CN1379867A - 用于组合桥式放大器的分支电源 - Google Patents

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Abstract

一种组合桥式放大器,其中用于该桥式放大器的电源包括取决于输入信号的一个时变不接地基准DC电压源。一种低压电源电路使用了该时变不接地基准DC电压,以产生一个固定的DC电压,低压电源电路还包括一个中心调整块,它通过提供平衡电流,可以消除会损害时变不接地基准DC电压的不平衡的DC电压。这就消除了价格昂贵的变压器。使用具有含寄生电容的一个变压器的隔离放大器来提供安全隔离。改进的共模噪声的消除是通过对隔离放大器进行配置来实现的,这样,在共模噪声电压下对寄生电容进行充电的电流就会消除变压器次级绕组内的噪声电流。

Description

用于组合桥式放大器的分支电源
本发明涉及用于放大器的电源电路。尤其是，本发明涉及一种改进了的电路，用于向组合桥式放大器提供电源。
在美国专利No.5,075,634中公开了一种组合桥式放大器。这种放大器包括一个单端D类放大器与一个线性AB类桥式放大器的一种组合。D类放大器的输出为桥式放大器提供电源电压。这种电源电压依赖于所要放大的信号，它会在桥式放大器的输出电压电源上产生一个小的电压降。这会大大减小电压源内的功率损耗，并提供具有AB类型性能的高效放大器。
在美国专利No.5,510,753中公开了第二种组合桥式放大器。这种放大器提供了一种用于D类放大器的闭合环路控制系统，它改善了放大器的性能，并消除了对已有技术中所需的时延器件的需求。另外，这种放大器还加入了可保护输出级的电流过载保护以及热过载保护级。
在这些已知的组合桥式放大器的每一种放大器中，存在用于调节以及控制由分别所产生的低电压电源干线来供电的电子设备的信号。这些独立干线的产生需要使用电源变压器以及附加电路。可以通过从用于向桥式放大器供电的供电干线中产生低电压电源干线来减少组合桥式放大器的费用。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进了的组合桥式放大器，可以用比已有设备的制造成本低的费用制造它。
依据本发明的一个方面，提供了一种电源电路，用于从一个时变不接地基准DC电压中产生一个固定的DC电压，它包括：
(a)第一和第二电压输入端，用于接收所述时变不接地基准DC电压；
(b)第一和第二电压输出端，用于输出所述固定的DC电压；
(c)与所述第一和第二电压输入端相连，并与所述第一和第二电压输出端相连的一个调节器块，它具有一个输出电压固定块以及一个电压降块；以及
(d)一个中心调整块，用于消除所述第一和第二电压输入端处不平衡的DC电压，所述中心调整块与所述第一和第二电压输入端相连，并包括用于建立一个偏置电压的偏置点块，以及与所述偏置点块相连的电流补偿块，用于响应提供电流以平衡在所述第一和第二电压输入端处电压的所述偏置电压。
依据本发明的另一个方面，提供了一种安全隔离电路，它包括：
(a)一个信号输入端，用于接收来自输入设备的一个输入信号，其中所述输入设备具有小于1kΩ的源阻抗；
(b)一个信号输出端，用于输出与所述输入信号相应的一个隔离信号；
(c)包括一个输入放大器的一个输入块，该输入放大器具有输入放大器的输入和输出端，该输入块还包括耦合在所述输入放大器的输出端与所述信号输出端之间的一个耦合电容器；以及
(d)包括一个隔离变压器的一个隔离块，该变压器具有包含一个初级起始端以及一个初级结束端的一个初级绕组，以及具有一个次级起始端以及一个次级结束端的一个次级绕组，在所述绕组之间存在的寄生电容可被表示为所述初级端之间的一个起始端电容以及所述结束端之间的一个结束端电容，所述初级绕组连接在所述信号输入端，所述次级绕组通过第一和第二电阻器与所述输入放大器的输入端相连，将所述输入放大器连接为一个差动放大器，并对所述隔离变压器进行选择，使得起始端电容和结束端电容中的每一个都小于10pF，并使得起始端电容和结束端电容之间的差小于0.4pF。
依据本发明的又一个方面，提供了一种安全的隔离电路，它包括：
(a)一个信号输入端，用于接收一个输入信号；
(b)一个信号输出端，用于输出与所述输入信号相应的一个隔离信号；
(c)包括一个输入放大器的一个输入块，该输入放大器具有输入放大器的输入和输出端，该输入块还包括耦合在所述输入放大器的输出端与所述信号输出端之间的一个耦合电容器；以及
(d)包括一个隔离变压器的一个隔离块，该变压器具有初级以及次级绕组，所述初级绕组具有一个初级起始端以及一个初级结束端，所述次级绕组具有一个次级起始端以及一个次级结束端，在所述绕组之间有寄生电容，它被表示为所述初级端之间的一个起始端电容以及所述结束端之间的一个结束端电容，所述初级起始端通过一个电阻器与所述信号输入端相连，所述初级结束端与所述信号输入端相连，所述次级起始端与所述放大器输入端相连，所述次级结束端与所述输入放大器端相连，并与地相连，对所述隔离放大器进行配置，使得用共模噪声电压对所述寄生电容进行充电的电流能消除所述次级绕组内的共模噪声电流。
依据本发明的另外一个方面，提供了用于放大输入信号的一种放大器，所述放大器包括：
(a)一个信号输入端，用于接收来自输入设备的所述输入信号；
(b)与所述信号输入端相连的一个安全隔离电路，所述安全隔离电路块适于在信号输出端上提供与所述输入信号相应的一个信号；
(c)具有第一和第二电压输入端以及一个控制端的一个信号放大器块，所述控制端与所述信号输出端相连；
(d)一个AC电源整流块，用于在第一和第二DC电压端提供一个固定的DC电压；
(e)与所述第一和第二DC电压端相连的一个放大器电源块，用于依据所述输入信号，在所述第一和第二电压输入端产生一个时变不接地基准DC电压；
