制外围电路包括电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R42、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C37、电容C39、电容C40、电容C41、电容C42、电容C92、二极管D7、二极管D9和滑动变阻器RP5，所述运算放大器IC4采用LM358芯片，所述电容C33、电容C34、电容C39、电容C40、电容C41、电容C92为无极性电容，所述电容C32、电容C35、电容C37、电容C42为电解电容，所述运算放大器IC4的1IN+端和地端GND14之间分别电连接电容C40和电阻R47，所述运算放大器IC4的1IN+端与电容C37的正极端电连接，所述C37的第二端与电阻R41的第二端电连接，所述电阻R41的第一端连接有前置音频放大电路输出端，所述运算放大器IC4的1IN+端与VCC端之间电连接电阻R33，所述运算放大器IC4的1IN+端与地端GND1之间电连接电阻R47；所述运算放大器IC4的1IN-端与VCC端之间电连接电阻R32，所述运算放大器IC4的1IN-端与地端GND14之间电连接电阻R44，所述算放大器IC1的1IN-端分别电连接电阻R36的第一端、电阻R43的第一端、二极管D9的正极端、电容C34的第一端，所述电阻R36两端并联连接电容C34，所述电阻R36第二端与电连接电阻R30，所述电阻R36第二端电连接二极管D7负极端，所述二极管D7正极端与二极管D9的负极端电连接，所述二极管D7正极端与运算放大器IC4的1OUT端电连接；所述电阻R43的第二端与运算放大器IC4的VCC端之间电连接电容C92，所述运算放大器IC4的2IN+端与VCC端之间电连接电阻R34，所述运算放大器IC4的2IN+端与电阻R49的第一端电连接，所述电阻R49的第二端与地端之间电连接滑动变阻器RP5；所述运算放大器IC4的2IN-端与VCC端之间电连接电阻R35，所述运算放大器IC4的2IN-端与地端GND14之间分别电连接电阻R45、电容C35和电容C41，所述运算放大器IC4的2IN+端与2OUT端之间电连接电容C39，所述述运算放大器IC4的2OUT端与电阻R48的第一端电连接，所述电阻R48的第二端与运算放大器IC4的VCC端之间分别电连接电阻R50和电容C42，所述电阻R48的第二端与地端GND14之间电连接电阻R46，所述运算放大器IC4的VCC端与地端之间分别电连接电容C32和电容C33，所述运算放大器IC4的VCC端通过电阻R31连接有直流电源，所述电阻R48的第二端分别电连接H桥驱动电路和三角波与SPWM信号产生电路的双PWM控制器IC2的SHUTDOWN端。

进一步的，所述电流检测放大电路包括运算放大器IC5及电流检测外围电路，所述电流检测外围电路包括电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R51、电阻R52、电阻R2、电容C36和滑动变阻器RP1，所述运算放大器IC5采用LM358芯片，所述电容C36为电解电容，所述运算放大器IC5的1OUT端通过电阻R42与运算放大器IC4的2IN-端电连接，所述运算放大器IC5的1IN-端与2OUT端之间电连接电阻R52，所述运算放大器IC5的IN+端与电阻R39的第一端电连接，所述电阻R39的第二端与地端GND14之间电连接电阻R40，所述电阻R39的第二端与运算放大器IC5的VCC端之间电连接电阻R38，所述运算放大器IC5的2IN-端与2OUT端之间电连接滑动变阻器RP1，所述运算放大器IC5的2IN-端与地端之间电连接电阻R51，所述运算放大器IC5的2IN+端与地端GND13之间电连接电容C36，所述运算放大器IC5的2IN+端与电阻R37的第一端电连接，所述电阻R37的第二端电连接开关功率放大电路。

