CN106452368A - 基于d类放大推动b类输出的大功率功放电路及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路及其工作方法，功放电路包括功放电路和D类放大推动电路，D类放大推动电路包括正极D类放大推动电路和负极D类放大推动电路；功放电路上分别连接有正极D类放大推动电路和负极D类放大推动电路；正极D类放大推动电路包括信号采集电路、比较电路、控制电路。工作方法是：通过采集信号，对信号进行比对，输出控制信号控制供电调节电路的输出电压。本发明的技术方案让供电调节电路输出端的电压与功放输出电压相匹配，降低谐波失真及互调失真，提高声音还原能力，使低音更强劲，高音不失真，声音明亮、清晰、有力度，同时能耗小、发热量低。
Description
技术领域
本发明涉及功放，尤其是功放电路。
背景技术
功放是音响系统中最基本的设备，它的任务是通过音频功率放大器，把来自信号源的弱信号进行放大以驱动扬声器发出声音。在音频领域中，功放类别常见的有A类、B类、AB类、D类、H类，传统模拟音频功率放大器包括A类、B类、AB类，其声音品质高，一直占据统治地位，其发展经历了从电子管、晶体管到集成电路过程，电路组成从单管到推挽过程，电路形式从变压器输出到OTL、OCL、BTL形式过程，最大缺点是工作效率太低，A类音频功率放大器的最高工作效率为50%，B类音频功率放大器的最高工作效率为78.5%，AB类音频功率放大器的工作效率介于二者之间。无论A类、B类、AB类音频功率放大器，虽然它们以音质出众闻名，但它们并没有有效的利用功率，当它们的输出功率小于额定输出功率时，就会更低，播放动态的语言、音乐时的平均工作效率只有30%左右。模拟音频功率放大器的效率低就意味着工作时有相当多的电能转化成热能，即这些类型的音频功率放大器必须有足够大的散热器，因此，A类、B类、AB类音频功率放大器效率低、体积大，耗能高。
D类功放器只有两种状态，不是通就是断。因此，它不能直接输入模拟音频信号，而是需要某种变换后再放大，这个过程由信号数字传输控制，称为“D类数字功放器”。D类数字功放器具有很多优点，它采用了脉冲宽度调制技术（PWM）来获得非常高的效率，具有体积小、功率大、与数字音源的无缝结合，能有效降低信号间传递干扰、实现高保真等；并具有效率高、发热小，节能约60%以上，而且具有数字化功能。尽管D类数字功放器与AB类模拟功放器相比具有许多优势，但在专业音频扩声用功放领域，尤其是用于大型场馆音响系统的专业功放，其稳定性放在首位，而音质也是重要的，可是D类数字功放产品在声音品质上却远不如A、B或AB类模拟功放，其声音品质不能满足大型场馆的配套音响系统的功放性能要求。
H类功放器是在从AB类延伸出来的，采用分级电源供电，通过将输入信号和电源电压进行调制，实时“跟踪”输入信号，从而提供最佳的输出电压。为此，效率可以从AB类提高15%。但还有超过近1/3的电能未能利用而浪费，所以，H类功放器也只能在一个相对有限的动态范围内获得的较高效率，与D类功放器的效率相比还差很多。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路和工作方法，利用本发明的电路和工作方法，在输入电压不变的情况下，通过采集信号电路采集功放电路中的电压信号，并通过比较电路对采集的电压信号与输入到功放的电压信号进行比较，得到精确度高的信号并并输入到光耦中，通过信号输出端的信号控制供电调节电路输出端的电压，让供电调节电路输出端的电压与功放输出电压相匹配，降低谐波失真及互调失真，提高声音还原能力，使低音更强劲，高音不失真，声音明亮、清晰、有力度，提高音质，同时能耗小、发热量低；本发明的信号采集电路采集的信号精确度高。
为达到上述目的，基基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路，包括功放电路和D类放大推动电路，D类放大推动电路包括正极D类放大推动电路和负极D类放大推动电路；功放电路上分别连接有正极D类放大推动电路和负极D类放大推动电路，正极D类放大推动电路与负极D类放大推动电路相同；正极D类放大推动电路包括信号采集电路、比较电路、控制电路；
