CN207939479U - 一种推挽放大电路和交越失真消除装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种推挽放大电路和交越失真消除装置。该电路包括：交越失真消除模块、波形发生器、直流偏置模块、第一推挽臂、第二推挽臂、波形合并模块和电路负载模块；其中，交越失真消除模块用于消除推挽放大电路的实际输出波形中的交越失真；波形发生器用于产生第一输入波形和第二输入波形，并传输至对应的第一推挽臂和第二推挽臂；直流偏置模块用于根据交越失真消除模块中的第一直流偏置值和第二直流偏置值对第一输入波形和第二输入波形进行直流偏置；波形合并模块用于合并第一推挽臂和第二推挽臂的输出波形，确定完整的实际输出波形并传输至电路负载模块。避免了输出波形的交越失真，提高了电路的放大性能和稳定性。

Description

一种推挽放大电路和交越失真消除装置

技术领域

本实用新型实施例涉及信号处理技术，尤其涉及一种推挽放大电路和交越失真消除装置。

背景技术

在功率放大控制系统中，尤其是在超声控制系统中，放大电路输出波形的形状对超声换能器的性能具有很大的影响。通常功率放大控制系统中采用的推挽放大电路因三极管或场效应管中结电压或导通电压的存在，使放大电路的输出波形常常出现一定的交越失真，从而导致超声换能器工作于失真状态，影响控制系统对超声换能器的控制，甚至使压电陶瓷换能器碎裂损坏。

现有技术中为了避免出现交越失真，通常在三极管或场效应管的基极电路或栅极电路上增加一个固定的直流偏置，使之处于微导通状态。然而，随着三极管或场效应管的温度升高，导通电阻降发生变化，此时固定的直流偏置会直接影响三极管或场效应管的线性放大区域，从而降低了推挽放大电路的放大性能。而且由于电路中直流偏置的存在，无论三极管或场效应管处于导通状态还是截止状态，三极管或场效应管均处于微导通状态，使得功耗高，并且大大降低了使用寿命。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种推挽放大电路和交越失真消除装置，以动态调整直流偏置，提高推挽放大电路的放大性能。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种推挽放大电路，包括：交越失真消除模块、波形发生器、直流偏置模块、第一推挽臂、第二推挽臂、波形合并模块和电路负载模块；其中，

所述交越失真消除模块，与所述波形发生器、所述直流偏置模块和所述波形合并模块连接，用于实现如本实用新型任意实施例所述的交越失真消除方法；

所述波形发生器，与所述第一推挽臂和第二推挽臂连接，用于产生第一输入波形和第二输入波形，并传输至对应的第一推挽臂和第二推挽臂；

所述直流偏置模块，与所述第一推挽臂、所述第二推挽臂和所述交越失真消除模块连接，用于根据所述交越失真消除模块中的第一直流偏置值和第二直流偏置值，获取所述第一输入波形和所述第二输入波形对应的直流偏置波形，并传输至对应的第一推挽臂和第二推挽臂；

所述波形合并模块，与所述第一推挽臂、所述第二推挽臂和所述电路负载模块连接，用于对所述第一推挽臂和所述第二推挽臂的输出波形进行合并，确定完整的实际输出波形并传输至所述电路负载模块。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种交越失真消除装置，包括：

输入波形获取单元，用于获取推挽放大电路的第一输入波形和第二输入波形，其中所述第一输入波形和所述第二输入波形反相并且幅值相等；

直流偏置控制单元，用于根据预设的第一直流偏置值和第二直流偏置值，分别控制所述第一输入波形和所述第二输入波形的直流偏置，以使偏置后的第一输入波形和第二输入波形分别输入所述推挽放大电路的第一推挽臂和第二推挽臂；

实际输出波形获取单元，用于获取所述第一推挽臂和所述第二推挽臂合并输出的完整的实际输出波形；

波形采样单元，用于对所述实际输出波形、所述第一输入波形和所述第二输入波形进行采样，并确定对应的实际输出波形数组、第一输入波形数组和第二输入波形数组；

输入波形数组确定单元，用于根据所述第一输入波形数组或所述第二输入波形数组，以及所述实际输出波形数组，确定与所述实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组；

标准输出波形数组确定单元，用于根据所述推挽放大电路的预设放大倍数和所述输入波形数组确定标准输出波形数组；

直流偏置值调整单元，用于根据所述实际输出波形数组和所述标准输出波形数组之间的差距，调整所述第一直流偏置值和/或所述第二直流偏置值，以消除所述差距。

本实用新型实施例中的推挽放大电路通过交越失真消除模块和直流偏置模块动态调整第一推挽臂和第二推挽臂的直流偏置值，避免了第一推挽臂和第二推挽臂的输出波形的交越失真，从而提高了推挽放大电路的放大性能和稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种交越失真消除方法的流程图；