(f)与所述信号输入端以及所述放大器电源块相连的一个放大器电源控制电路，用于控制所述时变不接地基准DC电压；
(g)一个启动块，适于产生一个启动信号，并与所述放大器电源控制电路相连，所述放大器电源控制电路响应所述启动信号来控制所述放大器电源块，这样，在指定时间段，所述放大器电源块在所述第一和第二电压输入端产生一个固定的不接地基准DC电压；
(h)与所述第一和第二电压输入端相连的一种电子设备电源电路，用于从所述时变不接地基准DC电压中产生出在第一和第二电压输出端上的一个固定的DC电压。
图1显示了已有的组合桥式放大器的框图。
图2显示了已有的低电压电源块。
图3显示了依据本发明所实现的一个组合桥式放大器的框图。
图4是图3的低电压电源块的原理图。
图5是图3的启动电路的原理图。
图6是图3的隔离电路的第一实施例的原理图。
图7是图3的隔离电路的第二实施例的原理图。
首先，参见图1，它显示了一种典型的已有的组合桥式放大器20。本领域人员通过参考美国专利No.5,075,634以及该专利的说明书以及附图，就能理解这种桥式放大器的操作，这里，引入这篇文献仅供参考。以下，将会简要说明已有桥式放大器的操作。
已有的组合桥式放大器20包括一个输入端36、一个预处理电子设备块22、一个控制电子设备块24、一个AC电压源VAC、一个放大器电源整流块26、一个放大器电源块28、一个桥式放大器块30以及一个低电压电源块60。
AC电压源VAC一般是家用AC电力线。放大器电源整流块包括一个电源变压器52和一个整流器56。电源变压器52的次级绕组54以及整流器56是以公知的方式配置的，以便对由AC电压源VAC提供的电压进行降压以及整流，从而可在端子57和58上分别提供正的和负的DC电压+VDC以及-VDC。
在工作时，输入信号Vin(一般是一个音频输入信号)耦合到输入端36。这一输入信号直接到达可能包括有一个前置放大器的预处理电子设备块22。在端子34处，预处理电子设备块22的输出分路。
经过预处理的信号的一部分被直接送到桥式放大器块30，该桥式放大器包括一个电压增益/分相器块42以及一个功率增益级44。端子34和桥式放大器块30之间的连接还可以包括一个时延级(未示出)，这取决于组合桥式放大器的结构。由电压增益/分相器块42对经预处理的信号进行分相以及放大，以便控制包含功率增益级44的可控电压源(它们中的每一个都可以包括一个晶体管)V1到V4。可控电压源V1到V4被连接于一个桥式结构中。功率增益级44的输出出现在端子48和50上，并驱动一个负载或扬声器46。功率增益级44基本上是由被驱动为彼此相差180度相差的两个推挽放大器构成的。在输入信号Vin′的半个周期内，可控电压源V1和V4接通，电流沿实线A所示的一个方向流过负载46。在另外半个周期，可控电压源V2和V3接通，电流沿虚线B所示的另外一个方向流过负载46。(在美国专利No.5,075,634中充分说明了对桥式放大器块30的操作以及设计。)
经预处理的信号的另一部分直接到达控制电子设备块24，该设备在端子59上提供一个与输入信号Vin相应的经脉冲宽度调制的门驱动信号。这个经脉冲宽度调制的门驱动信号用于控制放大器电源块28，该放大器电源块能分别从端子57和58的DC电压+VDC和-VDC中产生正和负的放大器电源干线+VAMP和-VAMP，并使其分别出现在端子38和40上。这些电源干线(在端子38和40上)是时变的，并在任何时候对地都是对称的(即它们有相同的幅度以及相反的极性)，在美国专利No.5,075,634中详细说明了控制电子设备块24以及放大器电源块28的操作。
已有技术的组合桥式放大器20的预处理电子设备块22以及控制电子设备块24都是由单独的电源供电的，这些电源是从低压电源块60内的AC电压源VAC而独立产生的。
接下来，请参见图2，图2详细显示了已有技术的低压电源块60。该低压电源块60是由变压器52的次级绕组62、二极管63到66、电容器67和68以及调节器69和70构成的。
次级绕组62、二极管63到66以及电容器67和68被连接为所示的两个电压整流器，其工作原理为本领域人员所熟知。这些整流器的在端子71和72上的输出是两个经整流的DC电压干线。
调节器69和70是可选的，它可以包括附加的电压处理电子设备，以便对端子71和72上的电压进行升压或降压。本领域技术人员能够设计出适合于桥式放大器20的具体应用的调节器。调节器的输出将是分别出现在端子73和74上的低压电源干线+VCC以及-VCC。如果不需要对经整流的DC电压电源的附加调节，则端子71和72可以分别直接连接到端子73和74上。电压干线的输出，即端子73处的+VCC以及端子74处的-VCC，用于向预处理电子设备块22和控制电子设备块24提供电源。
次级绕组62的中间抽头连接到端子76的接地端。这种连接为在控制电子设备块24和预处理电子设备块22内所产生的接地电流提供了返回通路。对与次级绕组54无关的次级绕组62的使用，使得低压电源块60由放大器电源块28而浮动。结果，在控制电子设备块24或预处理电子设备块22内所产生的任何接地电流都不会影响放大器电源块28的操作、放大器电压或放大器电源干线+VAMP以及-VAMP。这与放大器电源干线+VAMP以及-VAMP无关，且低压电源干线+VCC以及-VCC是确保放大器电源干线对地对称所必须的。如果放大器电源干线+VAMP以及-VAMP对地不对称，则跨在负载46上的正负电压摆幅是不相等的。如果放大器被用作音频放大器，则将会导致输出波形的失真。
虽然已有的组合桥式放大器效率非常高，但由于它需要具有几个独立次级绕组的昂贵的电源变压器，因而这种放大器很贵。通过从放大器电源块28所产生的时变放大器电源干线+VAMP以及-VAMP中分路出低压电源干线+VCC以及-VCC，可以消除对电源变压器的这种需求。
接下来，请参见图3，它显示了依据本发明的一种改进了的组合桥式放大器120。
