CN106603029A - D类放大器及其无损驱动方法 - Google Patents

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CN106603029A CN201510671113.9A CN201510671113A CN106603029A CN 106603029 A CN106603029 A CN 106603029A CN 201510671113 A CN201510671113 A CN 201510671113A CN 106603029 A CN106603029 A CN 106603029A
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Abstract

本发明提供了一种D类放大器，包括调制器、无损驱动电路和桥式电路，调制器通过无损驱动电路与桥式电路连接，无损驱动电路包括电源、多个开关、电感、用于控制开关状态的时序产生器和用于测量桥式电路中的MOS管栅极及源极之间电压的电压探测器，电源通过开关及电感与MOS管的栅极连接，调制器和电压探测器均与时序产生器连接，通过电源经电感为MOS管充电或使得已储能的电感给MOS管充电，MOS管经所述电感接地放电或经开关、电感接电源放电给电源。本发明在调制器与桥式电路之间插入快速无损驱动电路，该无损驱动电路包括电源、开关、电感、时序产生器、电压探测器，实现了对功率管的无损驱动。

Description

D类放大器及其无损驱动方法
技术领域
本发明涉及一种放大器，尤其是一种D类放大器及其无损驱动方法。
背景技术
D类放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号，然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通断，以驱动扬声器的放大器。
相比A类、B类及AB类等模拟放大器，D类放大器的一个突出优点是效率高。忽略掉所有寄生，理论上D类放大器可以达到100％的效率。但实际上，寄生是不能忽略的，D类放大器耗散的功率主要是在桥式功率管开关损耗上，功率管开关损耗主要体现在三个方面：导通时开关导通电阻上的损耗，导通关断过程对栅极充放电的损耗，导通关断过程开关漏源电流电压乘积损耗。
通常导通电阻损耗与栅极驱动损耗两者之间互为约束。为了减小开关导通电阻，需要加大开关尺寸，而开关的尺寸与栅极的寄生电容成正比关系，越大的尺寸引起越大的栅极驱动损耗。
传统对功率管栅极的驱动，以MOSfet为例，在把栅极从低电平驱动到高电平的过程中会有(1/2)*Cgs*Vgs*Vgs的能量消耗在驱动电路栅极对驱动电源通路的寄生电阻上(其中，Cgs为栅极对地的等效电容，Vgs为栅极相对于源极的驱动电平)，而在把栅极从高电平驱动到低电平的过程，会有(1/2)*Cgs*Vgs*Vgs的能量直接消耗在栅极对地通路的寄生电阻上。因此在一个完整的驱高及驱低过程中，会有Cgs*Vgs*Vgs的能量消耗在驱动通路内阻上。基于此，有必要提供一种快速、无损驱动开关功率管的方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种D类放大器及其无损驱动方法，以实现无损地把栅电容驱高及驱低。
为了达到上述目的，本发明提供了一种D类放大器，包括调制器、无损驱动电路和桥式电路，所述调制器通过无损驱动电路与所述桥式电路连接，所述无损驱动电路包括电源、多个开关、电感、用于控制所述开关的开关状态的时序产生器和用于测量所述桥式电路中的MOS管栅极及源极之间电压的电压探测器，所述电源通过所述开关及电感与所述桥式电路中MOS管的栅极连接，所述调制器和电压探测器均与所述时序产生器连接，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述电源通过电感与所述MOS管连接以为MOS管的栅极与源极之间的寄生电容充电或使得已储能的所述电感给所述MOS管的所述寄生电容充电，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述MOS管的所述寄生电容经所述电感接地放电或经所述开关、电感接电源放电给所述电源。
进一步地，所述时序产生器根据所述调制器输出的调制信号中的上跳沿产生对MOS管充电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到一设定值时产生切断MOS管充电过程的控制信号，所述时序产生器根据所述调制器产生的调制信号中的下跳沿产生对MOS管放电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到另一设定值时产生切断MOS管放电过程的控制信号。
进一步地，还包括用于测量所述电感电流的电流探测器，所述电流探测器与所述时序产生器连接，所述时序产生器能够根据所述电流探测器检测的电感电流信号控制所述开关的通断，进而使得所述电源为电感补充电流。
进一步地，所述桥式电路为半桥电路或全桥电路。
