CN208548872U - 一种音频功率放大电路和音频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于音频处理技术领域，尤其涉及一种音频功率放大电路和音频功率放大器，其包括：前置放大单元，用于对输入的音频信号进行前级放大；与所述前置放大单元连接，用于对所述前置放大单元输出的音频信号的波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿的积分单元；与所述积分单元连接，用于产生脉宽调制波形的脉宽调制单元；与所述脉宽调制单元连接，用于切换音频功率放大电路的工作模式，驱动所述音频信号以输出的可切换模式输出级。采用电流驱动的方式来实现模式切换，AB类和D类的驱动电路可以实现共用，降低了电路的设计难度和芯片的成本。

Description

一种音频功率放大电路和音频功率放大器

技术领域

本实用新型属于音频处理技术领域，尤其涉及一种音频功率放大电路和音频功率放大器。

背景技术

音频功率放大器是用于驱动扬声器发声，从而重现声音的功放装置。其主要作用就是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。音频功率放大器芯片在消费类电子产品中应用广泛，是发声的电子产品中不可或缺的部分。

当前市场音频功放主要以AB类与D类为主，但各有所长也各有所短，单方面都无法同时解决音质与功效节能的问题，AB类音频功率放大器的优点集中在低噪声、低干扰、高音质，缺点集中体现在低效率、高发热上。D类音频功率放大器的优点集中体现在高效率、低发热，可大大提升便携式电子产品的音频播放时间，缺点集中体现在音质较差和电磁干扰上。现在，越来越多的消费者在追求高音质低干扰的同时，也看中的是方便、便携、省电。在音频类产品市场上，出现了多元化发展的趋势。

因此，传统的技术方案中存在单种类音频功率放大器无法同时解决音质与功效节能的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种音频功率放大电路，旨在解决传统的技术方案中存在的单种类音频功率放大器无法同时解决音质与功效节能的问题。

一种音频功率放大电路，所述电路包括：

用于对输入的音频信号进行前级放大的前置放大单元；

与所述前置放大单元连接，用于对所述前置放大单元输出的音频信号的波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿的积分单元；

与所述积分单元连接，用于产生脉宽调制波形的脉宽调制单元；

与所述脉宽调制单元连接，用于切换音频功率放大电路的工作模式，通过电流驱动所述音频信号以输出的可切换模式输出级。

在其中一实施例中，所述积分单元包括运算放大器、反馈电容和反馈电阻；所述反馈电容连接于所述运算放大器的正向输入端和所述脉宽调制单元之间，所述反馈电阻连接于所述运算放大器的正向输入端和所述可切换模式输出级之间。

在其中一实施例中，所述可切换模式输出级包括信号模式选择与控制模块、栅极驱动模块、偏置模块、电流驱动模块、功率输出模块和扬声器；所述信号模式选择与控制模块、栅极驱动模块、电流驱动模块、功率输出模块和扬声器依次连接，所述偏置模块分别与所述栅极驱动模块和电流驱动模块连接，用于为所述栅极驱动模块和电流驱动模块提供偏置电压。

在其中一实施例中，所述栅极驱动模块具有第一输入端、第二输入端和第三输入端，所述第一输入端和所述第二输入端分别用于接入D类PWM信号和AB类模拟信号，所述第三输入端用于接入模式控制信号。

在其中一实施例中，所述电流驱动模块包括第一电流驱动电路和第二电流驱动电路，所述第一电流驱动电路和所述第二电流驱动电路均连接于所述栅极驱动模块和所述功率输出模块之间。