图2是本实用新型实施例二提供的一种交越失真消除装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三提供的一种推挽放大电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例三提供的一种推挽放大电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种交越失真消除方法的流程图，本实施例可适用于消除推挽放大电路输出波形的交越失真的情况，该方法可以由交越失真消除装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式来实现，集成于信号处理计算机中。该方法具体包括以下步骤：

S110、获取推挽放大电路的第一输入波形和第二输入波形，其中第一输入波形和第二输入波形反相并且幅值相等。

其中，推挽放大电路是指利用两组数量相同且特性相同的晶体管，以推挽方式存在于电路中，分别负责正负半周期波形的放大，并于电路负载中得到一个完整的输出波形。推挽放大电路中的两组晶体管分别对应于两个对称的推挽臂，即第一推挽臂和第二推挽臂。示例性，第一推挽臂和第二推挽臂各包括两个特性相同的三极管或场效应管，并起到分流作用，避免电流过大使三极管或场效应管发热或烧毁。获取的第一输入波形和第二输入波形的幅值和频率均相等，并且两个输入波形反相，即相位差为180°。可选的，第一输入波形或第二输入波形可以为正弦波，也可以为三角波。第一输入波形和第二输入波形分别对应于第一推挽臂和第二推挽臂的输入波形，具体的，将第一输入波形和第二输入波形分别输入至对应的第一推挽臂和第二推挽臂中的三极管的基极或者场效应管的栅极中。

推挽放大电路可以包括但不限于甲类推挽放大电路、乙类推挽放大电路和甲乙类推挽放大电路，其中甲类推挽放大电路中两个推挽臂在对应的输入波形的整个周期内均导通，乙类推挽放大电路中两个推挽臂在对应的输入波形的半个周期内交替导通，甲乙类推挽放大电路中每个推挽臂的导通时间位于甲类和乙类之间，即在输入波形的多半个周期内导通。甲类推挽放大电路中不存在交越失真，但是效率低，所以本实施例中的交越失真消除方法主要应用于效率较高的乙类推挽放大电路和甲乙类推挽放大电路中。

S120、根据预设的第一直流偏置值和第二直流偏置值，分别控制第一输入波形和第二输入波形的直流偏置，以使偏置后的第一输入波形和第二输入波形分别输入推挽放大电路的第一推挽臂和第二推挽臂。

其中，利用对第一输入波形和第二输入波形增加直流偏置的方式，调整第一推挽臂和第二推挽臂的静态工作点，从而避开晶体管的截止区，使每个晶体管均处于微导通状态，以消除输出波形中零值处的交越失真。根据实际需求预先设置第一推挽臂和第二推挽臂的导通时间段和截止时间段。示例性的，当推挽放大电路为乙类推挽放大电路时，第一推挽臂的每个预设导通时间段为第一输入波形的每个正半周期对应的时间段，每个预设截止时间段为第一输入波形的每个负半周期对应的时间段；第二推挽臂的每个预设导通时间段为第二输入波形的每个负半周期对应的时间段，每个预设截止时间段为第二输入波形的每个负半周期对应的时间段。当推挽放大电路为甲乙类推挽放大电路时，第一推挽臂的每个预设导通时间段包括第一输入波形的每个正半周期和预设比例的负半周期对应的时间段，剩余时间段为第一推挽臂的预设截止时间段；第二推挽臂的每个预设导通时间段包括整个负半周期和预设比例的正半周期对应的时间段，剩余时间段为第二推挽臂的预设截止时间段，以使第一推挽臂和第二推挽臂于预设比例的半周期对应的时间段内均导通。示例性的，预设比例可以为半周期的1/4，即第一推挽臂和第二推挽臂在每个预设导通时间段内有1/8周期的时间重叠。

可选的，对第一输入波形和第二输入波形的直流偏置的控制，可以是于第一推挽臂的每个预设导通时间段和每个预设截止时间段内，控制第一输入波形的直流偏置均设置为预设的第一直流偏置值，从而确定一个元素值均为第一直流偏置值的第一直流偏置数组，即在第一输入波形中不同时刻对应的电压值均增加一个相同的直流偏置值；于第二推挽臂的每个预设导通时间段和每个预设截止时间段内，控制第二输入波形的直流偏置均设置为预设的第二直流偏置值，从而确定一个元素值均为第二直流偏置值的第二直流偏置数组，即在第二输入波形中不同时刻对应的电压值均增加一个相同的直流偏置值。从而更加便捷的控制输入波形的直流偏置。