这种改进了的组合桥式放大器120包括一个输入端136、一个安全隔离块190、一个预处理电子设备块122、一个控制电子设备块124、一个AC电压源VAC、一个AC电源整流块126、放大器电源块128、低压电源块160、一个桥式放大器块130以及一个启动块180。
经改进的组合桥式放大器120的稳定状态的操作基本上与已有组合桥式放大器20的操作相同。预处理电子设备块122、AC电压源VAC、放大器电源块128以及桥式放大器块130的操作与已有技术中的组合桥式放大器20中的类似部件相同。控制电子设备块124的操作基本上与已有技术中的控制电子设备块24相同，其修改将在以下讨论。
AC电源整流块126包括与AC电压源VAC相连的一个整流器156。这里不再需要已有技术的AC电源整流块26中出现的变压器52。整流器156可以包括以已知方式构造的一个二极管桥(未示出)，以便将由AC电压源VAC所提供的AC电压整流为分别出现在端子157和158上的DC电压+VDC和-VDC。这些DC电压+VDC以及-VDC被直接送到放大器电源块128，其操作与已有技术中的相同部件的操作相同，能分别在端子138和140上产生放大器电源干线+VAMP以及-VAMP。
从AC电源整流块126中除去变压器52是本发明的一个主要优势。这允许可以以较低的成本制造具有较低重量的经改进的组合桥式放大器120。
在已有的组合桥式放大器20中，变压器52提供位于AC电压源VAC以及输入端36之间的安全隔离。由于在改进的组合桥式放大器120中没有使用变压器52，则用一个安全隔离块190来提供安全隔离。在以下将要详细说明安全隔离块190的操作。
已有技术的组合桥式放大器中的低压电源块60被经改进的组合桥式放大器120中的低压电源块160所替代。正如以下将要详细说明的那样，低压电源块160从时变正负放大器电源干线+VAMP以及-VAMP中产生出低压电源于线+VCC以及-VCC。
在经改进的组合桥式放大器120的稳定状态的操作中，控制电子设备块120、预处理电子设备块122以及由改进的组合桥式放大器120的特定应用所需的其它部件将由低压电源干线+VCC以及-VCC供电。
本领域人员将会认识到这种结构会在经改进的组合桥式放大器首次接通时产生一个问题。在对控制电子设备块124供电之前，不能产生正和负的放大器电压干线+VAMP以及-VAMP，且在产生出由放大器电压干线+VAMP以及-VAMP分路出的低压电源干线+VCC以及-VCC之前，所述控制电子设备块124不能工作。这一问题可以通过增加启动控制块180，并将启动控制块180以及控制电子设备块124都连接到AC电源整流块156在端子157处的输出+VDC而得以解决。
在改进的组合桥式放大器120的启动操作过程中，启动控制块180在端子182上产生了一个启动信号。启动信号被直接送到控制电子设备块124。响应该启动信号，控制电子设备块124产生了一个预编程启动脉冲宽度调制的一个门驱动信号。该预编程启动脉冲宽度调制的门驱动信号被直接送到放大器电源块128，使放大器电源块128产生正和负的放大器电压干线+VAMP以及-VAMP。之后，低压电源块160在低压电压源干线+VCC以及-VCC上产生相应的电压。一旦经历了足够的时间，则就产生了上述这些电压，启动控制块180消除了端子182中的启动信号，控制电子设备块124进入稳定工作状态，并由低压电源干线+VCC以及-VCC供电。
在启动操作中，将要花费一些时间来建立放大器电压干线+VAMP以及-VAMP，因此，也要花一些时间来稳定低压电源干线+VCC以及-VCC。结果，提供给放大器块130的电源可能不稳定。由于预处理电子设备是由低压电源干线+VCC以及-VCC来供电的，因而出现在端子134上的预处理信号也可能不稳定。如果出现这些不稳定条件中的任何一条，或两条全部出现，其结果是：跨在负载146上的桥式放大器块130的输出可能不稳定。为了保护扬声器146，也为了防止不需要的输出暂态，向桥式放大器块130中加入了静噪电路184。静噪电路184将禁止组合桥式放大器120的输出，直到稳定了放大器电压干线+VAMP和-VAMP以及低压电源干线+VCC和-VCC。也可将静噪电路设计为在放大器为关闭状态时，对改进的组合桥式放大器的输出执行静噪，以便同样能避免不需要的输出暂态。静噪电路在本领域是公知的，在这里就不再说明静噪电路184的设计。本领域人员可以设计出适合于其中使用了改进的组合桥式放大器的特定应用的静噪电路184。低压电源块160(图4)
现在，将参照图4来说明低压电源块160的结构和操作，图4以框图形式显示了低压电源块160。
低压电源块160包括中心调整块200以及调节器块202。
在已有技术的组合桥式放大器20中，构成一个整流器网络的低压电源块60(图2)是由二极管63到66以及电容器67和68组成的，以便将AC输入电压整流为出现在端子71和72上的DC电压。在改进的组合桥式放大器160中，低压电源块160接收来自放大器电源块128的端子138和140上的放大器电源干线+VAMP和-VAMP的DC电压。因而消除了对整流器网络的需求。
调节器块202对由放大器电源块128在端子138和140上提供的时变DC电压+VAMP和-VAMP分别进行降压，以分别产生出现在端子173和174上的低压电源干线+VCC和-VCC。
调节器块202是由两个齐纳二极管220和222、两个电阻器224和226以及两个晶体管228和230构成的。晶体管228的集电极与端子138相连。电阻器224跨接在晶体管228的集电极和基极之间。齐纳二极管220的负极与晶体管228的基极相连，齐纳二极管220的正极与地相连。在端子173上的电压应当等于齐纳二极管220的电压减去晶体管228的基极-发射极结点上的电压降。任何不需要的电压通过晶体管228和电阻器224下降。这样，可通过选择齐纳二极管220而精确控制端子173上的电压。齐纳二极管222、电阻器226以及晶体管230以相似的方式连接，以便在端子174上提供一个可控电压。