在其中一实施例中，所述第一电流驱动电路包括MOS管P1、MOS管P2、MOS管PS1、MOS管PS2、MOS管N1、MOS管N2、MOS管NS1和MOS管NS2；所述MOS管P1的源极和MOS管P2的源极连接直流电源，所述MOS管P1的栅极和MOS管P2的栅极连接所述偏置模块，所述MOS管PS1的漏极和MOS管PS2的漏极连接所述栅极驱动模块，所述MOS管PS1的栅极和MOS管PS2的栅极连接所述信号模式选择与控制模块，所述MOS管P1的漏极连接所述MOS管PS1的源极，所述MOS管P2的漏极连接所述MOS管PS2的源极，所述MOS管N1的漏极和MOS管N2的漏极连接所述栅极驱动模块，所述MOS管N1的栅极和MOS管N2的栅极连接所述信号模式选择与控制模块，所述MOS管NS1的源极和MOS管NS2的源极接地，所述MOS管NS1的栅极和MOS管NS2的栅极连接所述偏置模块，所述MOS管N1的源极连接所述MOS管NS1的漏极，所述MOS管N2的源极连接所述MOS管NS2的漏极。

在其中一实施例中，所述第二电流驱动电路包括MOS管P3、MOS管P4、MOS管PS3、MOS管PS4、MOS管N3、MOS管N4、MOS管NS3和MOS管NS4；所述MOS管P3的源极和MOS管P4的源极连接直流电源，所述MOS管P3的栅极和MOS管P4的栅极连接所述偏置模块，所述MOS管PS3的漏极和MOS管PS4的漏极连接所述栅极驱动模块，所述MOS管PS3的栅极和MOS管PS4的栅极连接所述信号模式选择与控制模块，所述MOS管P3的漏极连接所述MOS管PS3的源极，所述MOS管P4的漏极连接所述MOS管PS4的源极，所述MOS管NS3的栅极和MOS管NS4的栅极连接所述信号模式选择与控制模块，所述MOS管N3的源极和MOS管N4的源极接地，所述MOS管N3的栅极和MOS管N4的栅极连接所述偏置模块，所述MOS管NS3的源极连接所述MOS管N3的漏极，所述MOS管NS4的源极连接所述MOS管N4的漏极。

在其中一实施例中，所述功率输出模块包括MOS管PP1、MOS管NP1、MOS管PP2和MOS管NP2；所述MOS管PP1的栅极连接所述电流驱动模块，所述MOS管PP1的源极连接直流电压，所述MOS管NP1的栅极连接所述电流驱动模块，所述MOS管NP1的源极接地，所述MOS管PP1的漏极与所述MOS管NP1的漏极的公共连接端连接扬声器的第一输入端，所述MOS管PP2的栅极连接所述电流驱动模块，所述MOS管PP2的源极连接直流电压，所述MOS管NP2的栅极连接所述电流驱动模块，所述MOS管NP2的源极接地，所述MOS管PP2的漏极与所述MOS管NP2的漏极的公共连接端连接扬声器的第二输入端。

在其中一实施例中，所述可切换模式输出级还包括反馈单元，所述反馈单元连接于所述功率输出单元和所述信号模式选择与控制模块之间，所述信号模式选择与控制模块与所述电流驱动模块连接，所述信号模式选择与控制模块根据所述反馈单元输出的反馈信号，输出控制信号调节所述电流驱动模块。

此外，还提供了一种音频功率放大器，所述音频功率放大器包括：上述的音频功率放大电路。

上述的音频功率放大电路，采用电流驱动的方式来实现模式切换，AB类和D类的驱动电路可以实现共用，降低了电路的设计难度和芯片的成本。相对于传统的D类音频功放驱动电路采用的电压驱动方式，可更好地控制驱动时间，减少功率管上的电压振铃，减少对其他电路和系统的电磁干扰，提升音频功放的工作耐压值，降低系统的噪声。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的音频功率放大电路结构示意图；

图2为图1所示的音频功率放大电路中可切换模式输出级的结构示意图；

图3为可切换模式输出级中电流驱动模块的电路原理示例图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型较佳实施例提供的音频功率放大电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种音频功率放大电路，该音频功率放大电路包括：前置放大单元10、积分单元20、脉宽调制单元30和可切换模式输出级40。