进一步地，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，多个所述开关包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，所述电源通过所述第一开关、电感和第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第二开关的一端接地，另一端通过所述电感、第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感与第四开关的一端连接，所述第四开关的另一端接地，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感和第三开关与所述电源连接，所述电源通过所述第一开关、电感和第八开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第四开关通过所述电感、第七开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感与第四开关的一端连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感和第三开关与所述电源连接。
进一步地，所述电感的一端通过所述第二开关接地，另一端通过所述第三开关接所述电源，用于将电感中电流回收给所述电源。
进一步地，还包括反馈单元和减法器，所述减法器的输出端与所述调制器连接，所述反馈单元的一端与所述桥式电路的输出端连接，另一端与所述减法器的输入端连接。
进一步地，所述调制器为PWM调制器或PDM调制器。
进一步地，所述桥式电路与负载连接，所述负载为扬声器。
本发明还提供了一种D类放大器的无损驱动方法，用于驱动上述的D类放大器，包括：
步骤一：通过所述电源在电感中建立第一电流Imax，然后建立电感电流保持回路以保持所述电感中的电流；
步骤二：在所述调制器输出的调制信号为上跳沿时，所述时序产生器控制开关的通断以对MOS管充电，直到所述电压探测器探测的栅极及源极之间的电压为设定的第一电压VH时停止充电；
步骤三：在所述调制器输出的调制信号为下跳沿前，所述D类放大器包括电流探测器，通过所述时序产生器获得所述电流探测器探测到的所述电感的电流，如果该电流小于第二电流Imin，则通过所述时序产生器控制开关的通断，使得所述电源为所述电感补充电流，若在调制信号的下跳沿来临前，无法将所述电感中电流充至第一电流Imax，则对所述电感一直补充到下跳沿来临为止，若在调制信号的下跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax，则将所述电感中电流充至Imax，然后通过所述时序产生器控制开关通断使得电感通过所述电感电流保持回路保持电流；
步骤四：在所述调制器输出的调制信号为下跳沿时，通过所述时序产生器控制开关的通断以对MOS管放电，直到所述电压探测器探测的栅极及源极之间的电压为设定的第二电压VL时停止放电；
步骤五：在下一个上跳沿来临前，通过所述时序产生器获得所述电感的电流，如果所述电感的电流小于第二电流Imin，则通过所述时序产生器控制开关的通断，使得所述电源为所述电感补充电流，若在调制信号的上跳沿来临前，无法将所述电感中电流充至第一电流Imax，则对所述电感一直补充到上跳沿来临为止，若在调制信号的上跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax，则将所述电感中电流充至Imax，然后通过所述时序产生器控制开关通断使得电感通过所述电感电流保持回路保持电流。
进一步地，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管，所述第一NMOS管和第一PMOS管同时导通或同时断开，所述第二NMOS管和第二PMOS管同时导通或同时断开，对所述第一NMOS管及第一PMOS管的导通、断开与对第二NMOS管及第二PMOS管的导通、断开异时进行。
进一步地，在步骤四中，所述第一NMOS管通过第五开关、电感、第四开关接地放电或通过第五开关、电感、第三开关放电至所述电源处，所述第二NMOS管通过第七开关、电感、第四开关接地放电或通过第七开关、电感、第三开关放电至所述电源处。
进一步地，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，所述电压探测器分别探测所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极电压，多个所述开关包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关，所述电源通过所述第一开关、电感和第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第二开关的一端接地，另一端通过所述电感、第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感与第四开关的一端连接，所述第四开关的另一端接地，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感和第三开关与所述电源连接，所述电源通过所述第一开关、电感和第八开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第四开关通过所述电感、第七开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感与第四开关的一端连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感和第三开关与所述电源连接，在步骤一中，从所述第一开关和第三开关组成的开关组、所述第二开关和第四开关组成的开关组、第五开关和第六开关组成的开关组、第七开关和第八开关组成的开关组中选取一组或多组进行开关状态的控制，以建立所述电感电流保持回路。