虽然显示了具有晶体管228和230的调节器块202，但也可使用串联连接的部件来降低端子138和173之间的或端子140和174之间的不需要的电压。如果控制电子设备块124以及预处理电子设备块122以及由低压电源干线+VCC和-VCC供电的任意其它设备的负载电流足够低，则可以完全去除串联连接的部件。这样，端子173将连接在电阻器224和齐纳二极管220之间，端子174将连接在电阻器226和齐纳二极管222之间。经过电阻224和226可以降低任何不需要的电压。
本领域技术人员将能认识到端子138处的电压+VAMP必须超过齐纳二极管220的指定电压，与此相似，端子140处的电压-VAMP必须小于齐纳二极管222的负指定电压(即，-VD)。如果这些条件中的任何一条不满足，则无法调整相应的晶体管228或230，且不再调整端子173或174上的电压。
因此，必须调整控制电子设备块124，以确保由放大器电源块128在端子138和140上产生的电压+VAMP和-VAMP能满足这些最小以及最大电压需求。虽然，这种做法会(当输入电压为低电平时，通过增加桥式放大器144的电源电压和跨接电阻146的输出电压之间的峰值储备)降低改进的组合桥式放大器120的效率，但可用降低改进了的组合桥式放大器120的成本来补偿这种效率损耗。本领域人员将能对控制电子设备块作出这些修改。
为减小由放大器电源干线+VAMP和-VAMP必须总是保持指定最小电压电平的需求而引起的效率损耗，必须对控制电子设备块124和预处理电子设备块122进行改变，使其工作于尽可能低的电压之下。
最好是从时变放大器电源干线+VAMP和-VAMP中而不是从AC电源整流块126在端子157和158上所产生的固定的DC电压+VDC和-VDC中产生低压电源干线+VCC和-VCC。本领域人员将能认识到DC电压+VDC和-VDC的幅值将总是比时变DC电压+VAMP和-VAMP的要高。因此，如果DC电压+VDC和-VDC被用于产生低压电源干线+VCC和-VCC，则只得在调节器块202上降一个较大的电压，这会增加改进的组合桥式放大器120的电源损耗。
如前所述，放大器电源干线+VAMP和-VAMP必须对地是对称的。在已有技术的组合桥式放大器中，电源是(由放大器电源块28)对桥式放大器44和(由低压电源块60)对控制电子设备块24和预处理电子设备块22分别供电的。本领域人员将能理解桥式放大器44的桥输出级允许负载46中产生的全部负载电流从桥式放大器44的端子38处的正电源输入端直接流到端子40处的负电源输入端。结果，在桥式放大器44内没有产生相关的接地电流，放大器电源块不必适于除去任何这类的接地电流，例如参考放大器电源干线+VAMP和-VAMP对地电流。
控制电子设备块24以及预处理电子设备块22产生接地电流，且如上所述，通过次级绕组62的中间抽头，提供了用于这种接地电流的回路。在改进的组合桥式放大器120中，这些接地电流将通过调节块202被直接送到放大器电源块128。结果，放大器电源干线+VAMP和-VAMP变为相对于地来说是不对称的。
可通过中心调整块200(图4)来解决这一问题，它将会补偿控制电子设备块124和预处理电子设备块122中所产生的不平衡接地电流，这种补偿是通过创建时变放大器电压干线+VAMP和-VAMP中的任何不平衡电流可以与之相比较的一个偏置点，并将一个补偿电流加到适当的放大器电压干线+VAMP或-VAMP上而实现的。中心调整块是由电阻器204、206、210和212、放大器208、NPN晶体管214以及PNP晶体管216构成。其电阻必须相等的电阻器204和206串联连接在端子138和140之间。放大器208的非反相输入端连接在电阻器204和206之间的端子217上。被连接为非反相放大器的放大器208的增益受电阻器210以及电阻器212的控制，电阻器210连接在放大器208的反相输入端和地之间，电阻器212连接在放大器208的负输入端和输出端之间。放大器208的输出端连接端子218。晶体管214和216的基极输入也连接到端子218。NPN晶体管214的集电极连接到端子138的+VAMP线上，晶体管214的发射极连接到地。PNP晶体管216的集电极连接到端子140的-VAMP线上，晶体管216的发射极接地。
中心调整块200的操作如下。如果在控制电子设备块124或预处理电子设备块122中或任何从放大器干线+VAMP或-VAMP(或是直接或是通过由低压电源块160所产生的低压电源干线+VCC或-VCC)接收其电源的其它部件中产生了不平衡电流(即接地电流)，则放大器干线+VAMP或-VAMP对地将是不对称的。这将使端子217上的电压为非零。这一非零电压将被放大器208放大，且所得到的将会出现在端子218上的经放大的电压被用于控制晶体管214和216的操作。如果端子218上的电压为正，则晶体管214将工作于其有效区域，并消耗来自正放大器电压干线+VAMP的电流。如果端子218上的电压为负，晶体管216将工作于其有效工作区，并向负放大器电压干线-VAMP上加入电流。本领域人员也可以为电阻器210和212选择适当的电阻，以确保中心调整网络对放大器电源干线+VAMP和-VAMP中的任何不平衡电流不会补偿过多或补偿不足。
如此，即使缺少用于时变放大器电源干线+VAMP和-VAMP的接地参考，中心调整块200也能有效参考由调节器块202所产生的低压电源干线+VCC和-VCC对地的电压。结果，通过中心调整网络，在控制电子设备块124或预电子设备块122中产生的任何不平衡电流都能得到补偿，且放大器电压干线+VAMP和-VAMP对地将保持对称。另外，中心调整网络将补偿功率增益级144内产生的任何不平衡电流，减小对具有精确平衡的电压源(V1到V4)的需求，并允许功率增益级的结构具有不太昂贵的部件。