前置放大单元10用于对输入的音频信号进行前级放大，将输入的微弱音频信号进行初步放大，以便后级电路的处理，其中，前置放大单元10采用常用的放大器进行放大处理。积分单元20与前置放大单元10连接，用于对前置放大单元10输出的音频信号的波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿。脉宽调制单元30与积分单元20连接，用于产生脉宽调制波形，可切换模式输出级40与脉冲脉宽调制单元30连接，用于切换音频功率放大电路的工作模式，驱动音频信号以输出。其中，积分单元包括运算放大器A1、反馈电容C1和反馈电阻R1；反馈电容C1连接于运算放大器A1的正向输入端和脉宽调制单元30之间，反馈电阻R1连接于运算放大器A1的正向输入端和可切换模式输出级40之间。

如图2所示，其中，可切换模式输出级40包括信号模式选择与控制模块41、栅极驱动模块42、偏置模块43、电流驱动模块44、功率输出模块45和扬声器46；信号模式选择与控制模块41、栅极驱动模块42、电流驱动模块44、功率输出模块45和扬声器46依次连接，偏置模块43分别与栅极驱动模块42和电流驱动模块44连接，用于为栅极驱动模块42和电流驱动模块44提供偏置电压。信号模式选择与控制模块41通过模式控制输出电平选择音频功率放大电路的工作模式，具体来说，该工作模式包括AB类功率放大模式和D类功率放大模式，信号模式选择与控制模块41根据从输入的音频信号的种类来选择音频功率放大电路的工作模式，并将该音频信号和模式控制信号输出至栅极驱动电路。可以理解的是，栅极驱动模块42具有第一输入端、第二输入端和第三输入端，第一输入端和第二输入端分别用于接入D类PWM信号和AB类模拟信号，第三输入端用于接入模式控制信号。

如图3所示，在本实施例中，输入音频信号为差分信号，栅极驱动模块42包括第一栅极驱动电路421和第二栅极驱动电路422，同样，电流驱动模块44包括第一电流驱动电路441和第二电流驱动电路442，第一电流驱动电路441和第二电流驱动电路442均连接于栅极驱动模块42和功率输出模块45之间，第一栅极驱动电路421与第一电流驱动电路441连接，第二栅极驱动电路422与第二电流驱动电路442连接，分别对差分信号中的两路信号进行音频放大处理。

其中，第一电流驱动电路441包括MOS管P1、MOS管P2、MOS管PS1、MOS管PS2、MOS管N1、MOS管N2、MOS管NS1和MOS管NS2；MOS管P1的源极和MOS管P2的源极连接直流电源，MOS管P1的栅极和MOS管P2的栅极连接偏置模块43，MOS管PS1的漏极和MOS管PS2的漏极连接第一栅极驱动电路421，MOS管PS1的栅极和MOS管PS2的栅极连接信号模式选择与控制模块41，MOS管P1的漏极连接MOS管PS1的源极，MOS管P2的漏极连接MOS管PS2的源极，MOS管N1的漏极和MOS管N2的漏极连接第一栅极驱动电路421，MOS管N1的栅极和MOS管N2的栅极连接信号模式选择与控制模块41，MOS管NS1的源极和MOS管NS2的源极接地，MOS管NS1的栅极和MOS管NS2的栅极连接偏置模块43，MOS管N1的源极连接MOS管NS1的漏极，MOS管N2的源极连接MOS管NS2的漏极。第二电流驱动电路442包括MOS管P3、MOS管P4、MOS管PS3、MOS管PS4、MOS管N3、MOS管N4、MOS管NS3和MOS管NS4；MOS管P3的源极和MOS管P4的源极连接直流电源，MOS管P3的栅极和MOS管P4的栅极连接偏置模块43，MOS管PS3的漏极和MOS管PS4的漏极连接第二栅极驱动电路422，MOS管PS3的栅极和MOS管PS4的栅极连接信号模式选择与控制模块41，MOS管P3的漏极连接MOS管PS3的源极，MOS管P4的漏极连接MOS管PS4的源极，MOS管NS3的漏极和MOS管NS4的漏极连接第二栅极驱动电路422，MOS管NS3的栅极和MOS管NS4的栅极连接信号模式选择与控制模块41，MOS管N3的源极和MOS管N4的源极接地，MOS管N3的栅极和MOS管N4的栅极连接偏置模块43，MOS管NS3的源极连接MOS管N3的漏极，MOS管NS4的源极连接MOS管N4的漏极。

