CN216017140U - 一种数字广播功放电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种数字广播功放电路，包括电源电路以及依次相连接的信号缓冲电路、PWM调制电路、驱动电路和功率放大电路；所述电源电路用于为其他电路供电；本实用新型通过采用MOS管、续流二极管、储能电感等组成单电源双通道的功率放大电路，只需要单电源供电即可获得双电源功放电路的输出特性，从而通过实施本实用新型能够有效简化电路结构，减少电路的占用空间，大大提高了功放输出的功率密度。

Description

一种数字广播功放电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其是涉及一种数字广播功放电路。

背景技术

随着社会的发展，很多地方都需要扩声系统。因应使用场合的不同，扩声系统里面的音频功放可分为定阻功放和定压功放(输出电压达到100Vrms)，公共扩声场合一般使用定压功放。

随着全球气候变化，人们越来越重视能效，都希望提高电子系统的功率密度 (单位体积所能输出的功率。)和能量转换效率。传统的扩声系统一般会用到模拟功放(AB类、H类等)，但模拟功放存在效率低、笨重等缺点，所以很多扩声系统都向效率更高、更轻便的数字功放(D类)方向发展。数字功放亦可称为数字功率放大器，一般采用脉宽调制技术(PWM)实现，为保证音频信号的保真度，通常需要采用较高的开关频率(300kHz或以上)进行调制。

现在使用的数字功放一般都需要使用正负电源(双电源)供电(参见图3和图4)，使用双电源意味着功放的供电系统所占的体积、重量会显著增加。现有的数字功放如果用在公共扩声场合，一般通过以下方式实现：1.增加定压传输的音频变压器；2.使用两个功放通道桥接实现；3.单功放通道电源高电压供电(± 150Vdc)。方法1因为使用了音频变压器，体积、重量、成本都会剧增，而效率会显著下降。方法2因为需要两个功放通道实现，除了增加系统的体积、重量外，还增加了电路的复杂度和材料成本。方法3因为是高电压供电，这对功放功率管的性能要求提高了很多，相应的对驱动电路的要求也提高了很多，这些因素都直接影响了功放的效率和稳定性。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种数字广播功放电路，以解决上述技术问题，从而能够简化功放电路的结构，提高功放输出的功率密度，同时提高电路的稳定性。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种数字广播功放电路，包括电源电路以及依次相连接的信号缓冲电路、PWM调制电路、驱动电路和功率放大电路；所述电源电路用于为所述信号缓冲电路、PWM调制电路、驱动电路、功率放大电路供电；

所述功率放大电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS 管；

所述第一MOS管的漏极与电源VPP端连接，所述第一MOS管的源极与第一续流二极管的负极连接，所述第一续流二极管的正极连接至保护地，所述第一MOS 管的栅极通过第一电阻与所述第一续流二极管的负极连接，所述第一MOS管的源极与所述第一续流二极管之间的连接节点通过第一电感器与第二电感器的第一端连接，所述第二电感器的第一端与喇叭的第一端连接，所述喇叭的第二端与电位参考端连接，所述喇叭的第一端与所述电位参考端之间连接有第一电容器；

所述电位参考端还通过第三电感器与所述第二MOS管的漏极连接，所述第三电感器与所述第二MOS管的漏极之间的连接节点与第二续流二极管的正极连接，所述第二续流二极管的负极与所述电源VPP端连接；所述第二MOS管的源极连接至所述保护地，所述第二MOS管的栅极通过第二电阻连接至所述保护地；

所述第三MOS管的漏极与所述电源VPP端连接，所述第三MOS管的源极与第三续流二极管的负极连接，所述第三续流二极管的正极连接至所述保护地；所述第三MOS管的栅极通过第三电阻与所述第三续流二极管的负极连接；所述第三 MOS管的源极与第三续流二极管的负极之间的连接节点通过第四电感器与所述电位参考端连接；

所述第二电感器的第一端还通过第五电感器与所述第四MOS管的漏极连接，所述第四MOS管的漏极还与第四续流二极管的正极连接，所述第四续流二极管的负极与所述电源VPP端连接；所述第四MOS管的源极连接至所述保护地，所述第四MOS管的栅极通过第四电阻连接至所述保护地；

所述电源VPP端还分别与第五续流二极管的负极、第二电容器的正极连接，所述第五续流二极管的正极通过第六电感器连接至所述保护地，所述第二电容器的负极连接至所述保护地。