可选的，S120包括：

于第一推挽臂的每个预设导通时间段内，控制第一输入波形的直流偏置设置为第一直流偏置值，于第一推挽臂的每个预设截止时间段内，控制第一输入波形的直流偏置设置为零；于第二推挽臂的每个预设导通时间段内，控制第二输入波形的直流偏置设置为第二直流偏置值，于第二推挽臂的每个预设截止时间段内，控制第二输入波形的直流偏置设置为零。

其中，在第一推挽臂或第二推挽臂的每个预设截止时间段内，通过将第一输入波形或第二输入波形的直流偏置设置为零，解决了在非工作状态时第一推挽臂或第二推挽臂也处于微导通状态的问题，从而避免了现有技术中第一推挽臂或第二推挽臂一直处于微导通状态，大大降低了功耗，延长了使用寿命，提高了电路稳定性。

S130、获取第一推挽臂和第二推挽臂合并输出的完整的实际输出波形。

其中，第一推挽臂或第二推挽臂仅在每个预设导通时间段内存在对应的输出波形，所以第一推挽臂或第二推挽臂的输出波形并不是一个完整的输出波形。示例性的，可以利用输出电压器，将第一推挽臂和第二推挽臂的输出波形合并成一个完整的实际输出波形。

S140、对实际输出波形、第一输入波形和第二输入波形进行采样，并确定对应的实际输出波形数组、第一输入波形数组和第二输入波形数组。

其中，可以根据模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)和预设的采样频率对连续的实际输出波形、第一输入波形和第二输入波形分别进行采样得到对应的离散的实际输出波形数据、第一输入波形数据和第二输入波形数据，从而将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。将实际输出波形数据、第一输入波形数据和第二输入波形数据分别依次存储至对应的实际输出波形数组、第一输入波形数组和第二输入波形数组中。本实施例中的实际输出波形数组、第一输入波形数组和第二输入波形数组的长度为至少一个完整的波形周期。

S150、根据第一输入波形数组或第二输入波形数组，以及实际输出波形数组，确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组。

其中，因每个推挽放大电路中设置参数的不同，实际输出波形可能与第一输入波形同相，也可能与第二输入波形同相，所以需要确定与实际输出波形同相的输入波形为第一输入波形还是第二输入波形，以便后续标准输出波形的确定。

可选的，S150包括：

对第一输入波形数组与实际输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值后确定为第一差值数组；判断第一差值数组中的任一元素值是否比实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大；若是，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第二输入波形数组，若否，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第一输入波形数组；或，

对第二输入波形数组与实际输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值后确定为第二差值数组；判断第二差值数组中的任一元素值是否比实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大；若是，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第一输入波形数组，若否，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第二输入波形数组。

其中，可以利用第一输入波形数组和实际输出波形或者第二输入波形数组和实际输出波形数量来确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组。本实施例中的实际输出波形是将输入波形进行了波形放大，所以实际输出波形数组中的任一元素值的绝对值均比第一输入波形数组和第二输入波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大。因此，在判断与实际输出波形同相的输入波形数组时，只需比较第一差值数组或第二差值数组中的任一元素值是否比实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大。示例性的，当实际输出波形与第一输入波形反相，与第二输入波形同相时，实际输出波形数组与第一输入波形数组中相同下标值对应的元素值正负相反，与第二输入波形数组中相同下标值对应的元素值正负相同，所以第一差值数组中的任一元素值均比实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大或者第二差值数组中存在一些元素值比实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值小的情况时，即可表明实际输出波形与第一输入波形反相，与第二输入波形同相。

S160、根据推挽放大电路的预设放大倍数和输入波形数组确定标准输出波形数组。

其中，预设放大倍数是根据推挽放大电路参数预先确定。将输入波形数组中的每一元素值乘以预设放大倍数得到标准输出波形数组。推挽放大电路中因晶体管工作时温度升高，晶体管的线性放大区域发生改变，进而实际放大倍数与预设放大倍数不同，使得实际输出波形失真。

S170、根据实际输出波形数组和标准输出波形数组之间的差距，调整第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以消除差距。

其中，当实际输出波形数组与标准输出波形数组之间的差距不为零或不在误差允许范围内时，表明实际输出波形存在交越失真，此时动态调整第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，使得实际输出波形数组与标准输出波形数组中相同下标值对应的元素值差距为零或在允许的误差范围内，从而消除了实际输出波形的交越失真。本实施例中通过动态调整直流偏置值，使得推挽放大电路一直处于最优的线性放大区域，提高了电路的放大性能和稳定性。

可选的，S170包括：

对实际输出波形数组和标准输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值确定第三差值数组；若第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则调整第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以使连续预设数量的元素值小于或等于预设临界值。