功率输出模块45包括第一功率输出电路451和第二功率输出电路452，具体的，功率输出模块45包括MOS管PP1、MOS管NP1、MOS管PP2和MOS管NP2，MOS管PP1和MOS管NP1构成第一功率输出电路451，MOS管PP2和MOS管NP2构成第二功率输出电路451，MOS管PP1的栅极连接电流驱动模块44，MOS管PP1的源极连接直流电压，MOS管NP1的栅极连接电流驱动模块44，MOS管NP1的源极接地，MOS管PP1的漏极与MOS管NP1的漏极的公共连接端连接扬声器46的第一输入端，MOS管PP2的栅极连接电流驱动模块44，MOS管PP2的源极连接直流电压，MOS管NP2的栅极连接电流驱动模块44，MOS管NP2的源极接地，MOS管PP2的漏极与MOS管NP2的漏极的公共连接端连接扬声器46的第二输入端。

偏置电路产生的偏置电压VB1、VB2决定了MOS管P1～P4，NS1～NS2,N3～N4流过的电流大小，信号模式选择与控制模块41产生的不同占空比的控制信号CTRL1～8来控制开关管PS1～PS4，N1～N2,NS3～NS4的导通时间，从而调节了栅极驱动电路驱动电流的大小，进一步地控制了两对功率管PP1与NP1和PP2与NP2的导通速率，从而达到更好地控制驱动时间，减少功率管上的电压振铃，减少对其他电路和系统的电磁干扰，提升音频功放的工作耐压值。

可切换模式输出级40通过连接于功率输出模块45和信号模式选择与控制模块41之间的反馈通路获取功率输出模块45的反馈信号，且信号模式选择与控制模块41与电流驱动模块44连接，信号模式选择与控制模块41根据反馈通路输出的反馈信号，输出控制信号调节电流驱动模块44的驱动电流。信号模式选择与控制模块41通过模式控制信号来改变音频功率放大电路的工作模式，同时通过反馈模块来产生不同占空比的控制信号给电流驱动控制电路调节驱动电流的大小，输出功率小时减少驱动电流，降低系统内部的功率损耗，进一步提升系统的工作效率,降低系统的噪声。偏置模块43为其它电路模块提供基准电压和电压电流偏置，以保证整体电路能正常工作。栅极驱动模块42用来驱动输出功率管的栅极，使其能驱动作为负载的扬声器46发声。电流模式驱动控制电路根据信号模式选择与控制电路的控制信号来调节驱动电流的大小，输出功率管用以提供足够的输出功率来驱动作为负载的扬声器46发声。

在上述音频功率放大电路的基础上，本实用新型还提供了一种音频功率放大器，音频功率放大器包括：上述的音频功率放大电路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种音频功率放大电路，其特征在于，所述电路包括：

用于对输入的音频信号进行前级放大的前置放大单元；

与所述前置放大单元连接，用于对所述前置放大单元输出的音频信号的波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿的积分单元；

与所述积分单元连接，用于产生脉宽调制波形的脉宽调制单元；

与所述脉宽调制单元连接，用于切换音频功率放大电路的工作模式，通过电流驱动所述音频信号以输出的可切换模式输出级。

2.如权利要求1所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述积分单元包括运算放大器、反馈电容和反馈电阻；所述反馈电容连接于所述运算放大器的正向输入端和所述脉宽调制单元之间，所述反馈电阻连接于所述运算放大器的正向输入端和所述可切换模式输出级之间。

3.如权利要求1所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述可切换模式输出级包括信号模式选择与控制模块、栅极驱动模块、偏置模块、电流驱动模块、功率输出模块和扬声器；所述信号模式选择与控制模块、栅极驱动模块、电流驱动模块、功率输出模块和扬声器依次连接，所述偏置模块分别与所述栅极驱动模块和电流驱动模块连接，用于为所述栅极驱动模块和电流驱动模块提供偏置电压。