更进一步的，所述隔离供电电源电路包括共模电感L2、共模电感L15，电感L1、电容C4、电容C88，电容C6、电容C89，电容C27、二极管D19、稳压二极管D21，所述电容C4、电容C88为电解质电容，所述电容C6、电容C89为无极性电容，所述共模电感L2的第一端与地端GND11电连接，所述共模电感L2的第二端与电源+12V11电连接，所述共模电感L2的第二端还与H桥驱动电路电连接，所述稳压二极管D21正极端与地端GND11电连接，所述稳压二极管D21负极端与共模电感L2第二端电连接，所述共模电感L2第三端与电解电容C4正极端、电容C6第一端电连接，所述共模电感L2第四端与电解电容C4负极端、电容C6第二端电连接，所述共模电感L2第三端、第四端还分别与所述共模电感L15第二端、第一端电连接，所述共模电感L15第三端分别与电解电容C88正极端、电容C89第一端电连接，所述共模电感L15第四端分别与电解电容C88负极端、电容C89第二端电连接并与接地端GND14电连接，所述共模电感L15第三端分别与音频前置放大电路电连接、三角波与SPWM信号产生电路H桥驱动电路控制电路、电流检测与放大电路电连接，所述二极管D19的正极端与地端GND13电连接，所述二极管D19的负极端与电源+70V1电连接，所述二极管D19的负极端还与开关功率放大电连接，所述地端GND11和地端GND13之间分别电连接电感L13和电容C27。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明D类音频功率放大器，通过音频前置放大电路拓宽了音频功率放大器的频率响应范围，其低频端在1Hz以下，高频端在60kHz以上，解决了D类音频功率放大器单极性电源供电超低频阻容耦合困难，耦合电容性能要求极高的问题；使D类音频功率放大器从中高档次提高到顶级档次；进一步的，通过H桥驱动电路控制电路解决了D类音频功率放大器待机时能量消耗的问题，并起静噪的作用；进一步的，利用电流检测放大电路，对开关功率放大电路输出端电流进行检测，当开关功率放大电路输出端电流过大时控制驱动电路关断，进行过流保护；进一步的，对H桥驱动电路和三角波与SPWM发生电路隔离供电，解决了信号串扰的问题。本发明具有体积小和重量轻的优点，其体积和重量约为同功率AB类功放的1/5；采用普通电子元器件，造价为同类产品的2/3以下；具有通用性、节能环保，容易实现系列产品生产。

附图说明

图1是本发明的电路连接框图；

图2是本发明的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参考图1、图2，本实施例提供一种D类音频功率放大器，包括音频前置放大电路、三角波与SPWM信号产生电路、H桥驱动电路、开关功率放大电路、低通滤波器电路、H桥驱动电路控制电路、电流检测放大电路和隔离供电电源电路，所述音频前置放大电路分别与三角波与SPWM信号产生电路、H桥驱动电路控制电路、隔离供电电源电路电连接，所述三角波与SPWM信号产生电路还分别与H桥驱动电路、H桥驱动电路控制电路、隔离供电电源电路电连接，所述H桥驱动电路还分别与H桥驱动电路控制电路、开关功率放大电路、隔离供电电源电路电连接，所述开关功率放大电路还分别与低通滤波器电路、电流检测放大电路、隔离供电电源电路电连接，所述电流检测放大电路还分别与H桥驱动电路控制电路、隔离供电电源电路电连接，所述H桥驱动电路控制电路还与隔离供电电源电路电连接。

所述音频前置放大电路包括双PWM控制器IC2、滑动变阻器RP4、电容C7、电容C17、电容C23、电容C28、电容C30、电容C31、电容C86、电阻RP2、电阻R15、电阻R16、电阻R19、电阻R23、电阻R24、电阻R26、电阻R27，所述电容C7、电容C17、电容C23、所述双PWM控制器IC2采用UC3637芯片，所述双PWM控制器IC2采用UC3637芯片，UC3637芯片的部包含有一个三角波振荡器，误差放大器，两个PWM比较器，输出控制门，逐个脉冲限流比较器等。可单电源或双电源工作，工作电压范围±2.5～20V，特别有利于双极性调制；双路PWM信号，图腾柱输出，供出或吸收电流能力100mA；逐个脉冲限流；内藏线性良好的恒幅三角波振荡器；欠压封锁；有温度补偿；2.5V阈值控制；有一个高速、带宽为1MHz、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。所述电容C7、电容C17、电容C23、电容C28、电容C86均为无极性电容，所述电容C11、电容C30、电容C31和电容C13均为电解电容，所述双PWM控制器IC2的+E/A端分别与电阻R16、电阻R24、电阻R27、C86的第一端电连接，所述电阻R27的第二端还分别与电容C28的第一端、电容C31的正极电连接，所述电容C28的第二端与电容C31的负极电连接，所述电容C28的第二端还连接有音频信号输入，所述电阻R16的第二端分别与电阻R15的第一端以及隔离供电电源+12V13电连接，所述电阻R15的第二端分别与电阻R19、电阻R23、电容C17、电容C23的第一端电连接，所述电阻R15的第二端还连接有双PWM控制器IC2的-E/AOUT端，所述电阻R23的第二端与滑动变阻器RP4第一端电连接，所述电容C23的第二端与电阻R26的第一端电连接，所述电阻R26的第二端分别与滑动变阻器RP4的第一端、电容C30的正极端电连接，所述双PWM控制器IC2的+E/A端分别与电阻RP2的第一端、电容C11的负极、电容C17的第二端、电容C7的第一端电连接以及H桥驱动电路控制电路电连接，所述电容C11的正极连接三角波与SPWM信号发生电路，所述电阻R24的第二端、电阻RP2的第二端、滑动变阻器RP4的第二端、电容C30的负极、电容C7的第二端分别与地端GND14电连接。该电路作为D类功放的音频前置放大电路，具有频带响应宽、高保真、低噪声特点。采用瓷介质电容C23、C86进行高频提升，使电路上限截止频率近1MHz，采用旁路电容C30，提高超低频增益，使下限频率低于0.16Hz，采用超低值瓷介质电容C17进行高频负反馈，降低高频噪声增益，采用低值瓷介质电容C7滤波，使信号波形更加光滑漂亮。采用固定偏置，调节RP4，使输出端电压为供电电压的一半，若信号源幅度过小时，可以适当增加R19的阻值；若信号源幅度过大时，可以适当减小R19的阻值，确保放大器工作在线性区。