其中，将实际输出波形数组中的每个元素值与标准输出波形数组中相同下标值对应的元素值进行减运算，并对每个差值取绝对值后确定为第三差值数组。本实施例中的预设临界值可以为零，也可以是根据允许误差范围确定的不为零的数值。连续预设数量可以是根据第一推挽臂或第二推挽臂的导通时间段对应的波形和采样频率确定。当第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则表明第一推挽臂的输出波形和/或第二推挽臂的输出波形存在交越失真，此时需调整对应的第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以使连续预设数量的元素值小于或等于预设临界值，从而消除输出波形的交越失真。

可选的，若第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则调整第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，包括：

若第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则获取连续预设数量的元素值对应的至少一个下标值范围；根据采样频率确定至少一个下标值范围对应的至少一个失真时间段；若至少一个失真时间段位于第一推挽臂的预设导通时间段，则增加第一直流偏置值；若至少一个失真时间段位于第二推挽臂的预设导通时间段，则增加第二直流偏置值；若至少一个失真时间段同时位于第一推挽臂的预设导通时间段和第二推挽臂的预设导通时间段，则同时增加第一直流偏置值和第二直流偏置值。

其中，通过动态增加第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，进一步提高第一推挽臂或第二推挽臂中晶体管的静态工作点，直到第三差值数组中的元素值等于或小于预设临界值。

可选的，该方法还包括：

若第三差值数组中存在等于零的连续预设数量的元素值，则减小第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以使连续预设数量的元素值等于预设临界值。

其中，在预设临界值不为零情况下，当第三差值数组中存在等于零的连续预设数量的元素值时，虽然实际输出波形中不存在交越失真，但有可能第一直流偏置值和/或第二直流偏置值设置偏大，从而增加功耗，此时需要减小第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，使得利用最小的第一直流偏置值和第二直流偏置值来消除交越失真，实现功耗最低。

可选的，该方法还包括：

当接收到结束指令或未检测到输入波形时，则将第一直流偏置值和第二直流偏置值调整为零。

其中，当接收到结束指令或未检测到输入波形时，表明推挽放大电路处于不工作状态，此时将第一直流偏置值和第二直流偏置值调整为零，以避免没有输入波形时各个晶体管还处于微导通的状态，从而进一步降低了功耗，延长了使用寿命。

本实用新型实施例通过获取推挽放大电路的第一输入波形和第二输入波形；根据预设的第一直流偏置值和第二直流偏置值，分别控制第一输入波形和第二输入波形的直流偏置；获取第一推挽臂和第二推挽臂合并输出的完整的实际输出波形；对实际输出波形、第一输入波形和第二输入波形进行采样，确定对应的实际输出波形数组、第一输入波形数组和第二输入波形数组以及确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组；根据推挽放大电路的预设放大倍数和输入波形数组确定标准输出波形数组；根据实际输出波形数组和标准输出波形数组之间的差距，调整第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以消除差距。从而通过动态调整直流偏置，消除了实际输出波形的交越失真，提高了推挽放大电路的放大性能。

实施例二

图2为本实用新型实施例二提供的一种交越失真消除装置的结构示意图，本实施例可适用于消除推挽放大电路输出波形的交越失真的情况，该装置具体包括：输入波形获取单元210、直流偏置控制单元220、实际输出波形获取单元230、波形采样单元240、输入波形数组确定单元250、标准输出波形数组确定单元260和直流偏置值调整单元270。

其中，输入波形获取单元210，用于获取推挽放大电路的第一输入波形和第二输入波形，其中第一输入波形和第二输入波形反相并且幅值相等；直流偏置控制单元220，用于根据预设的第一直流偏置值和第二直流偏置值，分别控制第一输入波形和第二输入波形的直流偏置，以使偏置后的第一输入波形和第二输入波形分别输入推挽放大电路的第一推挽臂和第二推挽臂；实际输出波形获取单元230，用于获取第一推挽臂和第二推挽臂合并输出的完整的实际输出波形；波形采样单元240，用于对实际输出波形、第一输入波形和第二输入波形进行采样，并确定对应的实际输出波形数组、第一输入波形数组和第二输入波形数组；输入波形数组确定单元250，用于根据第一输入波形数组或第二输入波形数组，以及实际输出波形数组，确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组；标准输出波形数组确定单元260，用于根据推挽放大电路的预设放大倍数和输入波形数组确定标准输出波形数组；直流偏置值调整单元270，用于根据实际输出波形数组和标准输出波形数组之间的差距，调整第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以消除差距。