如果改进的组合桥式放大器120的性能标准允许，则可以制造没有放大器208和电阻器210以及212的中心调整网络。在这种情况下，端子217和218连接在一起，并连接到晶体管214和216的基极。这种结构对放大器电压干线+VAMP和-VAMP对地的任何不对称不太敏感，但可以以较低的成本制造它。启动控制块180(图5)
接下来请参见图5，它详细显示了启动块180。启动块180是由端子240和182、电容器242、电阻器244、二极管246以及NPN晶体管248构成的。
如上所述，端子240连接到整流器156在端子157上的正DC输出电压+VDC上。电容器242连接在端子240和晶体管248的基极之间。电阻器248连接在晶体管248的基极和地之间。二极管246的负极连接到晶体管248的基极，二极管246的正极连接到地。晶体管248的发射极连接到地，晶体管248的集电极连接到端子182。端子182连接到控制电子设备块124上，它能确保端子182通过上拉电阻器连接到+VDC。
当改进的组合桥式放大器首先被接通时，启动块180向控制块124提供了一个启动信号。在放大器电源块经历了足够的时间以后，产生启动信号，在控制电子设备块124的控制下，产生放大器电源干线+VAMP和-VAMP，以及用于低压电源块以产生低压电源干线+VCC和-VCC，并用于所有电压干线以使其变得稳定。
启动控制块180的操作如下。如上所述，当改进的组合桥式放大器接通时，放大器电源整流块126将会在端子157和158上产生正和负的DC电压+VDC和-VDC。(与端子157相连的)端子240上的正DC电压将会对电容器242充电，使得晶体管248导通。端子182上的电压将会下降。端子182上的这种低电压包括启动信号。电容器242将会通过电阻器244向地放电，最终，晶体管248的基极电压会落到晶体管248的基极-射极电压以下，使得晶体管248截止。这样，如上所述，通过上拉电阻器，集电极电压将会被拉高，使启动信号终止。二极管246确保晶体管248的基极电压保持高于晶体管248的基极-射极电压，同时电容器242放电。
启动信号的长度将依赖于改进的组合桥式放大器的具体应用，本领域人员将能通过选择电容器242和电阻器244来确保启动信号不会在电压干线+VAMP、-VAMP、+VCC和-VCC变为稳定之前就终止。输入信号隔离块190(图6)
现在，请参见图6，它详细显示了安全隔离块190的第一实施例。
在已有技术的组合桥式放大器20中，安全隔离是由电源变压器52提供的。如上所述，在改进的组合桥式放大器120中没有使用这种变压器，而是由安全隔离块190来替代其提供安全隔离。
安全隔离块190是由电流变压器电路260、输入电路262以及伺服电路264构成的。
电流变压器电路260是由电阻器270和271以及变压器272构成的。变压器272具有一个初级起始端326、一个初级结束端325、一个次级起始端277以及一个次级结束端278。如图所示，电阻器270和271与变压器272的初级绕组串联连接，并跨接在端子136a和136b上。该端子上耦合有输入信号Vin。电阻器270和271把表示将要作为电压被放大的信号的电压输入信号Vin′转换为一个电流信号。变压器272将这一电流信号转换为一个经隔离的与之成比例的出现在端子277和278上的电流信号。如果输入信号Vin未被转换为电流信号而被直接输入到变压器272，(如下所述)输入电路262改变为一个电压驱动电路，则变压器272的作用是一个电压变压器，并将无任何失真地支持大的伏特-秒。这种变压器很贵，并会增加改进的组合桥式放大器120的费用。将输入信号Vin转换为一种电流信号允许使用对输入信号具有极小失真的不太贵的变压器。变压器272在输入端子136和AC电压源VAC之间提供安全隔离。
输入电路262包括电阻器282和284、电容器286和包含有一个运算放大器的差动放大器280。端子277与差动放大器280的反相输入端相连，端子278与差动放大器280的非反相输入端相连。电阻器284连接在差动放大器280的非反相输入端和地之间。电阻器282作为一个反馈电阻器连接在差动放大器280的输出端和反相输入端之间。电容器286连接在差动放大器280的输出端与(同预处理电子设备块122相连的)端子176之间。
可以选择地，使端子277和278通过一对电阻器(未示出)连接到差动放大器280的反相以及非反相输入端。这些电阻器对防止通过静电放电而损坏差动放大器280是非常有用的。如果使用这种电阻器，它们的电阻必须最小化，以确保变压器272的次级绕组由于差动放大器280的非反相和反相端子之间的实际短路而有效终止。如果这些电阻未经最小化，则输入电路262用作一个电压驱动电路。
输入电路262将通过变压器272次级绕组的电流转换为经放大的依赖于输入Vin′的信号，通过电容286出现在端子176上。在输入电路中使用差动放大器280提供了一种高共模噪声滤除比，它减小了变压器272上的寄生电容所引入的任何一种共模电流的影响。已发现，如果选择变压器272，使其具有较低的寄生电容，则共模噪声滤除比可得到改善。该电容可以用两个性质不同的、集总的、等效器件来表示。在这里被定义为起始端电容的第一种器件，位于初级起始端326和次级起始端277之间。在这里被定义为结束端电容的第二器件，位于初级结束端325和次级结束端278之间。最好是，这些电容中的每一个都小于10pF，且提供输入信号Vin的设备的源阻抗小于1kΩ。如果起始端电容和结束端电容之间的差超过0.1pF，则经过改善的共模噪声滤除比的益处就会变小。如果该差超过0.4pF，则这种益处基本上就会消失。