所述三角波与SPWM信号产生电路包括三角波发生电路与SPWM信号产生电路。所述三角波发生电路包括双PWM控制器IC2及三角波外围电路，所述双PWM控制器IC2采用UC3637芯片，所述三角波外围电路包括电阻R6、电阻R14、电阻R20、电阻R25、电容C18、电容C19、电容C24、电容C18、滑动变阻器RP3；所述SPWM信号发生电路包括双PWM控制器IC2及SPWM信号外围电路，所述SPWM信号外围电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R12、电阻R18、电容C11、电容C19、电容C32、滑动变阻器POT2；所述电容C18、电容C19、电容C24为无极性电容，所述电容C11为电解电容。所述音频前置放大电路、三角波发生电路和SPWM信号发生电路共用双PWM控制器IC2。利用UC3637作为音频前置放大器、三角波的产生和SPWM信号的产生电路，具有外围元件少，性能稳定，调试方便等优点。所述双PWM控制器IC2的ISET端依次通过滑动变阻器RP3、电阻R25串联后与地端GND14电连接，所述双PWM控制器IC2的CT端与电容C19的第一端电连接，C19的第二端与地端GND14电连接，所述双PWM控制器IC2的CT端还分别与-AIN端、+BIN端电连接；所述双PWM控制器IC2的+VTH端与+VS端通过电阻R6电连接，所述双PWM控制器IC2的+VTH端与地端通过电容C24电连接，所述双PWM控制器IC2的+VTH端与-VTH之间通过电阻R14电连接，所述双PWM控制器IC2的-VTH端与地端GND14之间分别通过电容C18、电阻R20电连接，所述双PWM控制器IC2的-VS端与地端GND14电连接；所述双PWM控制器IC2的-BIN端与电源端+VS端通过电阻R7电连接，所述双PWM控制器IC2的-BIN端还与电阻R8的第一端电连接，所述电阻R8的第二端与电阻R12的第一端电连接，所述电阻R12的第二端与双PWM控制器IC2的+AIN端电连接，所述R12的第二端与地端GNG14通过电阻R18电连接，所述电阻R8的第二端与音频前置放大电路的电容C11的正极端电连接，所述双PWM控制器IC2的AOUT端、BOUT端分别与H桥驱动电路电连接。

所述三角波外围电路的电容C19为定时电容，调节滑动变阻器RP3可以调节三角波振荡频率，电阻R6、电阻R14、电阻R20为门限电平分压电阻，电阻R14为较大电阻使三角波幅度尽可能大些，以减小过调制失真，电容C18、电容C24为抗高频干扰电容。所述SPWM信号产生电路可以直接将高频三角波信号与低频音频正弦波信号进行比较产生两路SPWM信号分别由双PWM控制器IC2的AOUT端口和BOUT端口输出，实现音频信号数字化。电阻R7、电阻R8、电阻R12、电阻R18为正弦波电平转移电阻。电阻R8、电阻R12为死区控制电阻，太大时造成音频失真，太小时影响输出MOS管工作的安全，因此要折中考虑，这里取2.2kΩ电阻。在比较器中产生两路SPWM信号，在输出控制门逐个脉冲限流比较器比较后从双PWM控制器IC2的AOUT端口和BOUT端口输出。是否输出受双PWM控制器IC2的SHUTDOWN端控制，当双PWM控制器IC2的SHUTDOWN端为高电平时，禁止输出；当双PWM控制器IC2的SHUTDOWN端为低电平时，允许输出。电阻R11、电阻R17为隔离电阻，减小前后级的影响，太大时会引起SPWM失真，太小时不利于前后级隔离。