进一步地，在步骤一中，通过所述时序产生器控制第一开关和第四开关的开关状态，使得所述电源为电感充电以建立所述第一电流Imax，在步骤三和步骤五中，通过所述时序产生器控制第一开关和第四开关的开关状态，使得所述电源为电感充电以补充其电流。
本发明提供了一种D类放大器及其无损驱动方法，在调制器与桥式电路之间插入快速无损驱动电路，该无损驱动电路包括电源、开关、电感、时序产生器、电压探测器，实现了对功率管的无损驱动，该无损驱动电路还包括电流探测器，通过在电感中初始建立电流，实现了快速驱动。
附图说明
图1为本发明实施例提供的D类放大器的原理图；
图2为本发明实施例提供的无损驱动电路的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1～2所示，本发明实施例提供了一种D类放大器，包括调制器、无损驱动电路和桥式电路，所述调制器通过无损驱动电路与所述桥式电路连接，所述无损驱动电路包括电源、多个开关、电感L、用于控制所述开关的开关状态的时序产生器和用于测量所述桥式电路中的MOS管栅极及源极之间电压的电压探测器，所述电源通过所述开关及电感与所述桥式电路中MOS管的栅极连接，所述调制器和电压探测器均与所述时序产生器连接，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述电源通过电感L与所述MOS管连接以为MOS管的栅极与源极之间的寄生电容充电或使得已储能的所述电感L给所述MOS管的所述寄生电容充电，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述MOS管的所述寄生电容经所述电感L接地放电或经所述开关、电感L接电源放电给所述电源。
所述时序产生器根据所述调制器输出的调制信号中的上跳沿产生对MOS管充电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到一设定值(在本实施例中，即为第一电压VH，)时产生切断MOS管充电过程的控制信号，所述时序产生器根据所述调制器产生的调制信号中的下跳沿产生对MOS管放电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到另一设定值(在本实施例中，即为第二电压VL，)时产生切断MOS管放电过程的控制信号。
所述D类放大器还包括用于测量所述电感电流的电流探测器，所述电流探测器与所述时序产生器连接，所述时序产生器能够根据所述电流探测器检测的电感L电流信号控制所述开关的通断，进而使得所述电源为电感L补充电流。
所述桥式电路为半桥电路或全桥电路。
在本实施例中，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管和第二NMOS管，还包括第一PMOS管和第二PMOS管。请参考图2，图2中仅仅给出了第一NMOS管和第二NMOS管的连接关系图，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，多个所述开关包括第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5、第六开关SW6、第七开关SW7和第八开关SW8，所述电源通过所述第一开关SW1、电感L和第六开关SW6与第一NMOS管的栅极连接，所述第二开关SW2的一端接地，另一端通过所述电感L、第六开关SW6与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关SW5、电感L与第四开关SW4的一端连接，所述第四开关SW4的另一端接地，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关SW5、电感L和第三开关SW3与所述电源连接，所述电源通过所述第一开关SW1、电感L和第八开关SW8与第二NMOS管的栅极连接，所述第四开关SW4通过所述电感L、第七开关SW7与第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关SW7、电感L与第四开关SW4的一端连接，所述第二MOS管的栅极通过所述第七开关SW7、电感L和第三开关SW3与所述电源连接。
对于本发明实施例中桥式电路的第一PMOS管和第二PMOS管，其源极均接高电平，通过控制栅极电压进而控制第一PMOS管和第二PMOS管的导通与否，本领域技术人员结合上述对第一NMOS管和第二NMOS管的方案可以直接毫无疑义地得到对第一PMOS管和第二PMOS管充放电的原理，在此不再赘述。
在本实施例中，所述D类放大器具有建立及补充电感电流回路、第一NMOS管栅极无损充电回路、第一NMOS管栅极无损放电回路、第二NMOS管栅极无损充电回路、第二NMOS管栅极无损放电回路、电感电流保持回路和电感电流回收回路。