可选的，直流偏置控制单元220具体用于：

于第一推挽臂的每个预设导通时间段内，控制第一输入波形的直流偏置设置为第一直流偏置值，于第一推挽臂的每个预设截止时间段内，控制第一输入波形的直流偏置设置为零；于第二推挽臂的每个预设导通时间段内，控制第二输入波形的直流偏置设置为第二直流偏置值，于第二推挽臂的每个预设截止时间段内，控制第二输入波形的直流偏置设置为零。

可选的，输入波形数组确定单元250具体用于：

对第一输入波形数组与实际输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值后确定为第一差值数组；判断第一差值数组中的任一元素值是否比实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大；若是，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第二输入波形数组，若否，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第一输入波形数组；或，

对第二输入波形数组与实际输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值后确定为第二差值数组；判断第二差值数组中的任一元素值是否均比实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大；若是，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第一输入波形数组，若否，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第二输入波形数组。

可选的，直流偏置值调整单元270，包括：

第三差值数组确定子单元，用于对实际输出波形数组和标准输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值确定第三差值数组；

直流偏置值调整子单元，用于若第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则调整第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以使连续预设数量的元素值小于或等于预设临界值。

可选的，直流偏置值调整子单元，具体用于：

若第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则获取连续预设数量的元素值对应的至少一个下标值范围；根据采样频率确定至少一个下标值范围对应的至少一个失真时间段；若至少一个失真时间段位于第一推挽臂的预设导通时间段，则增加第一直流偏置值；若至少一个失真时间段位于第二推挽臂的预设导通时间段，则增加第二直流偏置值；若至少一个失真时间段同时位于第一推挽臂的预设导通时间段和第二推挽臂的预设导通时间段，则同时增加第一直流偏置值和第二直流偏置值。

可选的，直流偏置值调整子单元，还用于：

若第三差值数组中存在等于零的连续预设数量的元素值，则减小第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以使连续预设数量的元素值等于预设临界值。

可选的，直流偏置值调整单元270，还用于：

当接收到结束指令或未检测到输入波形时，则将第一直流偏置值和第二直流偏置值调整为零。

上述交越失真消除装置可执行本实用新型任意实施例所提供的交越失真消除方法，具备执行交越失真消除方法相应的功能模块和有益效果。

实施例三

图3为本实用新型实施例三提供的一种推挽放大电路的结构示意图。如图3所示，该电路包括：交越失真消除模块310、波形发生器320、直流偏置模块330、第一推挽臂340、第二推挽臂350、波形合并模块360和电路负载模块370。

其中，交越失真消除模块310，与波形发生器320、直流偏置模块330和波形合并模块360连接，用于消除推挽放大电路的实际输出波形中的交越失真；波形发生器320，与第一推挽臂340和第二推挽臂350连接，用于产生第一输入波形和第二输入波形，并传输至对应的第一推挽臂340和第二推挽臂350；直流偏置模块330，与第一推挽臂340、第二推挽臂350和交越失真消除模块310连接，用于根据交越失真消除模块310中的第一直流偏置值和第二直流偏置值，获取第一输入波形和第二输入波形对应的直流偏置波形，并传输至对应的第一推挽臂340和第二推挽臂350；波形合并模块360，与第一推挽臂340、第二推挽臂350和电路负载模块370连接，用于对第一推挽臂340和第二推挽臂350的输出波形进行合并，确定完整的实际输出波形并传输至电路负载模块370。

交越失真消除模块310包括执行上述实施例中交越失真消除方法相应的单元，可选的，交越失真消除模块310包括：输入波形获取单元210、直流偏置控制单元220、实际输出波形获取单元230、波形采样单元240、输入波形数组确定单元250、标准输出波形数组确定单元260和直流偏置值调整单元270。

其中，输入波形获取单元210，用于获取推挽放大电路的第一输入波形和第二输入波形，其中第一输入波形和第二输入波形反相并且幅值相等；直流偏置控制单元220，用于根据预设的第一直流偏置值和第二直流偏置值，分别控制第一输入波形和第二输入波形的直流偏置，以使偏置后的第一输入波形和第二输入波形分别输入推挽放大电路的第一推挽臂和第二推挽臂；实际输出波形获取单元230，用于获取第一推挽臂和第二推挽臂合并输出的完整的实际输出波形；波形采样单元240，用于对实际输出波形、第一输入波形和第二输入波形进行采样，并确定对应的实际输出波形数组、第一输入波形数组和第二输入波形数组；输入波形数组确定单元250，用于根据第一输入波形数组或第二输入波形数组，以及实际输出波形数组，确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组；标准输出波形数组确定单元260，用于根据推挽放大电路的预设放大倍数和输入波形数组确定标准输出波形数组；直流偏置值调整单元270，用于根据实际输出波形数组和标准输出波形数组之间的差距，调整第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以消除差距。

