CN111030619A

CN111030619A - 音频功率放大器及控制其输出电压的方法

Info

Publication number: CN111030619A
Application number: CN201911314179.7A
Authority: CN
Inventors: 丁学欣
Original assignee: Shanghai Fugui Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Fugui Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-04-17

Abstract

一种音频功率放大器，包括:输入电容，一端与输入电压相连，由输入电压充电；输出电容，一端与输出电压相连；第一开关群组，包括:第一开关和第二开关串联且连接于输入电压的一端及输出电压的一端之间，第三开关和第四开关串联且第三开关的一端连接于输出电容和第一开关之间；飞电容，一端连接第一开关和第二开关之间且另一端连接第三开关和第四开关之间；以及第二开关群组，包括:第五开关及与第五开关并联连接的多个第六开关。本发明的音频功率放大器能够跟随音乐的变化输出更多的电源电压极大充分地提高音频功率放大器的效率，延长电池电源的使用时间。

Description

音频功率放大器及控制其输出电压的方法

技术领域

本发明是涉及一种音频功率放大器，特别是一种输出电压可依据音频变化的可实现类H类的音频功率放大器。

背景技术

在移动通信领域中，电子设备(比如手机，平板计算机和智能手表等)主要依赖锂电池供电，其中的应用包括音频功率放大器。锂电池电压一般在2.7V～5.5V，不能够满足更高输出功率的要求，因此，现有技术一般会采用音频功率放大器把低的电池电压转换成高的电压，以满足音频功率放大器高功率输出的要求。

首先，请参阅图1，是现有技术中使用的G类音频功率放大器的工作原理，在图1中开关S1和开关S2合上、开关S3和开关S4断开时，VIN对片外电容CFLY充电，为音频功率放大器充电状态；开关S1和开关S2断开，开关S3和开关S4合上，飞电容CFLY输出电荷到COUT为音频功率放大器放电态。音频功率放大器当开关S1，开关S4和开关S2合上，开关S3断开可实现VOUT输出值是VIN，又根据电荷守恒定律，经过一段时间的充放电，VOUT可以输出2*VIN。

请接着参考图2，是现有技术使用G类音频功率放大器的信号大小与输出电压图。在大信号时用大电压和小信号时用小电压确实是可以降低功耗提高效率。但是，G类音频功率放大器实际音乐信号的峰值因子(Crest-factor)都很大，如果仅用两种电源电压去跟随音乐信号势必会导致对效率的提升是很有限的。

现有的音频功率放大器电压VOUT只能在2*VIN和VIN中做选择输出，无更多档位的VOUT输出，仅可以实现简单的G类音频功率放大器，不能实现可以节约更多功耗的H类音频功率放大器。

发明内容

为了改善现有技术所提及的限制，本发明的主要目的是提供一种输出电压可选择为VIN,[(n+1)/n]*VIN，依序递增至[(2n-2)/n]*VIN，[(2n-1)/n]*VIN,2*VIN的类H类音频功率放大器。本发明的音频功率放大器能通过音频功率放大器能够跟随音乐的变化输出更多的电源电压极大充分地提高音频功率放大器的效率，延长电池电源的使用时间。

根据上述的目的，本发明首先提供一种音频功率放大器，是由输入电压，输出电压，输入电容及输出电容所组成，其特征在于，包括:

输入电容，一端与输入电压相连，由输入电压充电；

输出电容，一端与输出电压相连；第一开关群组，包括:第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关，其中，第一开关和第二开关串联且连接于输入电压的一端及输出电压的一端之间，第三开关和第四开关串联且第三开关的一端连接于输出电容和第一开关之间；

飞电容，一端连接第一开关和第二开关之间且另一端连接第三开关和第四开关之间；以及第二开关群组，包括:第五开关及与第五开关并联连接的第六开关，第五开关及第六开关是分别与第一开关及第三开关并联设置，并且一端连接于第一开关及第二开关之间。

