CN1525639A - 一种低失真d类放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明通过在比较器的正反馈回路中加入回差控制电路，在原负反馈积分器与比较器之间接入第二积分器，负反馈的取样点在输出级低通滤波器第一级巴特奥兹滤波器的输出端，并加入失真校正电路，使失真和辐射大幅降低。

Description

一种低失真D类放大器
所属技术领域
本发明涉及一种D类放大器。用于信号的功率放大，特别是音频信号的功率放大。
技术背景
现有的D类放大器包括自激和它激两类，自激D类放大器包括一个带有正反馈回路的比较器、一个积分器、PWM波功率放大输出级及输出低通滤波器。功率输出级输出的PWM波与输入信号相加，通过积分器反馈到带有正反馈回路的比较器调制出PWM波。现有的自激D类放大器的工作频率受到输入电压的影响，频率偏移过大，并使失真增大。它激D类放大器包括一个三角波发生器，一个比较器、一个积分器、PWM波功率放大输出级及输出低通滤波器。功率输出级输出的PWM波与输入信号相加，通过积分器反馈到比较器，三角波也同时输入比较器，调制出PWM波。现有它激D类放大器由于负反馈深度受到限制失真较大，另外两种D类放大器输出低通滤波器为级联的巴特奥兹滤波器，为了保证电感的线性，现有的滤波器都采用空心电感所以辐射较大，很难满足要求。为防止PWM波功率放大输出级功率开关器件正负两侧同时导通，产生贯通电流，开关期间需要设定死区时间，使得控制电路变得复杂，限制了工作频率的提高，并且增大了失真和功耗。另外两种D类放大器输出低通滤波器为级联的巴特奥兹滤波器，为了保证电感的线性，现有的滤波器都采用空心电感所以辐射较大，很难满足要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是限制自激D类放大器频率偏移，减小失真。解决PWM波功率放大输出级功率开关器件正负两侧同时导通，产生贯通电流，开关期间需要设定死区时间的问题，简化控制电路，提高工作频率。解决空心电感的问题，改善放大器的电磁兼容性。
本发明所采用的技术方案如下：
1、在比较器的正反馈回路中加入回差控制电路，使正反馈到比较器输入端的回差电压随输入电压，或者输出电压，或者PWM波的占空比的增加而减小。因为输入电压，或者输出电压，或者PWM波的占空比增加自激D类放大器的自激频率下降，正反馈到比较器输入端的回差电压减小，自激D类放大器的自激频率上升。这两种作用互相抵消，使自激D类放大器的自激频率波动保持在一个小的范围以内，并有效的减小失真。回差控制电路可以采取如下方式：输入信号全波整流后与一个直流电压相加后得到一个电压，将此电压反相得到另一个电压。用这两个电压对正反馈PWM波电压限幅得到回差电压。输入信号由输入电平，或者输出电平，或者PWM波经限幅滤波得到。
2、负反馈的取样点在输出级低通滤波器第一级巴特奥兹滤波器的输出端，负反馈积分器的输入电阻(R2)并联电容，(C4)反馈积分电容(C1)串联电阻，(R10)负反馈回路在低频段呈现积分特性，高频段呈现微分特性。负反馈取样点在第一级巴特奥兹滤波器的输出端，使第一级巴特奥兹滤波器的电感包括在负反馈环路之内，由此电感的非线性引起的失真可以通过负反馈得到校正，此电感可以有磁芯，并可以屏蔽，从而使辐射大大降低，体积大大减小。反馈回路的传输特性保证了负反馈的稳定性。
3、在原负反馈积分器与比较器之间接入第二积分器，第二积分器输入端接原积分器输出，输出通过低通滤波后耦合至比较器输入端，低通滤波器与第二积分器的连接顺序可以相反。增加第二积分器可以极大增加电路的反馈深度，从而大大减小失真。