所述H桥驱动电路包括驱动芯片IC1、驱动芯片IC3其H桥驱动外围电路，所述驱动芯片IC1及驱动芯片IC3采用IR2110驱动器，IR2001芯片，采用IR2110为驱动电路，具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达600V，在15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端电压范围10～20V；逻辑电源电压范围3.3～20V，可方便地与TTL或CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高，可达500kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A，外围元件少，电路简单，可以方便地实现大功率的D类音频功率放大器制作。所述H桥驱动外围包括电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R9、电阻R11、电阻R17、电阻R21、电阻R28、电容C3、电容C5、电容C8、电容C10、电容C14、电容C15、电容C20、电容C25、电容C29、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，所述电容C3、电容C5、电容C10、电容C22均为电解质电容，所述电容C8、C14、电容C15、电容C20、电容C25、电容C29为无极性电容，所述驱动芯片IC1的VDD端与地端GND11之间分别连接电容C3和电容C14，所述驱动芯片IC3的VDD端与地端GND11之间分别电连接电容C5和电容C25，所述驱动芯片IC1通过电阻R1与隔离供电电源电路电连接，所述驱动芯片IC3通过电阻R3与隔离供电电源电路电连接，所述驱动芯片IC1的LIN端和驱动芯片IC3的HIN端分别通过电阻R17与双PWM控制器IC2的AOUT端电连接，所述驱动芯片IC1的HIN端和驱动芯片IC3的LIN端分别通过电阻R11与双PWM控制器IC2的BOUT端电连接，所述驱动芯片IC1的SD端和驱动芯片IC3的SD端分别与双PWM控制器IC2的SHUTDOWN端以及H桥驱动电路控制电路电连接，所述驱动芯片IC1的VSS端、COM端和驱动芯片IC1的VSS端、COM端分别与地端GND11电连接，所述驱动芯片IC1的VDD端与驱动芯片IC1的VCC端电连接，所述驱动芯片IC1的VDD端通过二极管D1分别与驱动芯片IC1的VB端以及电容C10的正极端电连接，所述电容C10的负极端与驱动芯片IC1的VS端电连接、所述驱动芯片IC3的VSS端和驱动芯片IC3的VSS端分别与地端GND11电连接，所述驱动芯片IC3的VDD端与驱动芯片IC3的VCC端电连接，所述驱动芯片IC3的VDD端通过二极管D4分别与驱动芯片IC3的VB端以及电容C22的正极端电连接，所述电容C22的负极端与驱动芯片IC3的VS端电连接，所述电阻R4、电容C8和二极管D2并联连接，所述二极管D2的负极端与驱动芯片IC1的HO端电连接，所述电阻R9、电容C15和二极管D3并联连接，所述二极管D3的负极端与驱动芯片IC1的LO端电连接，所述电阻R21、电容C20和二极管D5并联连接，所述二极管D5的负极端与驱动芯片IC3的HO端电连接，所述电阻R28、电容C29和二极管D6并联连接，所述二极管D6的负极端与驱动芯片IC3的LO端电连接，所述电容C10的负极端、电容C22的负极端、二极管D2的正极端、二极管D3的正极端、二极管D5的正极端、二极管D6的正极端分别与开关功率放大电路电连接，分别驱动开关功率放大电路的场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4按驱动信号SPWM波交替导通，输出功率放大的SPWM波。二极管D1、电容C10及二极管D4、电容C22分别为升压二极管和自举电容，电阻R1、电容C3、电容C14和电阻R3、电容C5、电容C25为电源去耦电路，减小各部分之间的电源干扰。电阻R4、电阻R9、电阻R21、电阻R28为隔离电阻，太大时会使脉冲前沿时间过长，增加损耗，太小时会使电流开关管过激振荡，电容C8、电容C15、电容C20、电容C29为正向加速电容，二极管D2、二极管D3、二极管D5、二极管D6为反向泄放二极管。电阻R5、电阻R10、电阻R22、电阻R29为放电电阻，电阻R2为电流取样电阻，上述器件为提高效率而设置。电阻R37为隔离电阻。改变输出效应管型号和电源电压可以方便实现不同输出功率的要求，无需改变其他器件参数，也无需考虑阻抗匹配的问题。

所述低通滤波器主要用来还原调制信号，是整个电路频率响应设计的关键。选用4阶T型巴特沃兹结构，由电感L4、电感L5、电感L10、电感L11、电容C11、电容C12组成。电容C16、电阻R13组成移相电路，实现感性负载功率因数补偿作用。