变压器272一般都有一个相对于反馈电阻器282的低DC阻抗。结果，差动放大器280的输出就有可能受到DC偏移的影响。可通过选择适当的反馈电阻器282以及用于差动放大器280的适当的运算放大器来减小这种影响，且这种选择是在本领域人员的能力之内的。还可以通过电容器286来进一步减小DC偏移的影响。电容器286用作一个AC耦合器，它将滤除差动放大器280输出中的DC分量。
如果DC偏移相对较大，它将大大限制差动放大器的动态范围，并因此限制可由改进的组合桥式放大器120所放大的输入信号Vin的动态范围。为校正这种大的DC偏移，可以加入一个伺服电路264。
伺服电路包括一个运算放大器290、电阻器292、294、296和298以及电容器300。电阻器298连接在运算放大器290的非反相输入端和差动放大器280的输出端之间。电容器300连接在运算放大器290的非反相输入端和地之间。电阻器296连接在运算放大器290的反相输入端和地之间。电阻器292是一个连接在运算放大器290的输出端和反相输入端之间的反馈电阻。电阻器294将运算放大器290的输出耦合到差动放大器280的反相输入。
如下所述，伺服电路264积极地从差动放大器280的输出中消除DC偏移。电阻器298和电容器300用作一个低通滤波器，它能使差动放大器280的输出中的平均DC偏移直接到达运算放大器290的非反相输入端。运算放大器290被配置为一个非反相放大器，可用已知的方式用电阻器292和296对其增益进行控制，运算放大器290的输出是一个与差动放大器280的输出中的平均DC偏移相应的经放大的DC信号。这个经过放大的DC信号通过电阻器294被直接送到差动放大器280的反相输入端，并能被从差动放大器280的输出中有效地减去。
接下来，请参见图7，它显示了安全隔离块190’的第二实施例，它可以改善共模噪声滤除。图7中那些与图6中同样器件相应的器件都具有相同的参考号。安全隔离块190’包括一个电流变压器电路322、一个输入电路320以及一个伺服电路264。伺服电路264相对于图6中的实施例保持不变，因此将不再说明。
电流变压器电路322包括一个变压器324以及连接在输入端136a和变压器324的初级绕组一侧之间的一个电阻器270。变压器324的初级绕组的另一侧连接到输入端136b的输入信号Vin的信号接地端。变压器的次级绕组跨接在端子277和278之间。端子278连接到地。如果设计变压器324的几何形状使得借助于变压器324的初级绕组中的电流，使(参照图6所定义的)通过起始端电容的电流以及(参照图6所定义的)通过结束端电容的电流可以大大消除在变压器324的次级绕组内磁场产生的电流，则可最好地实现由安全隔离电路的这一第二实施例190’所提供的经过改善的通用噪声滤除比。这在图7中用在变压器324的初级起始端子326以及次级起始端子277旁边的极性点来表示。在第二实施例190’中，不必确保起始端子电容和结束端子电容相等。即便两个电容之间的比值高达10比1(或1比10)，也会保持经改善的共模噪声滤除的益处。但是，在所显示的几何结构中，起始端子电容和结束端子电容最好都小于6pF。理想地，这两个电容都小于3pF。
输入电路320是由差动放大器280、电阻器282以及电容器286构成的。电阻器282和电容器286连在一起，并以与图6中的实施例相似的方式工作，因此在这里不再需要进一步的解释。差动放大器280的反相输入端与端子277相连，差动放大器280的非反相端子与地连接。输入电路320在端子176上提供了一个放大信号，该放大信号与以与图6中的输入电路262相同的方式在端子136a和136b上所接收的输入信号Vin相应。
应当注意，虽然在图6和7中公开了某种几何结构，但只要对跨接在具有共模噪声电压的变压器上的寄生电容进行充电的电流能消除该变压器的次级绕组内的噪声电流，也可以使用其它的几何结构。充电电流或肩负这一任务所必须的电流可以是起始电容、或结束电容，或是这两者的组合。依据几何结构，寄生电容可以具有除上述所例举的数值之外的值。
虽然所说明的本发明的实施例具有对音频信号进行放大的特定的应用，但对本领域人员来说，很明显，本发明也可用于其它环境以及那些落入本发明的主旨和范围的其它实施例中，正如以下权利要求书中所定义的那样。

Claims (27)

1.用于从时变不接地基准DC电压中产生一个固定DC电压的一种电源电路，包括：
(a)第一和第二电压输入端，用于接收所述时变不接地基准DC电压；
(b)第一和第二电压输出端，用于输出所述固定DC电压；
(c)与所述第一和第二电压输入端相连并与所述第一和第二电压输出端相连的一个调节器块，它具有一个输出电压固定块以及一个电压降块；以及
(d)一个中心调整块，用于消除在所述第一和第二电压输入端上的不平衡DC电压，所述中心调整块与所述第一和第二电压输入端相连，并包括一个偏置点块以及一个电流补偿块，偏置点块用于建立一个偏置电压，电流补偿块与所述偏置点块相连，并响应用于提供电流的所述偏置电压，以便平衡在所述第一和第二电压输入端上的电压。
2.如权利要求1的电源电路，其特征在于所述中心调整块包括用于将所述偏置电压与地进行比较的一个电路。
3.如权利要求1或2的电源电路，其特征在于所述输出电压固定块以及电压降块包括一个电路，用于固定所述第一和第二电压输出端上的电压。
4.如权利要求1的电源电路，其特征在于所述输出电压固定块包括第一和第二齐纳二极管，所述电压降块包括第一和第二电压降电阻器，所述第一电压降电阻器连接在所述第一电压输入端和所述第一齐纳二极管的负极之间，所述第一齐纳二极管的正极连接到所述第二齐纳二极管的负极，并连接到地，所述第二电压降电阻器连接在所述第二齐纳二极管的正极和所述第二电压输入端之间，所述第一齐纳二极管的负极连接到所述第一电压输出端，所述第二齐纳二极管的正极连接到所述第二电压输出端上。