进一步地，所述电位参考端的电位为在所述电源VPP端与所述保护地之间交替变换。

进一步地，所述PWM调制电路的调制频率为大于300kHz。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供了一种数字广播功放电路，包括电源电路以及依次相连接的信号缓冲电路、PWM调制电路、驱动电路和功率放大电路；所述电源电路用于为其他电路供电；本实用新型通过采用MOS管、续流二极管、储能电感等组成单电源双通道的功率放大电路，只需要单电源供电即可获得双电源功放电路的输出特性，从而通过实施本实用新型能够有效简化电路结构，减少电路的占用空间，大大提高了功放输出的功率密度。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的数字广播功放电路的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的功率放大电路的结构示意图；

图3是现有技术中的功率放大电路的结构示意图；

图4是现有技术中的功率放大电路的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

请参见图1-2，本实用新型实施例提供了一种数字广播功放电路，包括电源电路以及依次相连接的信号缓冲电路、PWM调制电路、驱动电路和功率放大电路；所述电源电路用于为所述信号缓冲电路、PWM调制电路、驱动电路、功率放大电路供电；

所述功率放大电路包括第一MOS管Q59、第二MOS管Q64、第三MOS管Q60 和第四MOS管Q93；

所述第一MOS管Q59的漏极与电源VPP端连接，所述第一MOS管Q59的源极与第一续流二极管D64的负极连接，所述第一续流二极管D64的正极连接至保护地PGND，所述第一MOS管Q59的栅极通过第一电阻R353与所述第一续流二极管 D64的负极连接，所述第一MOS管Q59的源极与所述第一续流二极管D64之间的连接节点通过第一电感器L16与第二电感器L19的第一端连接，所述第二电感器 L19的第一端与喇叭的第一端连接，所述喇叭的第二端与电位参考端连接，所述喇叭的第一端与所述电位参考端之间连接有第一电容器C146；

所述电位参考端还通过第三电感器L21与所述第二MOS管Q64的漏极连接，所述第三电感器L21与所述第二MOS管Q64的漏极之间的连接节点与第二续流二极管D94的正极连接，所述第二续流二极管D94的负极与所述电源VPP端连接；所述第二MOS管Q64的源极连接至所述保护地PGND，所述第二MOS管Q64的栅极通过第二电阻R357连接至所述保护地PGND；

所述第三MOS管Q60的漏极与所述电源VPP端连接，所述第三MOS管Q60的源极与第三续流二极管D66的负极连接，所述第三续流二极管D66的正极连接至所述保护地PGND；所述第三MOS管Q60的栅极通过第三电阻R354与所述第三续流二极管D66的负极连接；所述第三MOS管Q60的源极与第三续流二极管D66的负极之间的连接节点通过第四电感器L18与所述电位参考端连接；

所述第二电感器L19的第一端还通过第五电感器L22与所述第四MOS管Q93 的漏极连接，所述第四MOS管Q93的漏极还与第四续流二极管D93的正极连接，所述第四续流二极管D93的负极与所述电源VPP端连接；所述第四MOS管Q93的源极连接至所述保护地PGND，所述第四MOS管Q93的栅极通过第四电阻R356连接至所述保护地PGND；

所述电源VPP端还分别与第五续流二极管D57的负极、第二电容器C137的正极连接，所述第五续流二极管D57的正极通过第六电感器L10连接至所述保护地 PGND，所述第二电容器C137的负极连接至所述保护地PGND。

进一步地，所述电位参考端的电位为在所述电源VPP端与所述保护地PGND 之间交替变换。

进一步地，所述PWM调制电路的调制频率为大于300kHz。

基于上述方案，为便于更好的理解本实用新型实施例提供的数字广播功放电路，以下进行详细说明：

本实用新型的数字广播功放电路是为了解决传统数字功放电源电路复杂、功率器件要求较高，功率密度较低等问题。

如图1所示，该数字功放电路主要由以下几部分组成：1、电源电路；2、信号缓冲电路；3、PWM调制电路；4、驱动电路；5、功率放大电路；6、低通滤波电路。

其中，电源电路为其他电路供电，音频信号经由信号缓冲电路进入功放系统；经过处理的音频信号进入PWM调制电路生成脉宽调制信号；脉宽调制信号由驱动电路处理成可以驱动功率MOS管的驱动信号；驱动信号驱动功率放大电路工作生成大功率的脉宽调制信号；滤波电路把大功率脉宽调制信号的载波滤除，生成大功率的音频信号驱动喇叭。