所述H桥驱动电路控制电路包括运算放大器IC4及驱动控制外围电路，所述驱动控制外围电路包括电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R42、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C37、电容C39、电容C40、电容C41、电容C42、电容C92、二极管D7、二极管D9和滑动变阻器RP5，所述电容C33、电容C34、电容C39、电容C40、电容C41、电容C92为无极性电容，所述电容C32、电容C35、电容C37、电容C42为电解电容，所述运算放大器IC4的1IN+端与地端GND14之间分别电连接电容C4和电阻R47，所述运算放大器IC4的1IN+端与电容C37的正极端电连接，所述C37的第二端与电阻R41的第二端电连接，所述电阻R41的第一端连接有前置音频放大电路输出端，所述运算放大器IC4的1IN+端与VCC端之间电连接电阻R33，所述运算放大器IC4的1IN+端与地端GND14之间电连接电阻R47；所述运算放大器IC4的1IN-端与VCC端之间电连接电阻R32，所述运算放大器IC4的1IN-端与地端GND14之间电连接电阻R44，所述算放大器IC1的1IN-端分别电连接电阻R36的第一端、电阻R43的第一端、二极管D9的正极端、电容C34的第一端，所述电阻R36两端并联连接电容C34，所述电阻R36第二端与电连接电阻R30，所述电阻R36第二端电连接二极管D7负极端，所述二极管D7正极与二极管D9的负极端电连接，所述二极管D7正极端与运算放大器IC4的1OUT端电连接；所述电阻R43的第二端与运算放大器IC4的VCC端之间电连接电容C92。所述运算放大器IC4的2IN+端与VCC端之间电连接电阻R34，所述运算放大器IC4的2IN+端与电阻R49的第一端电连接，所述电阻R49的第二端与地端之间电连接滑动变阻器RP5；所述运算放大器IC4的2IN-端与VCC端之间电连接电阻R35，所述运算放大器IC4的2IN-端与地端GND14之间分别电连接电阻R45、电容C35和电容C41，所述运算放大器IC4的2IN+端与2OUT端之间电连接电容C39，所述述运算放大器IC4的2OUT端与电阻R48的第一端电连接，所述电阻R48的第二端与运算放大器IC4的VCC端之间分别电连接电阻R50和电容C42，所述电阻R48的第二端与地端GND14之间电连接电阻R46，所述运算放大器IC4的VCC端与地端GND14之间分别电连接电容C32和电容C33，所述运算放大器IC4的VCC端通过电阻R31连接有直流电源+12V13，所述电阻R48的第二端分别电连接H桥驱动电路和三角波与SPWM信号产生电路的双PWM控制器IC2的SHUTDOWN端。当有音频信号输入时控制H桥驱动电路开通，当没有音频信号输入时通过音频检测与控制H桥驱动电路关闭，音频功率放大器在静态时确保不消耗能量，并起静噪作用，提高效率。

所述电流检测放大电路所述电流检测放大电路包括运算放大器IC5及电流检测外围电路，所述电流检测外围电路包括电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R51、电阻R52、电阻R2、电容C36和滑动变阻器RP1，所述电容C36为电解电容，所述运算放大器IC5的1OUT端通过电阻R42与运算放大器IC4的2IN-端电连接，所述运算放大器IC5的1IN-端与2OUT端之间电连接电阻R52，所述运算放大器IC5的IN+端与电阻R39的第一端电连接，所述电阻R39的第二端与地端GND14之间电连接电阻R40，所述电阻R39的第二端与运算放大器IC5的VCC端之间电连接电阻R38，所述运算放大器IC5的2IN-端与2OUT端之间电连接滑动变阻器RP1，所述运算放大器IC5的2IN-端与地端之间电连接电阻R51，所述运算放大器IC5的2IN+端与地端GND13之间电连接电容C36，所述运算放大器IC5的2IN+端与电阻R37的第一端电连接，所述电阻R37的第二端电连接开关功率放大电路。对开关功率放大电路的输入电流进行检测，当开关功率放大电路的输入电流过大时，运算放大器IC5的1OUT端输出低电平，使运算放大器IC4的2OUT端输出高电平，关断H桥驱动电路和开关功率放大电路输出，具有过流保护的功能。

