CN202261176U

CN202261176U - 定压音频功率放大器

Info

Publication number: CN202261176U
Application number: CN2011203914800U
Authority: CN
Inventors: 张巍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-10-14

Abstract

本实用新型公开了一种定压音频功率放大器，包括开关电源供电单元、D类功率放大单元、电流检测和保护单元、温度检测和保护单元和输出滤波单元；所述开关电源供电单元、D类功率放大单元和输出滤波单元依次连接，所述电流检测和保护单元、温度检测和保护单元分别连接开关电源供电单元、D类功率放大单元。通过本实用新型提供的定压音频功率放大器，节约了公知的定压音频功率放大器所采用方案通常使用的输入电压变压器和输出耦合变压器，大幅提高了定压音频功率放大器的电源利用率，使得放大器效率总体效率达到75%-85%；较大程度地降低了定压音频功率放大器的生产成本，极大地降低了定压音频功率放大器的体积和重量，从而直接降低了物流成本。

Description

定压音频功率放大器

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体地说，是涉及一种定压音频功率放大器。

背景技术

音频功率放大器简称“功放”，作用是放大调音台或周边设备（信号处理设备）送来的低电平音频信号，使它的输出功率足以驱动配接的扬声器负载。

目前，公知的定压音频功率放大器都根据外接4欧姆或者8欧姆负载时，额定输出功率的普通扬声器所需要的音频驱动电压来设计音频功率放大器的输出电压，然后通过一个输出耦合变压器将输出电压变压到广播扬声器需要的驱动电压级别。

公知的定压音频功率放大器，通常有4-16欧姆定阻扬声器输出、70V定压扬声器输出以及100V定压扬声器输出三组音频功率输出，这三组输出唯一的不同就是为了适应不同的扬声器驱动电压。在实际应用中，我们发现用户只会也只能使用其中的一种音频输出，因此，公知的定压拼音功率放大器会造成很大的浪费。同时，由于开关电源技术的成熟，D类功放器件的成熟（主要是MOSFET器件），音频功率放大器可以按照较高工作电压设计，不需要如以往一样音频功率放大器按较低工作电压设计，再由变压器将输出电压提高。

有鉴于此，现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种定压音频功率放大器，以解决现有技术中的定压音频功率放大器需要输入电压变压器和输出耦合变压器，从而造成电路复杂、成本高的问题。

为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下：

一种定压音频功率放大器，用于对一音频输入信号进行放大处理，并输出一音频输出信号，其中，所述定压音频功率放大器包括开关电源供电单元、D类功率放大单元、电流检测和保护单元、温度检测和保护单元以及输出滤波单元；

其中，所述开关电源供电单元、D类功率放大单元和输出滤波单元依次连接，所述电流检测和保护单元、温度检测和保护单元分别连接开关电源供电单元、D类功率放大单元。

所述的定压音频功率放大器，其中，所述开关电源供电单元包括一型号为IR2153的驱动芯片。

所述的定压音频功率放大器，其中，所述D类功率放大单元包括一型号为IRS2092S的转换芯片。

所述的定压音频功率放大器，其中，所述音频输出信号为70V定压输出信号或100V定压输出信号。

所述的定压音频功率放大器，其中，所述温度检测和保护单元包括温度开关和/或热敏电阻。

与现有技术相比，本实用新型提供的定压音频功率放大器包括开关电源供电单元、D类功率放大单元、电流检测和保护单元、温度检测和保护单元以及输出滤波单元；所述开关电源供电单元、D类功率放大单元和输出滤波单元依次连接，所述电流检测和保护单元、温度检测和保护单元分别连接开关电源供电单元、D类功率放大单元。通过本实用新型提供的定压音频功率放大器，节约了公知的定压音频功率放大器所采用方案通常使用的输入电压变压器和输出耦合变压器，大幅提高了定压音频功率放大器的电源利用率，使得放大器效率总体效率达到75%-85%；较大程度地降低了定压音频功率放大器的生产成本，极大地降低了定压音频功率放大器的体积和重量，从而直接降低了物流成本。

附图说明

图1为本实用新型的定压音频功率放大器的结构框图。

图2为本实用新型实施例的D类功率放大单元的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种定压音频功率放大器，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图，并举具体实施例对本实用新型进一步详细说明。

请参阅图1，其为本实用新型的定压音频功率放大器的结构框图。如图所示，本实用新型的定压音频功率放大器包括开关电源供电单元100、D类功率放大单元200、电流检测和保护单元300、温度检测和保护单元400以及输出滤波单元500；

其中，所述开关电源供电单元100、D类功率放大单元200和输出滤波单元500依次连接，所述电流检测和保护单元300、温度检测和保护单元400分别连接开关电源供电单元100、D类功率放大单元200。