5.如权利要求4的电源电路，其特征在于所述输出电压降块还包括一个N型电压降晶体管以及一个P型电压降晶体管，所述N和P型电压降晶体管中的每一个都具有一个基极输入端、一个发射极输出端以及一个集电极输出端，所述N型电压降晶体管的基极输入端连接到所述第一齐纳二极管的负极，所述N型电压降晶体管的集电极输出端连接到所述第一电压输入端，所述N型电压降晶体管的发射极输出端连接到所述第一电压输出端，P型电压降晶体管的基极输入端连接到所述第二齐纳二极管的正极，所述P型电压降晶体管的集电极输出端连接到所述第二电压输入端，所述P型电压降晶体管的发射极输出端连接到所述第二电压输出端。
6.如权利要求1的电源电路，其特征在于所述偏置点块包括第一和第二电阻器，所述第一电阻器连接在所述第一输入电压端和一个偏置电压端之间，所述第二电阻器连接在所述偏置电压端和所述第二输入电压端之间，其中所述电流补偿块包括一个N型补偿晶体管以及一个P型补偿晶体管，所述补偿晶体管中的每一个都具有一个基极输入端、一个发射极输出端以及一个集电极输出端，所述N和P型补偿晶体管的基极输入端连在一起，并连接到所述偏置电压端，所述N型补偿晶体管的集电极输出端连接到所述第一电压输入端，所述P型补偿晶体管的所述集电极输出端连接到所述第二电压输入端，所述N和P型补偿晶体管的发射极输出端连接在一起，并连接至地。
7.如权利要求6的电源电路，其特征在于所述电流补偿块还包括一个放大器，该放大器连接在所述偏置电压块和所述N和P型补偿晶体管的基极输入端之间。
8.一种安全隔离电路，包括：
(a)一个信号输入端，用于接收来自输入设备的一个输入信号，其中所述输入设备具有一个小于1kΩ的源阻抗；
(b)一个信号输出端，用于输出与所述输入信号相应的一个隔离信号；
(c)包括一个输入放大器以及一个耦合电容器的一个输入块，所述输入放大器具有输入放大器输入和输出端，耦合电容器连接在所述输入放大器的输出端和所述信号输出端之间；以及
(d)包括一个隔离变压器的一个隔离块，该隔离变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，初级绕组具有一个初级起始端以及一个初级结束端，次级绕组具有一个次级起始端以及一个次级结束端，存在可被表示为所述初级端子间的起始端电容和所述结束端子间的结束端电容的所述绕组之间的寄生电容，所述初级绕组连接到所述信号输入端，所述次级绕组通过第一和第二电阻器连接到所述输入放大器输入端，所述输入放大器被连接为一个差动放大器，所述隔离变压器被选择为使起始端电容以及结束端电容中的每一个都小于10pF，并使得起始端电容和结束端电容之间的差小于0.4pF。
9.如权利要求8的安全隔离电路，其特征在于所述起始段电容和结束端电容之间的差小于0.1pF。
10.一种安全隔离电路，包括：
(a)一个信号输入端，用于接收一个输入信号；
(b)一个信号输出端，用于输出一个与所述输入信号相应的隔离信号；
(c)包括一个输入放大器和一个耦合电容器的一个输入块，该输入放大器具有输入放大器的输入和输出端，该耦合电容器连接在所述输入放大器输出端和所述信号输出端之间；以及
(d)包括一个隔离变压器的一个隔离块，所述变压器具有初级和次级绕组，所述初级绕组具有一个初级起始端以及一个初级结束端，所述次级绕组具有一个次级起始端和一个次级结束端，存在可表示为在所述初级端子之间的一个起始端电容以及在所述结束端之间的一个结束端电容的所述绕组之间的寄生电容，所述初级起始端通过一个电阻器连接到所述信号输入端，所述次级结束端连接到所述信号输入端，所述次级起始端连接到所述放大器输入端，所述次级结束端连接到所述输入放大器端，并连接到地，所述隔离放大器被配置为使得用共模噪声电压对所述寄生电容进行充电的电流能消除所述次级绕组内的噪声电流。
11.如权利要求10的安全隔离电路，其特征在于所述初级和次级绕组的所述第一端具有相同的极性，所述隔离放大器被如此选择，使得起始端电容与结束端电容的比值不超过10比1并不小于1比10，所述隔离放大器被如此选择，使得起始端电容和结束端电容中的每一个都小于6pF。
12.如权利要求11的安全隔离电路，其特征在于所述隔离放大器被如此选择，使得起始端电容和结束端电容中的每一个都小于3pF。
13.如权利要求8、9、10、11或12的安全隔离电路，其特征在于所述安全隔离电路还包括一个伺服补偿电路，用于消除来自所述隔离信号的DC分量，该伺服补偿电路包括一个低通滤波器以及具有伺服放大器输入和输出端的一个伺服放大器，所述低通滤波器连接在所述耦合电容器和所述伺服放大器输入端之间，所述伺服放大器输出端连接到所述输入放大器。
14.用于对输入信号进行放大的一个放大器，所述放大器包括：
(a)一个信号输入端，用于接收来自输入设备的所述输入信号；
(b)与所述信号输入端相连的一个安全隔离电路，所述安全隔离块适于在信号输出端上提供与所述输入信号相应的一个信号；
(c)具有第一和第二电压输入端以及一个控制端的一个信号放大器块，所述控制端连接到所述信号输出端；
(d)一个AC电源整流块，用于在第一和第二DC电压端上提供一个固定的DC电压；
(e)与所述第一和第二DC电压端相连的一个放大器电源块，用于在所述第一和第二电压输入端上产生依赖于所述输入信号的一个时变不接地基准DC电压；
(f)与所述信号输入端以及所述放大器电源块相连的一个放大器电源控制电路，用于控制所述时变不接地基准DC电压；
(g)适于产生一个启动信号并连接到所述放大器电源控制电路的一个启动块，所述放大器电源控制电路响应所述启动信号，以便控制所述放大器电源块，使得所述放大器电源块在所述第一和第二电压输入端上产生一个指定时间段的固定的不接地基准DC电压；
(h)与所述第一和第二电压输入端相连的一个电子设备电源电路，用于从所述时变不接地基准DC电压中产生出出现在第一和第二电压输出端上的一个固定的DC电压。
15.如权利要求14的放大器，其中所述电子设备的电源电路还包括：