信号采集电路包括电阻R47和电容CL1，电阻R47和电容CL1并联，电阻R47和电容CL1的输入端连接功放电路，用于采集功放电路的输出电压，电阻R47和电容CL1的输出端连接比较电路；
比较电路30包括电阻R36、二极管Q22、二极管Q19、二极管Q20、二极管Q21、电阻R43、三极管Q32、三极管Q29、电阻45、电阻40、电阻R5、电阻R22、三极管Q26、三极管Q27、电阻R33、电容C2、二极管D1、二极管D2、电阻R49、电阻R50、电容CL10、电阻R11、三极管Q30、电容C13、电容CL9、电阻R12、电阻R13、电容C10、电容C11、电阻R8、电阻R39和电容C6；电阻R36的一端连接信号采集电路的输出端，电阻R36的另一端连接在二极管D2的输入端与电容C2之间，同时电阻R36的另一端与二极管Q22的输入端连接；二极管Q22的输出端连接在电阻R36的一端同时连接在三极管Q32的基极连接；二极管Q19的输入端与三极管Q32的发射极连接，二极管Q19的输出端与三接管Q27的集电极连接；二极管Q20的输入端与三接管Q29的发射极连接，二极管Q20的输出端与三极管Q27的集电极连接；二极管Q21的输入端连接在二极管D2的输入端与电容C2之间，二极管Q21的输出端与三极管Q29的基极连接；电阻R43与二极管Q21并联；三极管Q32的集电极连接在电阻R45与信号输出端之间；三极管Q29的集电极连接在电阻R40的一端；电阻R45的一端连接在二极管D1和D2之间，另一端连接信号输出端；电阻R40的一端连接在二极管D1和D2之间，另一端与电阻R43连接；电阻R5的一端连接在二极管D1和D2之间，另一端连接在三极管Q27的基极；电阻R22的一端连接在电阻R5与三极管Q27之间，另一端通过三极管Q26连接到二极管D2的输入端；三极管Q27的发射极通过电阻R33连接到二极管D2的输入端；电容C2与二极管D2并联；二极管D1的输出端与控制电路的供电端连接；电阻R49与电容CL10串联后与电阻R50并联，电阻R50的一端连接电阻R40的另一端，电阻R50的另一端接地；电阻R11的一端经电容C11、R8与波形整形电路连接，同时还与二极管D1和D2之间的连接点连接，电阻R11的另一端与三接管Q30的基极和电阻R39与电容C6之间的连接点连接；三极管Q30的集电极与电容C13连接，三极管Q30的发射极与电阻R11与电容C11之间的连接点连接；电容C13的一端与三级管Q30的集电极连接，另一端经电容CL9后与二极管Q21的输出端连接；电阻R12的一端连接在电容C13与CL9之间，另一端经电阻R13连接在电容C11与电阻R8之间，电容C10的一端连接在电阻R12、电阻R13之间，电容C10的另一端连接在电阻R11与电容C11之间；电阻R39与电容C6串联，电阻R39连接在二极管D1的输出端，电容C6接地；
控制电路包括启动电路、升压电路、供电调节电路、光耦和波形整形电路；启动电路分别连接光耦和波形整形电路；升压电路连接到启动电路的输出端；供电调节电路连接在供电端与波形整形电路之间，供电调节电路具有连接到功放电路上的输出端；光耦的输入端连接比较电路，光耦的输出端连接波形整形电路；波形整形电路还与比较电路连接。
上述电路的工作方法是：音频信号经功放电路输入端输入，经功放电路放大处理后经输出端输出，输出的信号传输到扬声器中，使得扬声器发音；同时供电端供电，通过启动电路给光耦和波形整形电路供电，然后让升压电路升压，给光耦和波形整形电路供电，同时供电端通过供电调节电路经其输出端输出电压供给功放电路；采集电路采集功放电路中的输出电压，并将该信号输送到比较电路中，比较电路对信号采集电路输送的电压与供电调节电路输出端输出的电压进行比较，信号采集电路采集的电压发生变化，光耦接收到信号，光耦接收信号后将信号传输到波形整形电路中，该信号经波形整形电路整形后控制MOS管Q9和MOS管Q10，控制供电调节电路输出端的电压。
