CN218243484U

CN218243484U - 一种低电压大功率数字功放

Info

Publication number: CN218243484U
Application number: CN202222129501.2U
Authority: CN
Inventors: 张洪万; 卢仪; 李建文
Original assignee: Mingyao Electronics Foshan Co ltd
Current assignee: Mingyao Electronics Foshan Co ltd
Priority date: 2022-08-12
Filing date: 2022-08-12
Publication date: 2023-01-06
Anticipated expiration: 2032-08-12

Abstract

本实用新型涉及一种低电压大功率数字功放，其技术方案要点是：包括：音频信号放大模块、三角波产生模块、用于根据所述音频信号放大模块的输出信号和三角波产生模块的输出信号产生PWM载波信号的PWM产生模块、PWM功率驱动模块及低通滤波模块；所述音频信号放大模块的输入端用于连接模拟音频信号；所述音频信号放大模块的输出端连接PWM产生模块的第一输入端，所述三角波产生模块的输出端连接PWM产生模块的第二输入端；所述PWM产生模块的输出端连接PWM功率驱动模块的输入端；所述PWM功率驱动模块的输出端连接低通滤波模块的输入端；所述低通滤波模块的输出端用于连接负载；本申请具有转换效率高，驱动能力强的效果。

Description

一种低电压大功率数字功放

技术领域

本实用新型涉及数字功放技术领域，更具体地说，它涉及一种低电压大功率数字功放。

背景技术

随着科技的高速发展，功放作为整个音响系统的驱动核心，其作用是把微弱的音频电能信号经过电压放大，电流放大驱动喇叭转换成相应的声能，并把它辐射到空间去。

现有技术中为了获取更大的驱动功率，往往要将功放的供电电压提的很高才能输出相应的功率，但是在车载系统中，由于汽车的供电电压有限，为了获取大功率，必须设置相应的升压电路，其缺点是升压成本高，转换效率低，能量损耗大，特别是新一代的能源车，对电源使用效率要求更高，因此，研究一种具有转换效率高，驱动能力强的低电压大功率数字功放十分有必要。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种低电压大功率数字功放，具有转换效率高，驱动能力强的功能优点。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种低电压大功率数字功放，包括：音频信号放大模块、三角波产生模块、用于根据所述音频信号放大模块的输出信号和三角波产生模块的输出信号产生PWM载波信号的PWM产生模块、PWM功率驱动模块及低通滤波模块；

所述音频信号放大模块的输入端用于连接模拟音频信号；所述音频信号放大模块的输出端连接PWM产生模块的第一输入端，所述三角波产生模块的输出端连接PWM产生模块的第二输入端；所述PWM产生模块的输出端连接PWM功率驱动模块的输入端；所述PWM功率驱动模块的输出端连接低通滤波模块的输入端；所述低通滤波模块的输出端用于连接负载。

可选的，还包括：稳压模块；所述稳压模块的输出端分别连接音频信号放大模块和PWM产生模块。

可选的，还包括：保护模块；所述保护模块的第一输入端连接PWM 功率驱动模块，所述保护模块的第二输入端接地；所述保护模块的输出端连接PWM产生模块。

可选的，所述PWM功率驱动模块包括：用于放大所述PWM载波信号的MOSFET驱动电路、用于对放大后的所述PWM载波信号进行死区校正的死区校正电路、用于死区校正后的所述PWM载波信号进行放大的H 桥驱动电路、第一MOSFET功率管和第二MOSFET功率管；所述PWM产生模块的输出端连接MOSFET驱动电路的输入端；所述MOSFET驱动电路的输出端连接死区校正电路的输入端；所述死区校正电路的第一输出端连接第一MOSFET功率管的栅极；所述死区校正电路的第二输出端连接第二MOSFET功率管的栅极；所述第一MOSFET功率管的漏极连接第二电源电压；所述第一MOSFET功率管的源极和第二MOSFET功率管的漏极均连接低通滤波模块的输入端；所述第二MOSFET功率管的源极连接保护模块的第一输入端。