为了减小干扰，采用隔离供电电源电路分别对H桥驱动电路和三角波发生电路供电，所述隔离供电电源电路包括共模电感L2、共模电感L15，电感L1、电容C4、电容C88，电容C6、电容C89，电容C27、二极管D19、稳压二极管D21，所述电容C4、电容C88为电解质电容，所述电容C6、电容C89为无极性电容，所述共模电感L2的第一端与地端GND11电连接，所述共模电感L2的第二端与电源+12V11电连接，所述共模电感L2的第二端还与H桥驱动电路电连接，所述稳压二极管D21正极端与地端GND11电连接，所述稳压二极管D21负极端与共模电感L2第二端电连接，所述共模电感L2第三端与电解电容C4正极端、电容C6第一端电连接，所述共模电感L2第四端与电解电容C4负极端、电容C6第二端电连接，所述共模电感L2第三端、第四端还分别与所述共模电感L15第二端、第一端电连接，所述共模电感L15第三端分别与电解电容C88正极端、电容C89第一端电连接，所述共模电感L15第四端分别与电解电容C88负极端、电容C89第二端电连接并与接地端GND14电连接，所述共模电感L15第三端分别与音频前置放大电路电连接、三角波与SPWM信号产生电路H桥驱动电路控制电路、电流检测与放大电路电连接，所述二极管D19的正极端与地端GND13电连接，所述二极管D19的负极端与电源+70V1电连接，所述二极管D19的负极端还与开关功率放大电连接，所述地端GND11和地端GND13之间分别电连接电感L13和电容C27。由于H桥驱动电路地有较大电流波动(峰峰值达8Vpp以上)，将直接影响三角波发生电路工作的稳定性，造成严重干扰，必须将地线干扰减小到最小程度，采用两级共模电感L2、L15实现了三角波发生电路与H桥驱动电路的隔离，使波动信号降低到200mVpp以下，此电路是提高整机性能的关键所在，使D类功放性能指标产生质的飞跃。D21为稳压二极管，是为了防止电源极性接反和防止输入电压过高而设置的，D19是防止电源极性接反而设的。电感L13、电容C27组成电感LC并联谐振电路，GND13和GND14的隔离，减小脉动干扰，而对直流电位没有影响，解决了H桥驱动电路与三角波信号发生电路共用一个电源造成信号串扰问题。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种D类音频功率放大器，其特征在于：包括音频前置放大电路、三角波与SPWM信号产生电路、H桥驱动电路、开关功率放大电路、低通滤波器电路、H桥驱动电路控制电路、电流检测放大电路和隔离供电电源电路，所述音频前置放大电路分别与三角波与SPWM信号产生电路、H桥驱动电路控制电路、隔离供电电源电路电连接，所述三角波与SPWM信号产生电路还分别与H桥驱动电路、H桥驱动电路控制电路、隔离供电电源电路电连接，所述H桥驱动电路还分别与H桥驱动电路控制电路、开关功率放大电路、隔离供电电源电路电连接，所述开关功率放大电路还分别与低通滤波器电路、电流检测放大电路、隔离供电电源电路电连接，所述电流检测放大电路还分别与H桥驱动电路控制电路、隔离供电电源电路电连接，所述H桥驱动电路控制电路还与隔离供电电源电路电连接。

2.根据权利要求1所述的一种D类音频功率放大器，其特征在于：所述音频前置放大电路包括双PWM控制器IC2、滑动变阻器RP4、电容C7、电容C17、电容C23、电容C28、电容C30、电容C31、电容C86、电阻RP2、电阻R15、电阻R16、电阻R19、电阻R23、电阻R24、电阻R26、电阻R27，所述双PWM控制器IC2采用UC3637芯片，所述电容C7、电容C17、电容C23、电容C28、电容C86均为无极性电容，所述电容C30、电容C31和电容C13均为电解电容，所述双PWM控制器IC2的+E/A端分别与电阻R16、电阻R24、电阻R27、C86的第一端电连接，所述电阻R27的第二端还分别与电容C28的第一端、电容C31的正极电连接，所述电容C28的第二端与电容C31的负极电连接，所述电容C28的第二端还连接有音频信号输入，所述电阻R16的第二端分别与电阻R15的第一端以及隔离供电电源的+12V13端电连接，所述电阻R15的第二端分别与电阻R19、电阻R23、电容C17、电容C23的第一端电连接，所述电阻R15的第二端还连接有双PWM控制器IC2的-E/A端，所述电阻R23的第二端与滑动变阻器RP4第一端电连接，所述电容C23的第二端与电阻R26的第一端电连接，所述电阻R26的第二端分别与滑动变阻器RP4的第一端、电容C30的正极电连接，所述双PWM控制器IC2的+E/AOUT端分别与电阻RP2的第一端、电容C17的第二端、电容C7的第一端电连接以及H桥驱动电路控制电路电连接，所述电阻R24的第二端、电阻RP2的第二端、滑动变阻器RP4的第二端、电容C30的负极端、电容C7的第二端分别与地端GND14电连接。