进一步的，所述的启动电路为与供电端连接的电阻R44。
进一步的，所述的升压电路包括二极管Q23、二极管Q25、电容C7和电容C9，二极管Q23和二极管Q25依次连接，二极管Q23的输入端与供电调节电路连接，二极管Q 25的输出端分别于光耦和波形整形电路连接；电容C7的一端与供电调节电路连接，另一端连接在二极管Q25的输出端；电容C9的一端连接在二极管Q23和二极管Q25之间，另一端连接在供电调节电路上。
进一步的，供电调节电路包括MOS管Q9、MOS管Q10和电感L1；MOS管Q9、MOS管Q10的栅极分别与波形整形电路的输出端连接，MOS管Q9、MOS管Q10的源极分别与供电端连接，MOS管Q9、MOS管Q10的漏极与电感L1连接；电感L1的输出端与输出端连接。
进一步，光耦为2601型号光耦，光耦的2脚与输出端连接，光耦的3脚连接信号输出端，光耦的6脚连接波形整形电路的输入端，光耦的7、8脚与启动电路和升压电路连接。
本发明的有益效果是：音频信号经功放电路输入端输入，经功放电路放大处理后经输出端输出，输出的信号传输到扬声器中，使得扬声器发音；同时供电端供电，通过启动电路给光耦和波形整形电路供电，然后让升压电路升压，给光耦和波形整形电路供电，同时供电端通过供电调节电路经其输出端输出电压供给功放电路；采集电路采集功放电路中的输出电压，并将该信号输送到比较电路中，比较电路对信号采集电路输送的电压与供电调节电路输出端输出的电压进行比较，如信号采集电路采集的电压发生变化，则光耦的3脚接收到信号，光耦接收信号后经6脚将信号传输到波形整形电路中，该信号经波形整形电路整形后控制MOS管Q9和MOS管Q10，控制供电调节电路输出端的电压，让该该电压始终大于功放输出电压的6-10V，这样，在输入电压不变的情况下，通过信号输出端的信号控制供电调节电路输出端的电压，让供电调节电路输出端的电压与功放输出电压相匹配，降低谐波失真及互调失真，提高声音还原能力，使低音更强劲，高音不失真，声音明亮、清晰、有力度，提高了音质，同时能耗小、发热量低。采用本发明的信号采集电路，能够较为精确的采集功放的输出电压，让后续处理更加的精确；采用本发明的比较电路，能对采集的信号与输送到功放的电压进行精确、快速的比较，从而得到精确度高的输出信号，这样，能精确的控制供电调节电路。
附图说明
图1为基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路图。
图2为信号采集电路图。
图3为比较电路图。
图4为基于D类放大推动B类输出的大功率功放控制电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路包括功放电路1和D类放大推动电路，在本发明中，功放电路1上分别连接有正极D类放大推动电路100和负极D类放大推动电路200，在本实施方式中，以正极D类放大推动电路为例说明，负极D类放大推动电路的工作原理与正极D类放大推动电路一样。
功放电路1接收声音信号，经功放电路1放大处理后输出信号，并将信号输入到扬声器中，通过扬声器发声。
正极D类放大推动电路100包括信号采集电路20、比较电路30、基于D类放大推动B类输出的大功率功放控制电路40。
如图1和图2所示，信号采集电路20包括电阻R47和电容CL1，电阻R47和电容CL1并联，电阻R47和电容CL1的输入端连接功放电路1，用于采集功放电路的输出电压，电阻R47和电容CL1的输出端连接比较电路。
如图1和图3所示，比较电路30包括电阻R36、二极管Q22、二极管Q19、二极管Q20、二极管Q21、电阻R43、三极管Q32、三极管Q29、电阻45、电阻40、电阻R5、电阻R22、三极管Q26、三极管Q27、电阻R33、电容C2、二极管D1、二极管D2、电阻R49、电阻R50、电容CL10、电阻R11、三极管Q30、电容C13、电容CL9、电阻R12、电阻R13、电容C10、电容C11、电阻R8、电阻R39和电容C6。