(a)与所述第一和第二电压输入端相连并与所述第一和第二电压输出端相连的一个调节器块，它具有一个输出电压固定块以及一个电压降块；以及
(b)一个中心调整块，用于消除在所述第一和第二电压输入端上的不平衡DC电压，所述中心调整块连接到所述第一和第二电压输入端，并包括一个偏置点块以及一个电流补偿块，偏置点块用于建立一个偏置电压，电流补偿块与所述偏置点块相连，并响应用于提供电流的所述偏置点电压，以平衡在所述第一和第二电压输入端上的电压。
16.如权利要求15的放大器，其特征在于所述中心调整块包括用于将所述偏置电压与地进行比较的一个电路。
17.如权利要求15或16的放大器，其特征在于所述输出电压固定块和电压降块包括用于固定在所述第一和第二电压输出端上的电压的一个电路。
18.如权利要求15的放大器，其特征在于所述输出电压固定块包括第一和第二齐纳二极管，所述电压降块包括第一和第二电压降电阻器，所述第一电压降电阻器连接在所述第一电压输入端和所述第一齐纳二极管的负极之间，所述第一齐纳二极管的正极连接到所述第二齐纳二极管的负极，并连接到地，所述第二电压降电阻器连接在所述齐纳二极管的正极和所述第二电压输入端之间，所述第一齐纳二极管的负极连接到所述第一电压输出端，所述第二齐纳二极管的正极连接到所述第二电压输出端。
19.如权利要求18的放大器，其特征在于所述输出电压降块还包括一个N型电压降晶体管和一个P型电压降晶体管，所述N和P型电压降晶体管中的每一个都具有一个基极输入端、一个发射极输出端以及一个集电极输出端，所述N型电压降晶体管的基极输入端连接到所述第一齐纳二极管的负极，所述N型电压降晶体管的集电极输出端连接到所述第一电压输入端，所述N型电压降晶体管的发射极输出端连接到所述第一电压输出端，所述P型电压降晶体管的基极输入端连接到所述第二齐纳二极管的正极，所述P型电压降晶体管的集电极输出端连接到所述第二电压输入端，所述P型电压降晶体管的发射极输出端连接到所述第二电压输出端。
20.如权利要求15的放大器，其特征在于所述偏置点块包括第一和第二电阻器，所述第一电阻器连接在所述第一输入电压端和偏置电压端之间，所述第二电阻器连接在所述偏置点电压端和所述第二输入电压端之间，其中所述电流补偿块包括一个N型补偿晶体管以及一个P型补偿晶体管，所述补偿晶体管中的每一个都具有一个基极输入端、一个发射极输出端以及一个集电极输出端，所述N和P型补偿晶体管的基极输入端连接在一起，并连接到所述偏置电压端，所述N型补偿晶体管的集电极输出端连接到所述第一电压输入端，所述P型补偿晶体管的集电极输出端连接到所述第二电压输入端，所述N和P型补偿晶体管的发射极输出端连接在一起，并连接到地。
21.如权利要求20的放大器，其特征在于所述电流补偿块还包括一个放大器，该放大器连接在所述偏置电压块和所述N和P型补偿晶体管的基极输入端之间。
22.如权利要求14的放大器，其特征在于所述安全隔离电路还包括：
(a)包括一个输入放大器和一个耦合电容器的一个输入块，该输入放大器具有一个输入放大器输入和输出端，以及该耦合电容器耦合在所述输入放大器输出端和所述信号输出端之间；以及
(b)包含一个隔离变压器的一个隔离块，该隔离变压器具有一个初级绕组以及一个次级绕组，初级绕组具有一个初级起始端以及一个初级结束端，次级绕组包括一个次级起始端以及一个次级结束端，在所述绕组之间存在可被表示为所述初级端子之间的一个起始端电容以及所述结束端子之间的一个结束端电容的一个寄生电容，所述初级绕组连接到所述信号输入端，所述次级绕组通过第一和第二电阻器连接到所述输入放大器的输入端，所述输入放大器连接为一个差动放大器，选择所述隔离变压器，使得起始端电容和结束端电容中的每一个都小于10pF，并使得起始端电容和结束端电容之间的差小于0.4pF，
其中所述输入设备的源阻抗小于1kΩ。
23.如权利要求22的安全隔离电路，其特征在于所述起始端电容和所述结束端电容之间的差小于0.1pF。
24.如权利要求14的放大器，其特征在于所述安全隔离电路还包括：
(a)包括一个输入放大器和一个耦合电容器的一个输入块，该输入放大器具有一个输入放大器的输入和输出端，以及该耦合电容器耦合在所述输入放大器输出端和所述信号输出端之间；以及
(b)包括一个隔离变压器的一个隔离块，该隔离变压器具有初级和次级绕组，所述初级绕组具有一个初级起始端和一个初级结束端，所述次级绕组具有一个次级起始端和一个次级结束端，在所述绕组之间存在可被表示为所述初级端子之间的一个起始端电容以及所述结束端之间的一个结束端电容的寄生电容，所述初级起始端通过一个电阻器连接到所述信号输入端，所述初级结束端连接到所述信号输入端，所述次级起始端连接到所述放大器的输入端，所述次级结束端连接到所述输入放大器端，并连接到地，如此配置所述隔离放大器，使得用共模噪声电压对所述寄生电容进行充电的电流能消除次级绕组内的噪声电流。
25.如权利要求24的放大器，其特征在于所述初级和次级绕组的所述第一端子具有相同的极性，如此选择所述隔离放大器，使得起始端电容和结束端电容之间的比值不超过10比1并不小于1比10，如此选择所述隔离放大器，使得起始端电容和结束端电容中的每一个都小于6pF。
26.如权利要求24的安全隔离电路，其特征在于如此选择所述隔离放大器，使得起始端电容和结束端电容中的每一个都小于3pF。
27.如权利要求22、23、24、25或26的放大器，其特征在于所述安全隔离电路还包括一个伺服补偿电路，用于从所述隔离信号中消除DC分量，该伺服补偿电路包括一个低通滤波器以及一个伺服放大器，伺服放大器具有伺服放大器的输入和输出端，所述低通滤波器连接在所述耦合电容器和所述伺服放大器输入端之间，所述伺服放大器输出端连接到所述输入放大器。
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