此外，再根据上述的目的，本发明进一步再提供一种音频功率放大器，包括:输入电容，一端与输入电压相连，由输入电压充电；输出电容，一端与输出电压相连；第一开关群组，是由第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关组成，其中，第一开关和第二开关串联且连接于输入电压的一端及输出电压的一端之间，第三开关和第四开关串联且第三开关的一端连接于输出电容和第一开关之间；飞电容，一端连接第一开关和第二开关之间且另一端连接第三开关和第四开关之间；以及第二开关群组，是由第五开关及与第五开关并联连接的多个第六开关组成，其中，第六开关是由j个并联连接开关组成，其中j是整数，第五开关、第六开关至第k个开关分别与第一开关及第三开关并联设置，并且一端连接于第一开关及第二开关之间。

在上述的音频功率放大器的较佳实施例中，其中，k是大于或等于5的整数。

以及，根据上述的目的，本发明接着提供一种控制音频功率放大器输出电压的方法，其特征在于:当音频功率放大器处于放电态时，第一开关和第四开关断开，第三开关和第二开关合上可实现VOUT＝2*VIN；当第一开关和第四开关断开时，第五开关和第二开关合上可实现VOUT＝[(2n-1)/n]*VIN；当第一开关和第四开关断开时，第六开关和第二开关合上可实现VOUT＝[(2n-2)/n]*VIN；当第一开关和第四开关断开时，第k个开关和第二开关合上可实现VOUT＝[(n+1)/n]*VIN；当第三开关、第五开关至第k个开关断开时，第一开关S1、第四开关S2和第二开关S4合上可实现VOUT＝VIN。

在上述的控制音频功率放大器输出电压的方法中，其中，n是整数。

很明显的，本发明的主要技术手段是在一个G类音频功率放大器的电路上，加上特定的开关及开关的控制方法，来实现类H类音频功率放大器输出电压的功能，通过类H类音频功率放大器的输出特性来实现节约更多功耗的效果。

附图说明

图1表示现有技术中G类音频功率放大器的工作原理图；

图2表示现有技术使用G类音频功率放大器的信号大小与输出电压波形图；

图3表示本发明的类H类音频功率放大器的工作原理图；以及

图4表示本发明的类H类音频功率放大器的信号大小与输出电压波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本发明，在此配合所附的图式、具体阐明本发明的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本发明特征有关的示意，并不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。

首先，请参照图3，是本发明的类H类音频功率放大器的工作原理图。如图1所示本发明的类H类音频功率放大器电路设计以输入电压VIN及输出电压VOUT为两端点，输入电压VIN及输出电压VOUT之间依序连接有输入电容CIN、第一开关S1、第二开关S4以及输出电容COUT。第二开关S4及第三开关S3串联并且第三开关S3的一端连接于输入电容CIN及第一开关S1之间。其中，第一开关S1、第二开关S4、第三开关S3以及第四开关S2为第一开关群组。在第一开关S1及第二开关S4之间的一点与第三开关S3及第四开关S2的一点之间连接有飞电容CFLY。此外，本发明的类H类音频功率放大器电路包括第二开关群组，为第五开关S5、第六开关S6至第k个开关S_k可依序与第一开关S1及第三开关S3并联设置，其中k为大于或等于5的整数。因此，第二开关群组可包含j个开关，其中j是整数

明显的，上述的G类音频功率放大器的电路包括:输入电压VIN及输出电压VOUT，在输入电压VIN及输出电压VOUT之间依序连接有输入电容CIN、第一开关S1、第二开关S4、第三开关S3以及第四开关S2，以及在第一开关S1及第二开关S4之间的一点与第三开关S3及第四开关S2的一点之间连接有飞电容CFLY。