具体来说，因为音频输出信号的驱动电压通常有两种，一种是70V，一种是100V，其对应的音频输出信号就为：70V定压输出信号和100V定压输出信号。在本实施例中，我们以70V定压输出信号为例来说明：如果是70V定压输出信号，那么我们根据市电波动余量和D类放大死区等参数设计开关电源供电单元100的供电电压为合适的母线电压，D类功率放大单元200则根据音频输入的前级信号（即音频输入信号）将开关电源供电单元100提供的直流电压转换为PWM波形，再通过输出滤波单元500滤除高频载波成分，然后，可以通过BTL桥接方式直接输出70V定压输出信号。电流检测和保护单元300根据所设计的定压音频功率放大器的额定输出功率检测和限制功率放大器的输出电流，以保护负载和所述定压音频功率放大器。而温度检测和保护单元400对开关电源供电单元100和D类功率放大单元200进行温度检测，如达到达其动作温度，那么市电将被从电路中断离（即切断电源），以确保定压音频功率放大器和负载的安全。

同样地，如果是100V定压输出信号，则根据D类设计参数和市电波动余量设计合适的开关电源供电电压，同样经过后续放大直接提供100V定压输出信号。由于使用开关电源供电，具有体积小效率高的特点，而且不需要传统模拟变压器后的高耐压大容量电解电容，使得高供电电压时降低成本成为可能；使用D类功率放大器（D类功率放大单元200），在较高的供电电压也能可靠工作，D类音频放大器使用的MOSFET通常都具备200V的耐压，考虑到过冲和安全余量，在供电电压为92V能够稳定工作。

因为是小功率应用，在本实施例中，开关电源供电单元可以采用半桥式结构，设计和制作要求都相对较低（成本也相应降低很多），比如使用IR公司的驱动芯片IR2153，一片就可以完成开关电源的驱动，设计和制作都非常简单。通过电流取样，也设计了简单的开关电源控制和保护电路，在负载电流过大时，自动关闭开关电源的输出，这样同时保护了开关电源供电单元100和D类功率放大单元200的功率部分。

请继续参阅图2，图2为本实用新型实施例的D类功率放大单元的电路原理图。如图所示，其包括一转换芯片IRS2092S，用于将输入的模拟音频信号与三角波信号比较后转换为与模拟音频输入电平相关的PWM方波。所述PWM方波信号分配到转换芯片IRS2092S的LO和HO输出，驱动MOSFET将PWM方波放大到设计的电压，再通过L1和C8将高频成分过滤后，直接驱动负载。两个这样的D类放大器模块桥接，可以降低对MOSFET的耐压要求，也会大幅提升功率放大器的PSRR(电源抑制比)。另外，关于D类功率放大单元的其他保护部分，因其为现有技术，这里不再一一赘述了。

进一步地，由于采用了目前成熟可靠的国际整流器件公司(International Rectifier)的D类放大器的转换芯片IRS2092，其芯片具备模拟音频输入接口，可以将模拟音频输入直接转换为对称的PWM驱动脉冲，来驱动后面的功率MOSFET，并内置了MOSFET电流检测和保护电路和驱动高压侧偏移电路。功率MOSFET在本实施例中，还采用了IRFB4020PBF，导通电阻只有100毫欧姆，栅极电阻为18纳法拉。耐压达到了200V，100摄氏度时容许负载的电流为13A，完全能够满足70V输出负载500W的应用要求。另外，由于IRS2092S内部具有保护，我们仅添加对开关电源供电单元100的开关MOSFET和D类功率放大单元200的开关MOSFET的温度检测，这里可以采用温度开关和/或热敏电阻的方式。热敏电阻的动作温度比温度开关低10摄氏度，它只是关闭驱动芯片的输出；而如果MOSFET温度到达温度开关的动作温度，那么市电将被从电路中断离，以确保本实用新型的定压音频功率放大器和负载的安全。

综上所述，本实用新型提供的定压音频功率放大器包括开关电源供电单元、D类功率放大单元、电流检测和保护单元、温度检测和保护单元以及输出滤波单元；所述开关电源供电单元、D类功率放大单元和输出滤波单元依次连接，所述电流检测和保护单元、温度检测和保护单元分别连接开关电源供电单元、D类功率放大单元。通过本实用新型提供的定压音频功率放大器，节约了公知的定压音频功率放大器所采用方案通常使用的输入电压变压器和输出耦合变压器，大幅提高了定压音频功率放大器的电源利用率，使得放大器效率总体效率达到75%-85%；较大程度地降低了定压音频功率放大器的生产成本，极大地降低了定压音频功率放大器的体积和重量，从而直接降低了物流成本。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种定压音频功率放大器，用于对一音频输入信号进行放大处理，并输出一音频输出信号，其特征在于，所述定压音频功率放大器包括开关电源供电单元、D类功率放大单元、电流检测和保护单元、温度检测和保护单元以及输出滤波单元；

2.根据权利要求1所述的定压音频功率放大器，其特征在于，所述开关电源供电单元包括一型号为IR2153的驱动芯片。

3.根据权利要求1所述的定压音频功率放大器，其特征在于，所述D类功率放大单元包括一型号为IRS2092S的转换芯片。

4.根据权利要求1所述的定压音频功率放大器，其特征在于，所述音频输出信号为70V定压输出信号或100V定压输出信号。

5.根据权利要求1所述的定压音频功率放大器，其特征在于，所述温度检测和保护单元包括温度开关和/或热敏电阻。