可选的，直流偏置控制单元220具体用于：

于第一推挽臂的每个预设导通时间段内，控制第一输入波形的直流偏置设置为第一直流偏置值，于第一推挽臂的每个预设截止时间段内，控制第一输入波形的直流偏置设置为零；于第二推挽臂的每个预设导通时间段内，控制第二输入波形的直流偏置设置为第二直流偏置值，于第二推挽臂的每个预设截止时间段内，控制第二输入波形的直流偏置设置为零。

可选的，输入波形数组确定单元250具体用于：

对第一输入波形数组与实际输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值后确定为第一差值数组；判断第一差值数组中的任一元素值是否比实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大；若是，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第二输入波形数组，若否，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第一输入波形数组；或，

对第二输入波形数组与实际输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值后确定为第二差值数组；判断第二差值数组中的任一元素值是否均比实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大；若是，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第一输入波形数组，若否，则确定与实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第二输入波形数组。

可选的，直流偏置值调整单元270，包括：

第三差值数组确定子单元，用于对实际输出波形数组和标准输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值确定第三差值数组；

直流偏置值调整子单元，用于若第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则调整第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以使连续预设数量的元素值小于或等于预设临界值。

可选的，直流偏置值调整子单元，具体用于：

若第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则获取连续预设数量的元素值对应的至少一个下标值范围；根据采样频率确定至少一个下标值范围对应的至少一个失真时间段；若至少一个失真时间段位于第一推挽臂的预设导通时间段，则增加第一直流偏置值；若至少一个失真时间段位于第二推挽臂的预设导通时间段，则增加第二直流偏置值；若至少一个失真时间段同时位于第一推挽臂的预设导通时间段和第二推挽臂的预设导通时间段，则同时增加第一直流偏置值和第二直流偏置值。

可选的，直流偏置值调整子单元，还用于：

若第三差值数组中存在等于零的连续预设数量的元素值，则减小第一直流偏置值和/或第二直流偏置值，以使连续预设数量的元素值等于预设临界值。

可选的，直流偏置值调整单元270，还用于：

当接收到结束指令或未检测到输入波形时，则将第一直流偏置值和第二直流偏置值调整为零。

本实施例中的直流偏置模块330可以包括两个数模转换器(Digital to AnalogConverter，DAC)，也可以包括两个DAC和两个对应的运算放大电路，其中两个DAC分别用于将根据交越失真消除模块310中的第一直流偏置值和第二直流偏置值获取的第一直流偏置数组和第二直流偏置数组转换为对应的第一直流偏置波形和第二直流偏置波形，从而传输至对应的第一推挽臂和第二推挽臂中。

本实施例中的推挽放大电路可以应用于超声控制系统中，此时推挽放大电路中的波形发生器320对应于超声控制系统中的超声驱动电源，电路负载模块370对应于超声控制系统中的超声换能器。通过动态调整直流偏置值，避免了超声换能器的输入波形的交越失真，进而提高了超声换能器的性能和超声控制系统的稳定性。

图4给出了一种推挽放大电路的电路图。如图4所示，波形发生器320包括DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)、第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1以及第二电阻R2。DDS与交越失真消除模块310中的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片连接，DDS的第一输出端P_OUT与第一运算放大器OP1的同相输入端连接，第一运算放大器OP1的输出端与第一电容C1的一端和第一运算放大器OP1的反相输入端连接，第一电容C1的另一端与第一电阻R1的一端连接，DDS的第二输出端N_OUT与第二运算放大器OP2的同相输入端连接，第二运算放大器OP2的输出端与第二电容C2的一端和第二运算放大器OP2的反相输入端连接，第二电容C2的另一端与第二电阻R2的一端连接。

其中，DDS根据MCU芯片控制的电路输入波形的幅值和频率，产生两个幅值相等，相位相反的输入波形，因DDS产生波形的电流小，无法直接驱动场效应管的导通和截止，所以利用两个运算放大器OP1和OP2来放大DDS产生波形的电流，进而驱动场效应管正常工作。第一运算放大器OP1或第二运算放大器OP2的输出端与其反相输入端连接，实现负反馈。

图4中的第一推挽臂340和第二推挽臂350均包括一个P型场效应管，分别为Q1和Q2，且Q1和Q2均与变压器T1的初级线圈连接，其中变压器T1的初级线圈具有一个中心抽头端，中心抽头端与直流电源V1的一端连接，直流电源V1的另一端接地。场效应管Q1的栅极与第一电阻R1的另一端连接，场效应管Q1的漏极接地，场效应管Q1的源极与变压器T1的初级线圈的首端连接，场效应管Q2的栅极与第二电阻R2的另一端连接，场效应管Q2的漏极接地，场效应管Q2的源极与变压器T1的初级线圈的末端连接。