电阻R36的一端连接信号采集电路的输出端，电阻R36的另一端连接在二极管D2的输入端与电容C2之间，同时电阻R36的另一端与二极管Q22的输入端连接；二极管Q22的输出端连接在电阻R36的一端同时连接在三极管Q32的基极连接；二极管Q19的输入端与三极管Q32的发射极连接，二极管Q19的输出端与三接管Q27的集电极连接；二极管Q20的输入端与三接管Q29的发射极连接，二极管Q20的输出端与三极管Q27的集电极连接；二极管Q21的输入端连接在二极管D2的输入端与电容C2之间，二极管Q21的输出端与三极管Q29的基极连接；电阻R43与二极管Q21并联；三极管Q32的集电极连接在电阻R45与信号输出端之间；三极管Q29的集电极连接在电阻R40的一端；电阻R45的一端连接在二极管D1和D2之间，另一端连接信号输出端；电阻R40的一端连接在二极管D1和D2之间，另一端与电阻R43连接；电阻R5的一端连接在二极管D1和D2之间，另一端连接在三极管Q27的基极；电阻R22的一端连接在电阻R5与三极管Q27之间，另一端通过三极管Q26连接到二极管D2的输入端；三极管Q27的发射极通过电阻R33连接到二极管D2的输入端；电容C2与二极管D2并联；二极管D1的输出端与控制电路的供电端连接；电阻R49与电容CL10串联后与电阻R50并联，电阻R50的一端连接电阻R40的另一端，电阻R50的另一端接地；电阻R11的一端经电容C11、R8与波形整形电路连接，同时还与二极管D1和D2之间的连接点连接，电阻R11的另一端与三接管Q30的基极和电阻R39与电容C6之间的连接点连接；三极管Q30的集电极与电容C13连接，三极管Q30的发射极与电阻R11与电容C11之间的连接点连接；电容C13的一端与三级管Q30的集电极连接，另一端经电容CL9后与二极管Q21的输出端连接；电阻R12的一端连接在电容C13与CL9之间，另一端经电阻R13连接在电容C11与电阻R8之间，电容C10的一端连接在电阻R12、电阻R13之间，电容C10的另一端连接在电阻R11与电容C11之间；电阻R39与电容C6串联，电阻R39连接在二极管D1的输出端，电容C6接地。
基于D类放大推动B类输出的大功率功放控制电路40包括启动电路41、升压电路42、供电调节电路43、光耦44和波形整形电路45。
所述的启动电路41为与供电端连接的电阻R44，电阻R44连接到电阻R37，电阻R38与二极管VD2串联后与电阻R37并联，三极管Q31的基极连接在电阻R38与二极管VD2之间，三极管Q31的集电极与升压电路连接，发射极经二级管VD3连接到光耦的7、8脚，同时发射极连接到波形整形电路上。
所述的升压电路42包括二极管Q23、二极管Q25、电容C7和电容C9，二极管Q23和二极管Q25依次连接，二极管Q23的输入端与供电调节电路连接中的电感L1输入端连接，二极管Q25的输出端经三极管Q31分别与光耦和波形整形电路连接，实现供电；电容C7的一端与供电调节电路连接中的电感L1输入端连接，另一端连接在二极管Q25的输出端；电容C9的一端连接在二极管Q23和二极管Q25之间，另一端连接在供电调节电路中的电感L1输出端。
供电调节电路包括MOS管Q9、MOS管Q10和电感L1；MOS管Q9、MOS管Q10的栅极分别与波形整形电路的输出端连接，MOS管Q9、MOS管Q10的源极分别与供电端连接，MOS管Q9、MOS管Q10的漏极与电感L1连接；电感L1的输出端与输出端连接。
光耦为2601型号光耦，光耦的2脚与供电调节电路的输出端连接，光耦的3脚连接信号输出端，光耦的6脚连接波形整形电路的输入端，光耦的7、8脚与启动电路和升压电路连接。