其中功率放大电路的电路结构如图2所示。主要由功率MOS管、续流二极管、储能电感组成。当系统工作时，信号正半周MOS管Q59、Q64导通，信号方向：电源VPP→Q59→L16→L19→SPEAK→GND→L21→Q64→PGND，D64、D94在死区时间内提供续流回路；信号负半周MOS管Q60、Q63导通，信号方向：电源 VPP→Q60→L18→GND→SPEAK→L19→L22→Q63→PGND，D66、D93在死区时间内提供续流回路。输出信号的电位参考点GND不断在电源的VPP和PGND两者之间变换，实现输出信号正负半周的峰峰值约等于两倍的电源电压。

需要说明的是，现有数字功放实现定压输出有3种方式：1.增加定压传输的音频变压器；2.使用两个功放通道桥接实现；3.单功放通道电源高电压供电(± 150Vdc)。其中第2和第3种方式原理图如图3、图4所示，这两种方式都存在电源电路复杂。因为要处理大电流信号，为保证输出功率，电源电路必然需要选用容量很大的储能电容；使用两个整流二极管，需要更大的散热器降温。以上两点都无疑会占用很大的空间。方式3更需要选用耐压更高的MOS管，数字功放一般采用300kHz的开关频率，高耐压、大电流、高频率的MOS管无论是价格还是稳定性方面都存在劣势。

需要说明的是，本实用新型的功放电路因为只需要单电源供电，而且功放的调制频率在300kHz以上，选用的续流电感体积不需要很大，所以整体占用的空间比现有技术占用的空间要明显减少，功放输出的功率密度明显提高。因为广播功放多是定压输出，本实用新型电路只需要单电源供电即可获得双电源功放电路的输出特性，所以本实用新型的电路用在广播功放上优点更加突出。

本实用新型的新型数字广播功放电路只需要单电源供电(+150Vdc)就能实现100Vrms(280Vp-p)输出；另外，因为是单电源供电，所以电源系统复杂程度降低了，电源体积和重量都相应降低了，从而提高了功率密度。其次，因为是单电源供电，所以对功放功率管的性能要求比双电源功放电路的低很多，相应地稳定性也得到提高。

Claims (3)

1.一种数字广播功放电路，其特征在于，包括电源电路以及依次相连接的信号缓冲电路、PWM调制电路、驱动电路和功率放大电路；所述电源电路用于为所述信号缓冲电路、PWM调制电路、驱动电路、功率放大电路供电；

所述功率放大电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；

所述第一MOS管的漏极与电源VPP端连接，所述第一MOS管的源极与第一续流二极管的负极连接，所述第一续流二极管的正极连接至保护地，所述第一MOS管的栅极通过第一电阻与所述第一续流二极管的负极连接，所述第一MOS管的源极与所述第一续流二极管之间的连接节点通过第一电感器与第二电感器的第一端连接，所述第二电感器的第一端与喇叭的第一端连接，所述喇叭的第二端与电位参考端连接，所述喇叭的第一端与所述电位参考端之间连接有第一电容器；

所述电位参考端还通过第三电感器与所述第二MOS管的漏极连接，所述第三电感器与所述第二MOS管的漏极之间的连接节点与第二续流二极管的正极连接，所述第二续流二极管的负极与所述电源VPP端连接；所述第二MOS管的源极连接至所述保护地，所述第二MOS管的栅极通过第二电阻连接至所述保护地；

所述第三MOS管的漏极与所述电源VPP端连接，所述第三MOS管的源极与第三续流二极管的负极连接，所述第三续流二极管的正极连接至所述保护地；所述第三MOS管的栅极通过第三电阻与所述第三续流二极管的负极连接；所述第三MOS管的源极与第三续流二极管的负极之间的连接节点通过第四电感器与所述电位参考端连接；

所述第二电感器的第一端还通过第五电感器与所述第四MOS管的漏极连接，所述第四MOS管的漏极还与第四续流二极管的正极连接，所述第四续流二极管的负极与所述电源VPP端连接；所述第四MOS管的源极连接至所述保护地，所述第四MOS管的栅极通过第四电阻连接至所述保护地；

所述电源VPP端还分别与第五续流二极管的负极、第二电容器的正极连接，所述第五续流二极管的正极通过第六电感器连接至所述保护地，所述第二电容器的负极连接至所述保护地。

2.根据权利要求1所述的数字广播功放电路，其特征在于，所述电位参考端的电位为在所述电源VPP端与所述保护地之间交替变换。

3.根据权利要求1所述的数字广播功放电路，其特征在于，所述PWM调制电路的调制频率为大于300kHz。

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