接着，请同时参照图3及图4，图4是本发明的类H类音频功率放大器的信号大小与输出电压波形图。承上图3说明的工作原理，且依据能量守恒，当本发明的类H类音频功率放大器的处于充电态时，第一开关S1及第四开关S2合上，第二开关S4及第三开关S3断开，此时输入电压VIN对飞电容CFLY充电。接着，类H类音频功率放大器处于放电态时，请一并参考图4及表1，为本发明类H类音频功率放大器的输出电压及工作原理对照表，当第一开关S1和第四开关S2断开，第三开关S3和第二开关S4合上可实现VOUT＝2*VIN；第一开关S1和第四开关S2断开，第五开关S5和第二开关S4合上可实现VOUT＝[(2n-1)/n]*VIN；若第一开关S1和第四开关S2断开，第六开关S6和第二开关S4合上可实现VOUT＝[(2n-2)/n]*VIN；若第一开关S1和第四开关S2断开，第k个开关S_k和第二开关S4合上可实现VOUT＝[(n+1)/n]*VIN；若第三开关S3、第五开关S5一直到第k个开关S_k皆断开，第一开关S1、第四开关S2和第二开关S4合上可实现VOUT＝VIN，其中k是大于或等于5的整数，n是整数。

表1:本发明的类H类音频功率放大器的输出电压及工作原理对照表

综上所述，本发明提供一种无需增加片外电容，在不增加材料成本的前提下，可实现类H类音频功率放大器。通过实现输出电压VOUT可以输出VIN，[(n+1)/n]*VIN，依序递增至[(2n-2)/n]*VIN，[(2n-1)/n]*VIN，2*VIN等不同波形，因此本发明的类H类音频功率放大器能通过音频功率放大器能够跟随音乐的变化输出更多的电源电压极大充分地提高音频功率放大器的效率，延长电池电源的使用时间。

以上仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims

1.一种音频功率放大器，是由输入电压，输出电压，输入电容及输出电容所组成，其特征在于，包括:

所述输入电容，一端与所述输入电压相连，由所述输入电压充电；

所述输出电容，一端与所述输出电压相连；

第一开关群组，包括:第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关，其中，第一开关和第二开关串联且连接于输入电压的一端及输出电压的一端之间，第三开关和第四开关串联且所述第三开关的一端连接于所述输出电容和所述第一开关之间；

飞电容，一端连接所述第一开关和所述第二开关之间且另一端连接所述第三开关和所述第四开关之间；以及

第二开关群组，包括:第五开关及与所述第五开关并联连接的第六开关，所述第五开关及所述第六开关是分别与所述第一开关及第三开关并联设置，并且一端连接于所述第一开关及所述第二开关之间。

2.一种音频功率放大器，是由输入电压，输出电压，输入电容及输出电容所组成，其特征在于，包括:

所述输出电容，一端与所述输出电压相连；

第二开关群组，包括:第五开关及与所述第五开关并联连接的多个第六开关，所述第六开关是由j个并联连接开关组成，所述第五开关、所述第六开关至所述第k个开关分别与所述第一开关及第三开关并联设置，并且一端连接于所述第一开关及所述第二开关之间。

3.根据权利要求2所述的音频功率放大器，其特征在于，所述的k是大于或等于5的整数。

4.根据权利要求2所述的音频功率放大器，其特征在于，所述的j是整数。

5.一种控制音频功率放大器输出电压的方法，使用权利要求2所述的音频功率放大器，其特征在于:

所述音频功率放大器处于放电态时，所述第一开关和所述第四开关断开，所述第三开关和所述第二开关合上可实现VOUT＝2*VIN；

所述第一开关和所述第四开关断开，所述第五开关和所述第二开关合上可实现VOUT＝[(2n-1)/n]*VIN；

所述第一开关和所述第四开关断开，所述第六开关和所述第二开关合上可实现VOUT＝[(2n-2)/n]*VIN；

所述第一开关和所述第四开关断开，所述第k个开关和所述第二开关合上可实现VOUT＝[(n+1)/n]*VIN；

所述第三开关、所述第五开关至所述第k个开关断开，所述第一开关S1、所述第四开关S2和所述第二开关S4合上可实现VOUT＝VIN。

6.根据权利要求5所述的控制音频功率放大器输出电压的方法，其特征在于，所述的n是整数。