上述基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路的工作方法是：音频信号经功放电路输入端输入，经功放电路放大处理后经输出端输出，输出的信号传输到扬声器中，使得扬声器发音；同时供电端供电，通过启动电路给光耦和波形整形电路供电，然后让升压电路升压，给光耦和波形整形电路供电，同时供电端通过供电调节电路经其输出端输出电压供给功放电路；采集电路采集功放电路中的输出电压，并将该信号输送到比较电路中，比较电路对信号采集电路输送的电压与供电调节电路输出端输出的电压进行比较，如信号采集电路采集的电压发生变化，则光耦的3脚接收到信号，光耦接收信号后经6脚将信号传输到波形整形电路中，该信号经波形整形电路整形后控制MOS管Q9和MOS管Q10，控制供电调节电路输出端的电压，让该该电压始终大于功放输出电压的6-10V，这样，在输入电压不变的情况下，通过信号输出端的信号控制供电调节电路输出端的电压，让供电调节电路输出端的电压与功放输出电压相匹配，降低谐波失真及互调失真，提高声音还原能力，使低音更强劲，高音不失真，声音明亮、清晰、有力度，提高了音质，同时能耗小、发热量低。采用本发明的信号采集电路，能够较为精确的采集功放的输出电压，让后续处理更加的精确；采用本发明的比较电路，能对采集的信号与输送到功放的电压进行精确、快速的比较，从而得到精确度高的输出信号，这样，能精确的控制供电调节电路。
Claims (6)
1.基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路，其特征在于：包括功放电路和D类放大推动电路，D类放大推动电路包括正极D类放大推动电路和负极D类放大推动电路；功放电路上分别连接有正极D类放大推动电路和负极D类放大推动电路，正极D类放大推动电路与负极D类放大推动电路相同；正极D类放大推动电路包括信号采集电路、比较电路、控制电路；
信号采集电路包括电阻R47和电容CL1，电阻R47和电容CL1并联，电阻R47和电容CL1的输入端连接功放电路，用于采集功放电路的输出电压，电阻R47和电容CL1的输出端连接比较电路；
比较电路30包括电阻R36、二极管Q22、二极管Q19、二极管Q20、二极管Q21、电阻R43、三极管Q32、三极管Q29、电阻45、电阻40、电阻R5、电阻R22、三极管Q26、三极管Q27、电阻R33、电容C2、二极管D1、二极管D2、电阻R49、电阻R50、电容CL10、电阻R11、三极管Q30、电容C13、电容CL9、电阻R12、电阻R13、电容C10、电容C11、电阻R8、电阻R39和电容C6；电阻R36的一端连接信号采集电路的输出端，电阻R36的另一端连接在二极管D2的输入端与电容C2之间，同时电阻R36的另一端与二极管Q22的输入端连接；二极管Q22的输出端连接在电阻R36的一端同时连接在三极管Q32的基极连接；二极管Q19的输入端与三极管Q32的发射极连接，二极管Q19的输出端与三接管Q27的集电极连接；二极管Q20的输入端与三接管Q29的发射极连接，二极管Q20的输出端与三极管Q27的集电极连接；二极管Q21的输入端连接在二极管D2的输入端与电容C2之间，二极管Q21的输出端与三极管Q29的基极连接；电阻R43与二极管Q21并联；三极管Q32的集电极连接在电阻R45与信号输出端之间；三极管Q29的集电极连接在电阻R40的一端；电阻R45的一端连接在二极管D1和D2之间，另一端连接信号输出端；电阻R40的一端连接在二极管D1和D2之间，另一端与电阻R43连接；电阻R5的一端连接在二极管D1和D2之间，另一端连接在三极管Q27的基极；电阻R22的一端连接在电阻R5与三极管Q27之间，另一端通过三极管Q26连接到二极管D2的输入端；三极管Q27的发射极通过电阻R33连接到二极管D2的输入端；电容C2与二极管D2并联；二极管D1的输出端与控制电路的供电端连接；电阻R49与电容CL10串联后与电阻R50并联，电阻R50的一端连接电阻R40的另一端，电阻R50的另一端接地；电阻R11的一端经电容C11、R8与波形整形电路连接，同时还与二极管D1和D2之间的连接点连接，电阻R11的另一端与三接管Q30的基极和电阻R39与电容C6之间的连接点连接；三极管Q30的集电极与电容C13连接，三极管Q30的发射极与电阻R11与电容C11之间的连接点连接；电容C13的一端与三级管Q30的集电极连接，另一端经电容CL9后与二极管Q21的输出端连接；电阻R12的一端连接在电容C13与CL9之间，另一端经电阻R13连接在电容C11与电阻R8之间，电容C10的一端连接在电阻R12、电阻R13之间，电容C10的另一端连接在电阻R11与电容C11之间；电阻R39与电容C6串联，电阻R39连接在二极管D1的输出端，电容C6接地；