建立及补充电感电流回路为：电感L的L1端通过第一开关SW1接电源输出的VDD处，电感L的L2端通过第四开关SW4接地。
第一NMOS管栅极无损充电回路为：电感L的L2端通过第六开关SW6接第一NMOS管的栅极，电感L的L1端通过第一开关SW1接电源输出的VDD或通过第二开关SW2接地。
第一NMOS管栅极无损放电回路为：电感L的L1端通过第五开关SW5连接第一NMOS管的栅极，电感L的L2端通过第三开关SW3接电源输出的VDD或通过第四开关SW4接地。
第二NMOS管栅极无损充电回路为：电感L的L2端通过第八开关SW8接第二NMOS管栅极，电感L的L1端通过第一开关SW1接VDD或通过第二开关SW2接地。
第二NMOS管栅极无损放电回路为：电感L的L1端通过第七开关SW7连接第二NMOS管栅极，电感L的L2端通过第三开关SW3接VDD或通过第四开关SW4接地。
电感电流保持回路：电感L两端L1与L2通过开关组连接在一起组成的回路，开关组可以是SW1/SW3开关组，SW2/SW4组，SW5/SW6组，SW7/SW8组里的一组或多组组成。
电感电流回收回路：电感L的L1端通过第二开关SW2接地，电感L的L2端通过第三开关SW3接电源，用于将电感L中电流回收给所述电源。
在本实施例中，可以通过建立及补充电感电流回路为电感L储能，也可以通过第一NMOS管栅极无损充电回路或第二NMOS管栅极无损充电回路为电感储能，此时，电源通过电感L为MOS管充电。
在本实施例中，所述D类放大器还包括反馈单元和减法器，所述减法器的输出端与所述调制器连接，所述反馈单元的一端与所述桥式电路的输出端连接，另一端与所述减法器的输入端连接。
在本实施例中，所述调制器为PWM调制器或PDM调制器。所述桥式电路与负载连接，所述负载为扬声器。
本发明实施例还提供了一种D类放大器的无损驱动方法，用于驱动上述的D类放大器，包括：
步骤一：通过所述电源在电感L中建立第一电流Imax(在本实施例中，通过所述建立及补充电感电流回路建立第一电流Imax)，然后建立电感电流保持回路以保持所述电感L中的电流；
步骤二：在所述调制器输出的调制信号为上跳沿时，所述时序产生器控制开关的通断以对MOS管充电，在本实施例中，采用第一NMOS管栅极无损充电回路对第一NMOS管充电，采用第二NMOS管栅极无损充电回路对第二NMOS管充电，直到所述电压探测器探测的栅极及源极之间的电压为设定的第一电压VH时停止充电；
步骤三：在所述调制器输出的调制信号为下跳沿前，所述D类放大器包括电流探测器，通过所述时序产生器获得所述电流探测器探测到的所述电感L的电流，如果该电流小于第二电流Imin，则通过所述时序产生器控制开关的通断，使得所述电源为所述电感L补充电流(在本实施例中，通过所述建立及补充电感电流回路为电感L补充电流)，若在调制信号的下跳沿来临前，无法将所述电感L中电流充至第一电流Imax，则对所述电感L一直补充到下跳沿来临为止，若在调制信号的下跳沿来临前，能够将所述电感L中电流充至第一电流Imax，则将所述电感L中电流充至Imax，然后通过所述时序产生器控制开关通断使得电感L通过所述电感电流保持回路保持电流；
步骤四：在所述调制器输出的调制信号为下跳沿时，通过所述时序产生器控制开关的通断以对MOS管放电，在本实施例中，采用第一NMOS管栅极无损放电回路对第一NMOS管放电，采用第二NMOS管栅极无损放电回路对第二NMOS管放电，直到所述电压探测器探测的栅极及源极之间的电压为设定的第二电压VL时停止放电；
步骤五：在下一个上跳沿来临前，通过所述时序产生器获得所述电感L的电流，如果所述电感L的电流小于第二电流Imin，则通过所述时序产生器控制开关的通断，使得所述电源为所述电感L补充电流，若在调制信号的上跳沿来临前，无法将所述电感L中电流充至第一电流Imax，则对所述电感L一直补充到上跳沿来临为止，若在调制信号的上跳沿来临前，能够将所述电感L中电流充至第一电流Imax，则将所述电感中L电流充至Imax，然后通过所述时序产生器控制开关通断使得电感L通过所述电感电流保持回路保持电流。
在本实施例中，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，所述电压探测器分别探测所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极电压。
在本实施例中，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管，所述第一NMOS管和第一PMOS管同时导通或同时断开，所述第二NMOS管和第二PMOS管同时导通或同时断开，对所述第一NMOS管及第一PMOS管的导通与对第二NMOS管及第二PMOS管的导通异时进行，对所述第一NMOS管及第一PMOS管的断开与对第二NMOS管及第二PMOS管的断开异时进行。
以对第一NMOS管和第一PMOS管同时导通为例，通过时序产生器控制开关的通断使得第一NMOS管的栅极与源极之间的寄生电容充电，充电至满足NMOS管导通条件时，该第一NMOS管导通，栅极电压一直充电至第一电压VH；通过时序产生器控制开关(图中未示意出)的通断使得第一PMOS管的栅极与源极之间的寄生电容放电，第一PMOS的源极接高电平，放电至满足PMOS管导通条件时，该第一PMOS管导通，其栅极电压可以放电至设定的另一电压。