3.根据权利要求1所述的一种D类音频功率放大器，其特征在于：所述三角波与SPWM信号产生电路包括双PWM控制器IC2及三角波与SPWM信号产生外围电路，所述三角波与SPWM信号产生外围电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R12、电阻R14、电阻R18、电阻R20、电阻R25、电容C11、电容C18、电容C19、电容C24和滑动变阻器RP3，所述电容C18、电容C19、电容C24为无极性电容，所述电容C11为电解电容，所述双PWM控制器IC2的ISET端依次通过滑动变阻器RP3、电阻R25串联后与地端GND14电连接，所述双PWM控制器IC2的CT端与电容C19的第一端电连接，C19的第二端与地端GND14电连接，所述双PWM控制器IC2的CT端还分别与-AIN端、+BIN端电连接；所述双PWM控制器IC2的+VTH端与+VS端通过电阻R6电连接，所述双PWM控制器IC2的+VTH端与地端通过电容C24电连接，所述双PWM控制器IC2的+VTH端与-VTH之间通过电阻R14电连接，所述双PWM控制器IC2的-VTH端与地端GND14之间分别通过电容C18、电阻R20电连接，所述双PWM控制器IC2的-VS端与地端GND14电连接；所述双PWM控制器IC2的-BIN端与电源端+VS端通过电阻R7电连接，所述双PWM控制器IC2的-BIN端还与电阻R8的第一端电连接，所述电阻R8的第二端与电阻R12的第一端电连接，所述R12的第二端与双PWM控制器IC2的+AIN端电连接，所述R12的第二端与地端GND14通过电阻R18电连接，所述电阻R8的第二端与音频前置放大电路的电容C11的正极端电连接，所述双PWM控制器IC2的AOUT端、BOUT端分别与H桥驱动电路电连接。

4.根据权利要求1所述的一种D类音频功率放大器，其特征在于：所述H桥驱动电路包括驱动芯片IC1、驱动芯片IC3其H桥驱动外围电路，所述驱动芯片IC1及驱动芯片IC3采用IR2110驱动芯片，所述H桥驱动外围电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R9、电阻R11、电阻R17、电阻R21、电阻R28、电容C3、电容C5、电容C8、电容C10、电容C14、电容C15、电容C20、电容C25、电容C29、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，所述电容C3、电容C5、电容C10、电容C22、均为电解质电容，所述电容C8、电容C14、电容C15、电容C20、电容C25、电容C29为无极性电容，所述驱动芯片IC1的VDD端与地端GND11之间分别连接电容C3和电容C14，所述驱动芯片IC3的VDD端与地端GND11之间分别电连接电容C5和电容C25，所述驱动芯片IC1通过电阻R1与隔离供电电源电路电连接，所述驱动芯片IC3通过电阻R3与隔离供电电源电路电连接，所述驱动芯片IC1的LIN端和驱动芯片IC3的HIN端分别通过电阻R17与双PWM控制器IC2的AOUT端电连接，所述驱动芯片IC1的HIN端和驱动芯片IC3的LIN端分别通过电阻R11与双PWM控制器IC2的BOUT端电连接，所述驱动芯片IC1的SD端和驱动芯片IC3的SD端分别与双PWM控制器IC2的SHUTDOWN端以及H桥驱动电路控制电路电连接，所述驱动芯片IC1的VSS端、COM端和驱动芯片IC1的VSS端、COM端分别与地端GND11电连接，所述驱动芯片IC1的VDD端与驱动芯片IC1的VCC端电连接，所述驱动芯片IC1的VDD端通过二极管D1分别与驱动芯片IC1的VB端以及电容C10的正极端电连接，所述电容C10的负极端与驱动芯片IC1的VS端电连接，所述驱动芯片IC3的VSS端和驱动芯片IC3的VSS端分别与地端GND11电连接，所述驱动芯片IC3的VDD端与驱动芯片IC3的VCC端电连接，所述驱动芯片IC3的VDD端通过二极管D4分别与驱动芯片IC3的VB端以及电容C22的正极端电连接，所述电容C22的负极端与驱动芯片IC3的VS端电连接，所述电阻R4、电容C8和二极管D2并联连接，所述二极管D2的负极端与驱动芯片IC1的H0端电连接，所述电阻R9、电容C15和二极管D3并联连接，所述二极管D3的负极端与驱动芯片IC1的L0端电连接，所述电阻R21、电容C20和二极管D5并联连接，所述二极管D5的负极端与驱动芯片IC3的H0端电连接，所述电阻R28、电容C29和二极管D6并联连接，所述二极管D6的负极端与驱动芯片IC3的L0端电连接，所述电容C10的负极端、电容C22的负极端、二极管D2的正极端、二极管D3的正极端、二极管D5的正极端、二极管D6的正极端分别与开关功率放大电路电连接。