其中，直流电源V1用于提供变压器T1的中心抽头电压，以提供第一推挽臂和第二推挽臂的电流。示例性的，当场效应管Q1导通时，电流从直流电源V1流向场效应管Q1的源极，经过场效应管Q1的漏极回流至接地端；当场效应管Q2导通时，电流从直流电源V1流向场效应管Q2的源极，经过场效应管Q2的漏极回流至接地端。其中场效应管Q1和场效应管Q2起到控制电流的通断和放大电流的作用。

图4中的直流偏置模块330包括DAC1和DAC2。DAC1与场效应管Q1的栅极连接，DAC2与场效应管Q2的栅极连接，即直接利用DAC来获取第一输入波形和第二输入波形对应的直流偏置波形，并传输至对应的场效应管Q1和场效应管Q2。

图4中的波形合并模块360包括变压器T1的次级线圈，以实现第一推挽臂340和第二推挽臂350输出波形的合并，从而获取一个完整的实际输出波形。

图4中的电路负载模块370包括第一电感L1、第一电容C3和第一负载电容Y1。第一电感L1的一端与变压器T1的次级线圈的首端连接，第一电感L1的另一端与第一电容C3的一端和第一负载电容Y1的一端连接，第一电容C3的另一端和第一负载电容Y1的另一端均与变压器T1的次级线圈的末端连接。

其中，若图4中的推挽放大电路应用于超声控制系统，则Y1即为超声换能器，电感L1和电容C3构成了超声换能器的匹配电路。

图4中的交越失真消除模块310为一个MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片，该MCU芯片与DDS、DAC1和DAC2以及变压器T1的次级线圈连接，用于实现如本实用新型任意实施例所述的交越失真消除方法。

本实施例中的推挽放大电路通过MCU芯片和两个DAC动态调整第一推挽臂和第二推挽臂的直流偏置值，避免了第一推挽臂和第二推挽臂的输出波形的交越失真，从而提高了推挽放大电路的放大性能和稳定性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种推挽放大电路，其特征在于，包括：交越失真消除模块、波形发生器、直流偏置模块、第一推挽臂、第二推挽臂、波形合并模块和电路负载模块；其中，

所述交越失真消除模块，与所述波形发生器、所述直流偏置模块和所述波形合并模块连接，用于消除所述推挽放大电路的实际输出波形中的交越失真；

所述波形发生器，与所述第一推挽臂和第二推挽臂连接，用于产生第一输入波形和第二输入波形，并传输至对应的第一推挽臂和第二推挽臂；

所述直流偏置模块，与所述第一推挽臂、所述第二推挽臂和所述交越失真消除模块连接，用于根据所述交越失真消除模块中的第一直流偏置值和第二直流偏置值，获取所述第一输入波形和所述第二输入波形对应的直流偏置波形，并传输至对应的第一推挽臂和第二推挽臂；

所述波形合并模块，与所述第一推挽臂、所述第二推挽臂和所述电路负载模块连接，用于对所述第一推挽臂和所述第二推挽臂的输出波形进行合并，确定完整的实际输出波形并传输至所述电路负载模块。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述交越失真消除模块，包括：

输入波形获取单元，用于获取所述推挽放大电路的第一输入波形和第二输入波形，其中所述第一输入波形和所述第二输入波形反相并且幅值相等；

直流偏置控制单元，用于根据预设的第一直流偏置值和第二直流偏置值，分别控制所述第一输入波形和所述第二输入波形的直流偏置，以使偏置后的第一输入波形和第二输入波形分别输入所述推挽放大电路的第一推挽臂和第二推挽臂；

实际输出波形获取单元，用于获取所述第一推挽臂和所述第二推挽臂合并输出的完整的实际输出波形；

波形采样单元，用于对所述实际输出波形、所述第一输入波形和所述第二输入波形进行采样，并确定对应的实际输出波形数组、第一输入波形数组和第二输入波形数组；

输入波形数组确定单元，用于根据所述第一输入波形数组或所述第二输入波形数组，以及所述实际输出波形数组，确定与所述实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组；

标准输出波形数组确定单元，用于根据所述推挽放大电路的预设放大倍数和所述输入波形数组确定标准输出波形数组；

直流偏置值调整单元，用于根据所述实际输出波形数组和所述标准输出波形数组之间的差距，调整所述第一直流偏置值和/或所述第二直流偏置值，以消除所述差距。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述直流偏置控制单元，具体用于：