可选的，所述低通滤波模块为LC滤波电路。

可选的，所述LC滤波电路包括：电感、电容和第一电阻；所述第一MOSFET功率管的源极和第二MOSFET功率管的漏极均依次通过电感、第一电阻和电容接地；所述第一MOSFET功率管的源极和第二 MOSFET功率管的漏极均用于通过电感连接负载。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：PWM产生模块将三角波信号与放大后的模拟音频信号的电压进行比较，以将放大后的模拟音频信号调制为脉宽调制信号，也就是生成PWM载波信号，从而为 PWM功率驱动模块提供控制信号，PWM功率驱动模块用于将PWM载波信号转换为大功率的PWM驱动信号，并输出给低通滤波模块，低通滤波模块用于将PWM驱动信号进行低通滤波处理后输出给负载，所述负载为喇叭；通过音频信号放大模块用于对模拟音频信号进行放大，通过PWM功率驱动模块对PWM载波信号进行放大，转换效率高，从而提高功率，实现对大功率负载的驱动，所需供电电压低，驱动能力强，尤其适合于新一代的新能源使用。

附图说明

图1是本实用新型的组成框示意图；

图2是本实用新型中音频信号放大模块、PWM功率驱动模块和保护模块的结构示意图；

图3是本实用新型中低通滤波模块的电路示意图。

图中：1、音频信号放大模块；2、PWM功率驱动模块；3、保护模块；4、低通滤波模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了一种低电压大功率数字功放,如图1和图2所示，包括：音频信号放大模块1、三角波产生模块、用于根据所述音频信号放大模块的输出信号和三角波产生模块的输出信号产生PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)载波信号的PWM产生模块、PWM 功率驱动模块2及低通滤波模块4；

所述音频信号放大模块1的输入端用于连接模拟音频信号；所述音频信号放大模块1的输出端连接PWM产生模块的第一输入端，所述三角波产生模块的输出端连接PWM产生模块的第二输入端；所述PWM产生模块的输出端连接PWM功率驱动模块2的输入端；所述PWM功率驱动模块2的输出端连接低通滤波模块4的输入端；所述低通滤波模块4的输出端用于连接负载。

在实际应用中，音频信号放大模块1用于接收模拟音频信号，并对模拟音频信号进行放大，所述音频信号放大模块1包括：第一运算放大器U1、第一二极管D1、第二二极管D2、第二电阻R2、第三电阻R3 和第四电阻R4；第一运算放大器U1的正向输入端通过第二电阻R2连接模拟音频信号，第二运算放大器U2的反向输入端通过第三电阻R3连接模拟音频信号，第一二极管D1的阳极连接第一运算放大器U1的正向输入端，第一二极管D1的阴极连接第一运算放大器U1的反向输入端，第二二极管D2的阳极连接第一运算放大器U1的反向输入端，第二二极管 D2的阴极连接第一运算放大器U1的正向输入端，第一运算放大器U1 的反向输入端通过第四电阻R4连接第一运算放大器U1的输出端，放大后的模拟音频信号传输给PWM产生模块，三角波产生模块的输入端可与振荡器连接，用于产生三角波基准信号，三角波基准信号也传输给PWM产生模块，所述PWM产生模块可为运算放大器构成的比较电路，将三角波信号与放大后的模拟音频信号的电压进行比较，以将放大后的模拟音频信号调制为脉宽调制信号，也就是生成PWM载波信号，从而为PWM功率驱动模块2提供控制信号，PWM功率驱动模块2用于将PWM载波信号转换为大功率的PWM驱动信号，并输出给低通滤波模块4，低通滤波模块4用于将PWM驱动信号进行低通滤波处理后输出给负载，所述负载为喇叭；通过音频信号放大模块1用于对模拟音频信号进行放大，通过PWM功率驱动模块2对PWM载波信号进行放大，相比于采用升压电路的功放，本申请具有发热量小，转换效率高，所需供电电压低的效果，从而能够提高功率，实现对大功率负载的驱动，驱动能力强，尤其适合于新一代的新能源使用。

进一步地，还包括：稳压模块；所述稳压模块的输出端分别连接音频信号放大模块1和PWM产生模块。

具体第，所述稳压模块可采用稳压器，所述稳压器的输入端连接开机控制信号，输出端分别连接音频信号放大模块1和PWM产生模块，用于给音频信号放大模块1和PWM产生模块提供恒定电压；所述稳压器还连接第一电源电压。

进一步地，如图2所示，还包括：保护模块3；所述保护模块3的第一输入端连接PWM功率驱动模块2，所述保护模块3的第二输入端接地；所述保护模块3的输出端连接PWM产生模块。