5.根据权利要求1所述的一种D类音频功率放大器，其特征在于：所述H桥驱动电路控制电路包括运算放大器IC4及驱动控制外围电路，所述驱动控制外围电路包括电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R42、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C37、电容C39、电容C40、电容C41、电容C42、电容C92、二极管D7、二极管D9和滑动变阻器RP5，所述运算放大器IC4采用LM358芯片，所述电容C33、电容C34、电容C39、电容C40、电容C41、电容C92为无极性电容，所述电容C32、电容C35、电容C37、电容C42为电解电容，所述运算放大器IC4的1IN+端和地端GND14之间分别电连接电容C40和电阻R47，所述运算放大器IC4的1IN+端与电容C37的正极端电连接，所述C37的第二端与电阻R41的第二端电连接，所述电阻R41的第一端连接有前置音频放大电路输出端，所述运算放大器IC4的1IN+端与VCC端之间电连接电阻R33，所述运算放大器IC4的1IN+端与地端GND1之间电连接电阻R47；所述运算放大器IC4的1IN-端与VCC端之间电连接电阻R32，所述运算放大器IC4的1IN-端与地端GND14之间电连接电阻R44，所述算放大器IC1的1IN-端分别电连接电阻R36的第一端、电阻R43的第一端、二极管D9的正极端、电容C34的第一端，所述电阻R36两端并联连接电容C34，所述电阻R36第二端与电连接电阻R30，所述电阻R36第二端电连接二极管D7负极端，所述二极管D7正极端与二极管D9的负极端电连接，所述二极管D7正极端与运算放大器IC4的1OUT端电连接；所述电阻R43的第二端与运算放大器IC4的VCC端之间电连接电容C92，所述运算放大器IC4的2IN+端与VCC端之间电连接电阻R34，所述运算放大器IC4的2IN+端与电阻R49的第一端电连接，所述电阻R49的第二端与地端之间电连接滑动变阻器RP5；所述运算放大器IC4的2IN-端与VCC端之间电连接电阻R35，所述运算放大器IC4的2IN-端与地端GND14之间分别电连接电阻R45、电容C35和电容C41，所述运算放大器IC4的2IN+端与2OUT端之间电连接电容C39，所述述运算放大器IC4的2OUT端与电阻R48的第一端电连接，所述电阻R48的第二端与运算放大器IC4的VCC端之间分别电连接电阻R50和电容C42，所述电阻R48的第二端与地端GND14之间电连接电阻R46，所述运算放大器IC4的VCC端与地端之间分别电连接电容C32和电容C33，所述运算放大器IC4的VCC端通过电阻R31连接有直流电源+12V13，所述电阻R48的第二端分别电连接H桥驱动电路和三角波与SPWM信号产生电路的双PWM控制器IC2的SHUTDOWN端。

6.根据权利要求1所述的一种D类音频功率放大器，其特征在于：所述电流检测放大电路包括运算放大器IC5及电流检测外围电路，所述电流检测外围电路包括电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R51、电阻R52、电阻R2、电容C36和滑动变阻器RP1，运算放大器IC5采用LM358芯片，所述电容C36为电解电容，所述运算放大器IC5的1OUT端通过电阻R42与运算放大器IC4的2IN-端电连接，所述运算放大器IC5的1IN-端与2OUT端之间电连接电阻R52，所述运算放大器IC5的IN+端与电阻R39的第一端电连接，所述电阻R39的第二端与地端GND14之间电连接电阻R40，所述电阻R39的第二端与运算放大器IC5的VCC端之间电连接电阻R38，所述运算放大器IC5的2IN-端与2OUT端之间电连接滑动变阻器RP1，所述运算放大器IC5的2IN-端与地端之间电连接电阻R51，所述运算放大器IC5的2IN+端与地端GND13之间电连接电容C36，所述运算放大器IC5的2IN+端与电阻R37的第一端电连接，所述电阻R37的第二端电连接开关功率放大电路。

7.根据权利要求1所述的一种D类音频功率放大器，其特征在于：所述隔离供电电源电路包括共模电感L2、共模电感L15，电感L1、电容C4、电容C88，电容C6、电容C89，电容C27、二极管D19、稳压二极管D21，所述电容C4、电容C88为电解质电容，所述电容C6、电容C89为无极性电容，所述共模电感L2的第一端与地端GND11电连接，所述共模电感L2的第二端与电源+12V11电连接，所述共模电感L2的第二端还与H桥驱动电路电连接，所述稳压二极管D21正极端与地端GND11电连接，所述稳压二极管D21负极端与共模电感L2第二端电连接，所述共模电感L2第三端与电解电容C4正极端、电容C6第一端电连接，所述共模电感L2第四端与电解电容C4负极端、电容C6第二端电连接，所述共模电感L2第三端、第四端还分别与所述共模电感L15第二端、第一端电连接，所述共模电感L15第三端分别与电解电容C88正极端、电容C89第一端电连接，所述共模电感L15第四端分别与电解电容C88负极端、电容C89第二端电连接并与接地端GND14电连接，所述共模电感L15第三端分别与音频前置放大电路电连接、三角波与SPWM信号产生电路H桥驱动电路控制电路、电流检测与放大电路电连接，所述二极管D19的正极端与地端GND13电连接，所述二极管D19的负极端与电源+70V1电连接，所述二极管D19的负极端还与开关功率放大电连接，所述地端GND11和地端GND13之间分别电连接电感L13和电容C27。