于所述第一推挽臂的每个预设导通时间段内，控制所述第一输入波形的直流偏置设置为第一直流偏置值，于所述第一推挽臂的每个预设截止时间段内，控制所述第一输入波形的直流偏置设置为零；

于所述第二推挽臂的每个预设导通时间段内，控制所述第二输入波形的直流偏置设置为第二直流偏置值，于所述第二推挽臂的每个预设截止时间段内，控制所述第二输入波形的直流偏置设置为零。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述输入波形数组确定单元，具体用于：

对所述第一输入波形数组与所述实际输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值后确定为第一差值数组；

判断所述第一差值数组中的任一元素值是否比所述实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大；

若是，则确定与所述实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第二输入波形数组，若否，则确定与所述实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第一输入波形数组；或，

对所述第二输入波形数组与所述实际输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值后确定为第二差值数组；

判断所述第二差值数组中的任一元素值是否比所述实际输出波形数组中相同下标值对应的元素值的绝对值大；

若是，则确定与所述实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第一输入波形数组，若否，则确定与所述实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组为第二输入波形数组。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述直流偏置值调整单元，包括：

第三差值数组确定子单元，用于对所述实际输出波形数组和所述标准输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值确定第三差值数组；

直流偏置值调整子单元，用于若所述第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则调整所述第一直流偏置值和/或所述第二直流偏置值，以使所述连续预设数量的元素值小于或等于所述预设临界值。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述直流偏置值调整子单元，具体用于：

若所述第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则获取所述连续预设数量的元素值对应的至少一个下标值范围；

根据采样频率确定所述至少一个下标值范围对应的至少一个失真时间段；

若所述至少一个失真时间段位于所述第一推挽臂的预设导通时间段，则增加所述第一直流偏置值；

若所述至少一个失真时间段位于所述第二推挽臂的预设导通时间段，则增加所述第二直流偏置值；

若所述至少一个失真时间段同时位于所述第一推挽臂的预设导通时间段和所述第二推挽臂的预设导通时间段，则同时增加所述第一直流偏置值和所述第二直流偏置值。

7.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述直流偏置值调整子单元，还用于：

若所述第三差值数组中存在等于零的连续预设数量的元素值，则减小所述第一直流偏置值和/或所述第二直流偏置值，以使所述连续预设数量的元素值等于所述预设临界值。

8.一种交越失真消除装置，其特征在于，包括：

输入波形获取单元，用于获取推挽放大电路的第一输入波形和第二输入波形，其中所述第一输入波形和所述第二输入波形反相并且幅值相等；

直流偏置控制单元，用于根据预设的第一直流偏置值和第二直流偏置值，分别控制所述第一输入波形和所述第二输入波形的直流偏置，以使偏置后的第一输入波形和第二输入波形分别输入所述推挽放大电路的第一推挽臂和第二推挽臂；

实际输出波形获取单元，用于获取所述第一推挽臂和所述第二推挽臂合并输出的完整的实际输出波形；

波形采样单元，用于对所述实际输出波形、所述第一输入波形和所述第二输入波形进行采样，并确定对应的实际输出波形数组、第一输入波形数组和第二输入波形数组；

输入波形数组确定单元，用于根据所述第一输入波形数组或所述第二输入波形数组，以及所述实际输出波形数组，确定与所述实际输出波形同相的输入波形对应的输入波形数组；

标准输出波形数组确定单元，用于根据所述推挽放大电路的预设放大倍数和所述输入波形数组确定标准输出波形数组；

直流偏置值调整单元，用于根据所述实际输出波形数组和所述标准输出波形数组之间的差距，调整所述第一直流偏置值和/或所述第二直流偏置值，以消除所述差距。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述直流偏置控制单元，具体用于：

于所述第一推挽臂的每个预设导通时间段内，控制所述第一输入波形的直流偏置设置为第一直流偏置值，于所述第一推挽臂的每个预设截止时间段内，控制所述第一输入波形的直流偏置设置为零；

于所述第二推挽臂的每个预设导通时间段内，控制所述第二输入波形的直流偏置设置为第二直流偏置值，于所述第二推挽臂的每个预设截止时间段内，控制所述第二输入波形的直流偏置设置为零。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述直流偏置值调整单元，包括：

第三差值数组确定子单元，用于对所述实际输出波形数组和所述标准输出波形数组进行减运算，并对运算结果取绝对值确定第三差值数组；

直流偏置值调整子单元，用于若所述第三差值数组中存在大于预设临界值的连续预设数量的元素值，则调整所述第一直流偏置值和/或所述第二直流偏置值，以使所述连续预设数量的元素值小于或等于所述预设临界值。