在步骤一中，从所述第一开关SW1和第三开关SW3组成的开关组、所述第二开关SW2和第四开关SW4组成的开关组、第五开关SW5和第六开关SW6组成的开关组、第七开关SW7和第八开关SW8组成的开关组中选取一组或多组进行开关状态的控制，以建立所述电感电流保持回路。
在步骤四中，所述第一NMOS管通过第五开关SW5、电感L、第四开关SW4接地放电或通过第五开关SW5、电感L、第三开关SW3放电至所述电源处，所述第二NMOS管通过第七开关SW7、电感L、第四开关SW4接地放电或通过第七开关SW7、电感L、第三开关SW3放电至所述电源处。
在本发明的技术方案中，由于通过电源为电感L建立电流或补充电流，使得电感L中储存有能量，储存有能量的电感L以及电源均可为MOS管的栅极与源极之间的寄生电容充电。在本发明的步骤二中，通过已储能的电感L和/或电源肯定可以将MOS管的栅极电压充到目标的第一电压VH。
将MOS管的栅极电压充到第一电压VH可以有多种实现方式。在步骤二中，以第一NMOS管为例，如果通过已在步骤一中储能的所述电感L为第一NMOS管充电，且充不到第一电压VH，则可以通过电源经电感L给第一NMOS管充电，通过电源经过电感L给第一NMOS管充电可以将电压充至第一电压VH，第一电压VH不大于第一NMOS管栅极、源极之间寄生电容的饱和电压。但是，也可以在充到某一未达到第一电压VH的值时，将电感L1端与第二开关SW2连通，通过电感L1中能量为第一NMOS管充电，如果充不到第一电压VH，则再次切换，再次切换后，可以选择将第一MOS管充至第一电压VH，也可以选择在没充到第一电压VH的另一值时，再次切换，这样，可以多次将电感L1端在与第一开关SW1连通及与第二开关SW2连通之间切换，最终也能将将第一NMOS管的栅极电压充电至第一电压VH。对于第二NMOS管的充电过程、第一NMOS管放电过程和第二NMOS管的放电过程，同理，在此不再赘述。
此外，在步骤一中，通过所述时序产生器控制第一开关SW1和第四开关SW4的开关状态，使得所述电源为电感L充电以建立所述第一电流Imax，在步骤三和步骤五中，通过所述时序产生器控制第一开关SW1和第四开关SW4的开关状态，使得所述电源为电感L充电以补充其电流。
在该无损驱动方法中，通过初始建立第一电流Imax使得驱动桥式电路中MOS管的栅极电压可以大于VDD，且还提高了驱动速度，通过补充电感L中电流也进一步提高了驱动速度。
本发明提供了一种D类放大器及其无损驱动方法，在调制器与桥式电路之间插入快速无损驱动电路，该无损驱动电路包括电源、开关、电感、时序产生器、电压探测器，实现了对功率管的无损驱动，该无损驱动电路还包括电流探测器，通过在电感中初始建立电流，实现了快速驱动。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种D类放大器，其特征在于，包括调制器、无损驱动电路和桥式电路，所述调制器通过无损驱动电路与所述桥式电路连接，所述无损驱动电路包括电源、多个开关、电感、用于控制所述开关的开关状态的时序产生器和用于测量所述桥式电路中的MOS管栅极及源极之间电压的电压探测器，所述电源通过所述开关及电感与所述桥式电路中MOS管的栅极连接，所述调制器和电压探测器均与所述时序产生器连接，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述电源经电感与所述MOS管连接以为MOS管的栅极与源极之间的寄生电容充电或使得已储能的所述电感给所述MOS管的所述寄生电容充电，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述MOS管的所述寄生电容经所述电感接地放电或经所述开关、电感接电源放电给所述电源。
2.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，所述时序产生器根据所述调制器输出的调制信号中的上跳沿产生对MOS管充电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到一设定值时产生切断MOS管充电过程的控制信号，所述时序产生器根据所述调制器产生的调制信号中的下跳沿产生对MOS管放电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到另一设定值时产生切断MOS管放电过程的控制信号。
3.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，还包括用于测量所述电感电流的电流探测器，所述电流探测器与所述时序产生器连接，所述时序产生器能够根据所述电流探测器检测的电感电流信号控制所述开关的通断，进而使得所述电源为电感补充电流。
4.如权利要求1-3中任一项所述的D类放大器，其特征在于，所述桥式电路为半桥电路或全桥电路。