控制电路包括启动电路、升压电路、供电调节电路、光耦和波形整形电路；启动电路分别连接光耦和波形整形电路；升压电路连接到启动电路的输出端；供电调节电路连接在供电端与波形整形电路之间，供电调节电路具有连接到功放电路上的输出端；光耦的输入端连接比较电路，光耦的输出端连接波形整形电路；波形整形电路还与比较电路连接。
2.根据权利要求1所述的基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路，其特征在于：所述的启动电路为与供电端连接的电阻R44。
3.根据权利要求1所述的基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路，其特征在于：所述的升压电路包括二极管Q23、二极管Q25、电容C7和电容C9，二极管Q23和二极管Q25依次连接，二极管Q23的输入端与供电调节电路连接，二极管Q 25的输出端分别与光耦和波形整形电路连接；电容C7的一端与供电调节电路连接，另一端连接在二极管Q25的输出端；电容C9的一端连接在二极管Q23和二极管Q25之间，另一端连接在供电调节电路上。
4.根据权利要求1所述的基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路，其特征在于：供电调节电路包括MOS管Q9、MOS管Q10和电感L1；MOS管Q9、MOS管Q10的栅极分别与波形整形电路的输出端连接，MOS管Q9、MOS管Q10的源极分别与供电端连接，MOS管Q9、MOS管Q10的漏极与电感L1连接；电感L1的输出端与输出端连接。
5.根据权利要求5所述的基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路，其特征在于：光耦为2601型号光耦，光耦的2脚与输出端连接，光耦的3脚连接信号输出端，光耦的6脚连接波形整形电路的输入端，光耦的7、8脚与启动电路和升压电路连接。
6.一种权利要求1基于D类放大推动B类输出的大功率功放电路的工作方法：其特征在于：音频信号经功放电路输入端输入，经功放电路放大处理后经输出端输出，输出的信号传输到扬声器中，使得扬声器发音；同时供电端供电，通过启动电路给光耦和波形整形电路供电，然后让升压电路升压，给光耦和波形整形电路供电，同时供电端通过供电调节电路经其输出端输出电压供给功放电路；采集电路采集功放电路中的输出电压，并将该信号输送到比较电路中，比较电路对信号采集电路输送的电压与供电调节电路输出端输出的电压进行比较，信号采集电路采集的电压发生变化，光耦接收到信号，光耦接收信号后将信号传输到波形整形电路中，该信号经波形整形电路整形后控制MOS管Q9和MOS管Q10，控制供电调节电路输出端的电压。
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Denomination of invention: High-power power amplifier circuit based on class D amplification to promote class B output and its working method Effective date of registration: 20220909 Granted publication date: 20190521 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Guangzhou Tianhe branch Pledgor: Guangdong Wanchang Technology Industry Co.,Ltd. Registration number: Y2022440000234 |
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