4.如权利要求3所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述栅极驱动模块具有第一输入端、第二输入端和第三输入端，所述第一输入端和所述第二输入端分别用于接入D类PWM信号和AB类模拟信号，所述第三输入端用于接入模式控制信号。

5.如权利要求3所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述电流驱动模块包括第一电流驱动电路和第二电流驱动电路，所述第一电流驱动电路和所述第二电流驱动电路均连接于所述栅极驱动模块和所述功率输出模块之间。

6.如权利要求5所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述第一电流驱动电路包括MOS管P1、MOS管P2、MOS管PS1、MOS管PS2、MOS管N1、MOS管N2、MOS管NS1和MOS管NS2；所述MOS管P1的源极和MOS管P2的源极连接直流电源，所述MOS管P1的栅极和MOS管P2的栅极连接所述偏置模块，所述MOS管PS1的漏极和MOS管PS2的漏极连接所述栅极驱动模块，所述MOS管PS1的栅极和MOS管PS2的栅极连接所述信号模式选择与控制模块，所述MOS管P1的漏极连接所述MOS管PS1的源极，所述MOS管P2的漏极连接所述MOS管PS2的源极，所述MOS管N1的漏极和MOS管N2的漏极连接所述栅极驱动模块，所述MOS管N1的栅极和MOS管N2的栅极连接所述信号模式选择与控制模块，所述MOS管NS1的源极和MOS管NS2的源极接地，所述MOS管NS1的栅极和MOS管NS2的栅极连接所述偏置模块，所述MOS管N1的源极连接所述MOS管NS1的漏极，所述MOS管N2的源极连接所述MOS管NS2的漏极。

7.如权利要求5所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述第二电流驱动电路包括MOS管P3、MOS管P4、MOS管PS3、MOS管PS4、MOS管N3、MOS管N4、MOS管NS3和MOS管NS4；所述MOS管P3的源极和MOS管P4的源极连接直流电源，所述MOS管P3的栅极和MOS管P4的栅极连接所述偏置模块，所述MOS管PS3的漏极和MOS管PS4的漏极连接所述栅极驱动模块，所述MOS管PS3的栅极和MOS管PS4的栅极连接所述信号模式选择与控制模块，所述MOS管P3的漏极连接所述MOS管PS3的源极，所述MOS管P4的漏极连接所述MOS管PS4的源极，所述MOS管NS3的漏极和MOS管NS4的漏极连接所述栅极驱动模块，所述MOS管NS3的栅极和MOS管NS4的栅极连接所述信号模式选择与控制模块，所述MOS管N3的源极和MOS管N4的源极接地，所述MOS管N3的栅极和MOS管N4的栅极连接所述偏置模块，所述MOS管NS3的源极连接所述MOS管N3的漏极，所述MOS管NS4的源极连接所述MOS管N4的漏极。

8.如权利要求3所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述功率输出模块包括MOS管PP1、MOS管NP1、MOS管PP2和MOS管NP2；所述MOS管PP1的栅极连接所述电流驱动模块，所述MOS管PP1的源极连接直流电压，所述MOS管NP1的栅极连接所述电流驱动模块，所述MOS管NP1的源极接地，所述MOS管PP1的漏极与所述MOS管NP1的漏极的公共连接端连接扬声器的第一输入端，所述MOS管PP2的栅极连接所述电流驱动模块，所述MOS管PP2的源极连接直流电压，所述MOS管NP2的栅极连接所述电流驱动模块，所述MOS管NP2的源极接地，所述MOS管PP2的漏极与所述MOS管NP2的漏极的公共连接端连接扬声器的第二输入端。

9.如权利要求3所述的音频功率放大电路，其特征在于，所述可切换模式输出级还包括反馈通路，所述反馈通路连接于所述功率输出单元和所述信号模式选择与控制模块之间，所述信号模式选择与控制模块与所述电流驱动模块连接，所述信号模式选择与控制模块根据所述反馈通路输出的反馈信号，输出控制信号调节所述电流驱动模块。

10.一种音频功率放大器，其特征在于，所述音频功率放大器包括：如权利要求1至9任一项所述的音频功率放大电路。