4、将输入信号经波形波变换后耦合至比较器的输入端，或者比较器输出的PWM波经限幅和低通滤波后经波形变换耦合至比较器的输入端用来补偿放大器固有的失真。由于比较器，PWM波功率放大级的迟延引起的失真，由于反馈到比较器输入端的波形并非标准的三角波，会导致失真，通过以上措施可以有效降低这种原因引起的失真，特别是用比较器输出的PWM波经限幅和低通滤波后耦合至比较器的正输入端用来补偿放大器失真的同时，还有控制回差电压的作用，如果直接用来作为正反馈电压，则可以省去回差控制电路。
5、功率输出级正负两侧(K1、K2)功率开关器件的输出端分别接变压器(T1)的两端，变压器(T1)的中心抽头接输出端。变压器中两个线圈的耦合系数可以是任意值。当耦合系数降到零时，变压器的两个线圈可以用两个独立的电感取代。正电源侧的功率开关器件(K1)的输出端与负电源之间接有嵌位二极管(D13)，负电源侧的功率开关器件(K2)的输出端与正电源之间接有嵌位二极管(D14)。当正负两侧功率器件同时导通时正负电源加在变压器两端，并没有短接，所以不会有尖峰贯通电流，电流按一定斜率上升，斜率由电源电压和变压器电感决定，由于当正负两侧功率器件同时导通时间极短，所以电流很小，变压器吸收的能量通过二极管(D13、D14)回馈入电源，所以效率极高，由于此电路允许正负两侧功率器件同时导通，所以不必设置死区时间，控制电路的以简化，工作频率大大提高。
附图说明
图1是一个现有自激D类放大器的电路图。
图2是一个低失真自激D类放大器实施例的电路图。
图3是一个低失真自激D类放大器实施例的电路图。
图4是一个回差控制电路实施例的电路图。
图5是一个它激D类放大器实施例的电路图。
图6是一个PWM波功率输出级电原理图。
具体实施方式
图2是一个自激D类放大器的实施例的电路图，图中放大器A1、电容C1构成反馈积分器，积分器输出一路送入比较器A2，一路送入由放大器A3，电容C2构成的第二积分器，第二积分器的输出经电阻R6、电容C3低通滤波后耦合至比较器的输入端。比较器输出的PWM波经二极管D5、D6限幅，电阻R8、电容C4低通滤波后经电阻R9耦合至比较器输入端，补偿放大器的失真。调整电阻R9可使失真降至最低。在比较器的输出与正输入端之间接有回差控制电路，使正反馈到比较器输入端的回差电压随输入电平的增加而减小。二极管D1、D2、D3、D4器限副作用，保证放大器在放大方波时不出现过冲和限幅失真时放大器能稳定工作。
图3是一个自激D类放大器的实施例的电路图，图中负反馈的取样点在输出级低通滤波器第一级巴特奥兹滤波器的输出端，负反馈积分器的输入电阻R2并联电容C4，反馈积分电容C1窜连电阻R10，负反馈回路在低频段呈现积分特性，高频段呈现微分特性。输出一路送入比较器A2，一路送入由放大器A3，电容C2构成的第二积分器，第二积分器的输出经电阻R6、电容C3低通滤波后耦合至比较器的输入端。输入信号经过由放大器A4及其外围元件组成的电路进行相幅校正后，一路送入由电阻R11、R12二极管D7、D8组成的波形变换电路，经电阻R13耦合至比较器的输入端，补偿放大器的失真，一路送入回差控制电路。在比较器的输出与正输入端之间接有回差控制电路，使正反馈到比较器输入端的回差电压随输入电平的增加而减小。相幅校正的目的是使控制信号与比较器输出的PWM波保持相幅同步。二极管D1、D2、D3、D4器限副作用，保证放大器在放大方波时不出现过冲和限幅失真时放大器能稳定工作。