5.如权利要求4所述的D类放大器，其特征在于，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，多个所述开关包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关，所述电源通过所述第一开关、电感和第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第二开关的一端接地，另一端通过所述电感、第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感与第四开关的一端连接，所述第四开关的另一端接地，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感和第三开关与所述电源连接，所述电源通过所述第一开关、电感和第八开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第四开关通过所述电感、第七开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感与第四开关的一端连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感和第三开关与所述电源连接。
6.如权利要求5所述的D类放大器，其特征在于，所述电感的一端通过所述第二开关接地，另一端通过所述第三开关接所述电源，用于将电感中电流回收给所述电源。
7.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，还包括反馈单元和减法器，所述减法器的输出端与所述调制器连接，所述反馈单元的一端与所述桥式电路的输出端连接，另一端与所述减法器的输入端连接。
8.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，所述调制器为PWM调制器或PDM调制器。
9.如权利要求1所述的D类放大器，其特征在于，所述桥式电路与负载连接，所述负载为扬声器。
10.一种D类放大器的无损驱动方法，用于驱动如权利要求1-9中任一项所述的D类放大器，其特征在于，包括：
步骤一：通过所述电源在电感中建立第一电流Imax，然后建立电感电流保持回路以保持所述电感中的电流；
步骤二：在所述调制器输出的调制信号为上跳沿时，所述时序产生器控制开关的通断以对MOS管充电，直到所述电压探测器探测的栅极及源极之间的电压为设定的第一电压VH时停止充电；
步骤三：在所述调制器输出的调制信号为下跳沿前，所述D类放大器包括电流探测器，通过所述时序产生器获得所述电流探测器探测到的所述电感的电流，如果该电流小于第二电流Imin，则通过所述时序产生器控制开关的通断，使得所述电源为所述电感补充电流，若在调制信号的下跳沿来临前，无法将所述电感中电流充至第一电流Imax，则对所述电感一直补充到下跳沿来临为止，若在调制信号的下跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax，则将所述电感中电流充至Imax，然后通过所述时序产生器控制开关通断使得电感通过所述电感电流保持回路保持电流；
步骤四：在所述调制器输出的调制信号为下跳沿时，通过所述时序产生器控制开关的通断以对MOS管放电，直到所述电压探测器探测的栅极及源极之间的电压为设定的第二电压VL时停止放电；
步骤五：在下一个上跳沿来临前，通过所述时序产生器获得所述电感的电流，如果所述电感的电流小于第二电流Imin，则通过所述时序产生器控制开关的通断，使得所述电源为所述电感补充电流，若在调制信号的上跳沿来临前，无法将所述电感中电流充至第一电流Imax，则对所述电感一直补充到上跳沿来临为止，若在调制信号的上跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax，则将所述电感中电流充至Imax，然后通过所述时序产生器控制开关通断使得电感通过所述电感电流保持回路保持电流。
11.如权利要求10所述的D类放大器的无损驱动方法，其特征在于，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管，所述第一NMOS管和第一PMOS管同时导通或同时断开，所述第二NMOS管和第二PMOS管同时导通或同时断开，对所述第一NMOS管及第一PMOS管的导通与对第二NMOS管及第二PMOS管的导通异时进行，对所述第一NMOS管及第一PMOS管的断开与对第二NMOS管及第二PMOS管的断开异时进行。
12.如权利要求11所述的D类放大器的无损驱动方法，其特征在于，在步骤四中，所述第一NMOS管通过第五开关、电感、第四开关接地放电或通过第五开关、电感、第三开关放电至所述电源处，所述第二NMOS管通过第七开关、电感、第四开关接地放电或通过第七开关、电感、第三开关放电至所述电源处。
13.如权利要求10所述的D类放大器的无损驱动方法，其特征在于，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，所述电压探测器分别探测所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极电压，多个所述开关包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关，所述电源通过所述第一开关、电感和第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第二开关的一端接地，另一端通过所述电感、第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感与第四开关的一端连接，所述第四开关的另一端接地，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