图4是一个回差控制电路实施例的原理图，图中1端是输入端，输入信号有三种来源，一种是放大器的输入信号，一种是经过相幅校正的输入信号，PWM波经限幅和低通滤波后的电压，1端输入的电压经放大器A5、A6二极管D9、D10整流，与电源电压按一定比例相加后通过A7，二极管D11输出，A7输出经A8反相后经二极管D12输出。2端输入的PWM波经二极管D11、D12限幅后，由3端输出耦合至比较器输入端。
图5是一个低失真自激D类放大器实施例的电路图。图中负反馈的取样点在输出级低通滤波器第一级巴特奥兹滤波器的输出端，负反馈积分器的输入电阻R2并联电容C4，反馈积分电容C1窜连电阻R10，负反馈回路在低频段呈现积分特性，高频段呈现微分特性。输出一路送入比较器A2，一路送入由放大器A3，电容C2构成的第二积分器，第二积分器的输出经电阻R6、电容C3低通滤波后耦合至比较器的输入端。三角波通过电阻R14耦合至比较输入端。
图6是一个PWM波功率输出级电原理图，图中，K1、K2功率开关器件，受PWM波控制轮流导通关断。K1、K2功率开关器件的输出端分别接变压器T1的两端，变压器T1的中心抽头接输出端。变压器的耦合系数可以是任意值，当耦合系数降到零时，变压器的两个线圈等效成两个独立的电感。正电源侧的功率开关器件K1的输出端与负电源之间接有嵌位二极管D13，负电源侧的功率开关器件K2的输出端与正电源之间接有嵌位二极管D14。

Claims (8)

1、一种自激D类放大器，包括一个带有正反馈回路的比较器，其特征是：在比较器的正反馈回路中加入回差控制电路，使正反馈到比较器输入端的回差电压随输入电平，或者输出电平，或者PWM波的占空比的增加而减小。
2、根据权利要求1所述的D类放大器中的回差控制电路，其特征是：输入信号全波整流后与一个直流电压相加后得到一个电压，将此电压反相得到另一个电压。用这两个电压对正反馈PWM波限幅得到回差电压。
3、根据权利要求2所述的D类放大器中的回差控制电路，其特征是：输入信号由输入电压，或者输出电压，或者PWM波经限幅滤波得到。
4、一种D类放大器，包括一个比较器、一个积分器、PWM波功率放大输出级及输出低通滤波器。其特征是：负反馈的取样点在输出级低通滤波器第一级巴特奥兹滤波器的输出端，负反馈积分器的输入电阻(R2)并联电容，(C4)反馈积分电容(C1)串联电阻，(R10)负反馈回路在低频段呈现积分特性，高频段呈现微分特性。
5、一种D类放大器，包括一个比较器、一个积分器、PWM波功率放大输出级及输出低通滤波器。其特征是：在原负反馈积分器与比较器之间接入第二积分器，第二积分器输入端接原积分器输出，输出通过低通滤波后耦合至比较器输入端，低通滤波器与第二积分器的连接顺序可以相反。
6、一种D类放大器，包括一个比较器、一个积分器、PWM波功率放大输出级及输出低通滤波器。其特征是：将输入信号经波形波变换后耦合至比较器的输入端，或者比较器输出的PWM波经限幅和低通滤波后经波形变换耦合至比较器的输入端，用来补偿放大器固有的失真，或者比较器输出的PWM波经限幅和低通滤波后耦合至比较器的输入端，用来补偿放大器固有的失真。
7、一种D类放大器，包括PWM波功率放大输出级及输出低通滤波器。其特征是：功率输出级正负两侧(K1、K2)功率开关器件的输出端分别接变压器(T1)的两端，变压器(T1)的中心抽头接输出端，正电源侧的功率开关器件(K1)的输出端与负电源之间接有嵌位二极管(D13)，负电源侧的功率开关器件(K2)的输出端与正电源之间接有嵌位二极管(D14)。
8、根据权利要求7所述的放大器中的变压器，其特征是：变压器中两个线圈的耦合系数可以是任意值。当耦合系数降到零时，变压器的两个线圈可以用两个独立的电感取代。
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