感和第三开关与所述电源连接，所述电源通过所述第一开关、电感和第八开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第四开关通过所述电感、第七开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感与第四开关的一端连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感和第三开关与所述电源连接，在步骤一中，从所述第一开关和第三开关组成的开关组、所述第二开关和第四开关组成的开关组、第五开关和第六开关组成的开关组、第七开关和第八开关组成的开关组中选取一组或多组进行开关状态的控制，以建立所述电感电流保持回路。
14.如权利要求13所述的D类放大器的无损驱动方法，其特征在于，在步骤一中，通过所述时序产生器控制第一开关和第四开关的开关状态，使得所述电源为电感充电以建立所述第一电流Imax，在步骤三和步骤五中，通过所述时序产生器控制第一开关和第四开关的开关状态，使得所述电源为电感充电以补充其电流。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108092634A (zh) * 2018-01-11 2018-05-29 福建星海通信科技有限公司 一种宽频带、大功率水声d类功率放大器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5815581A (en) * 1995-10-19 1998-09-29 Mitel Semiconductor, Inc. Class D hearing aid amplifier with feedback
US6232833B1 (en) * 1998-11-18 2001-05-15 Intersil Corporation Low noise low distortion class D amplifier
US20020153947A1 (en) * 2001-04-18 2002-10-24 Bengt-Olov Andersson Class D amplifier with passive RC network
US20040061552A1 (en) * 2002-07-31 2004-04-01 Yamaha Corporation Class D amplifier
US20080284508A1 (en) * 2007-05-15 2008-11-20 Walker Brett C Output circuits with class d amplifier
CN204408272U (zh) * 2015-03-11 2015-06-17 杭州硅星科技有限公司 多路快速数据发送器
CN204408271U (zh) * 2015-03-11 2015-06-17 杭州硅星科技有限公司 具有直流电源功能的数据发送器
CN204993263U (zh) * 2015-10-15 2016-01-20 杭州硅星科技有限公司 D类放大器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5815581A (en) * 1995-10-19 1998-09-29 Mitel Semiconductor, Inc. Class D hearing aid amplifier with feedback
US6232833B1 (en) * 1998-11-18 2001-05-15 Intersil Corporation Low noise low distortion class D amplifier
US20020153947A1 (en) * 2001-04-18 2002-10-24 Bengt-Olov Andersson Class D amplifier with passive RC network
US20040061552A1 (en) * 2002-07-31 2004-04-01 Yamaha Corporation Class D amplifier
US20080284508A1 (en) * 2007-05-15 2008-11-20 Walker Brett C Output circuits with class d amplifier
CN204408272U (zh) * 2015-03-11 2015-06-17 杭州硅星科技有限公司 多路快速数据发送器
CN204408271U (zh) * 2015-03-11 2015-06-17 杭州硅星科技有限公司 具有直流电源功能的数据发送器
CN204993263U (zh) * 2015-10-15 2016-01-20 杭州硅星科技有限公司 D类放大器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108092634A (zh) * 2018-01-11 2018-05-29 福建星海通信科技有限公司 一种宽频带、大功率水声d类功率放大器

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