具体地，保护模块3包括：第二运算放大器U2和第五电阻R5；所述第二运算放大器U2的正向输入端(也就是保护模块3的第一输入端) 连接PWM功率驱动模块2，第二运算放大器U2的反向输入端(也就是保护模块3的第二输入端)接地，第二运算放大器U2的正向输入端通过第五电阻R5连接第二运算放大器U2的反向输入端，通过第五电阻R5 进行负载电流的采样，并将负载电流输送给第二运算放大器U2进行采样比较，在达到设定功率后第二运算放大器U2的输出端输出的信号进行翻转，并将该翻转后的信号输送给PWM产生模块，以使PWM产生模块输出的PWM载波信号产生变化，以此进行过流保护。

进一步地，如图3所示，所述PWM功率驱动模块2包括：用于放大所述PWM载波信号的MOSFET驱动电路、用于对放大后的所述PWM载波信号进行死区校正的死区校正电路、用于死区校正后的所述PWM载波信号进行放大的H桥驱动电路、第一MOSFET功率管M1和第二MOSFET功率管M2；所述PWM产生模块的输出端连接MOSFET驱动电路的输入端；所述MOSFET驱动电路的输出端连接死区校正电路的输入端；所述死区校正电路的第一输出端连接第一MOSFET功率管M1的栅极；所述死区校正电路的第二输出端连接第二MOSFET功率管M2的栅极；所述第一MOSFET 功率管M1的漏极连接第二电源电压；所述第一MOSFET功率管M1的源极和第二MOSFET功率管M2的漏极均连接低通滤波模块4的输入端；所述第二MOSFET功率管M2的源极连接第二运算放大器U2的正向输入端。

具体地，MOSFET驱动电路对PWM载波信号进行放大，死区校正电路用于对放大后的PWM载波信号的占空比进行校正，以进行死区补偿，并输出校正占空比后的PWM载波信号，通过H桥驱动电路对校正后的 PWM载波信号进行功率放大，以驱动第一MOSFET功率管M1和/或第二 MOSFET功率管M2，通过死区校正电路的设置，使得第一MOSFET功率管 M1/第二MOSFET功率管M2在未完全关断之前，保持第二MOSFET功率管 M2/第一MOSFET功率管M1的关断，能够避免器件被烧坏，保证了对第一MOSFET功率管M1和第二MOSFET功率管M2的正常驱动。

进一步地，所述低通滤波模块4为LC滤波电路。

进一步地，如图3所示，所述LC滤波电路包括：电感L、电容C和第一电阻R1；所述第一MOSFET功率管M1的源极和第二MOSFET功率管M2 的漏极均依次通过电感L、第一电阻R1和电容C接地；所述第一MOSFET 功率管M1的源极和第二MOSFET功率管M2的漏极均用于通过电感L连接负载。

具体地，LC滤波电路能够有效的对PWM驱动信号进行滤波，在模拟音频信号经过PWM产生模块后，PWM产生模块产生的PWM载波信号上加载有音频信号，然后经过PWM功率驱动模块2进行放大后，LC滤波电路将高频的PWM载波信号滤除，剩下放大的模拟音频信号驱动负载，也就是驱动喇叭。

本实用新型的低电压大功率数字功放，PWM产生模块将三角波信号与放大后的模拟音频信号的电压进行比较，以将放大后的模拟音频信号调制为脉宽调制信号，也就是生成PWM载波信号，从而为PWM功率驱动模块2提供控制信号，PWM功率驱动模块2用于将PWM载波信号转换为大功率的PWM驱动信号，并输出给低通滤波模块4，低通滤波模块4 用于将PWM驱动信号进行低通滤波处理后输出给负载，所述负载为喇叭；通过音频信号放大模块1用于对模拟音频信号进行放大，通过PWM 功率驱动模块2对PWM载波信号进行放大，相比于采用升压电路的功放，本申请具有发热量小，转换效率高，所需供电电压低的效果，从而能够提高功率，实现对大功率负载的驱动，驱动能力强，尤其适合于新一代的新能源使用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种低电压大功率数字功放，其特征在于，包括：音频信号放大模块、三角波产生模块、用于根据所述音频信号放大模块的输出信号和三角波产生模块的输出信号产生PWM载波信号的PWM产生模块、PWM功率驱动模块及低通滤波模块；

2.根据权利要求1所述的低电压大功率数字功放，其特征在于，还包括：稳压模块；所述稳压模块的输出端分别连接音频信号放大模块和PWM产生模块。

3.根据权利要求1所述的低电压大功率数字功放，其特征在于，还包括：保护模块；所述保护模块的第一输入端连接PWM功率驱动模块，所述保护模块的第二输入端接地；所述保护模块的输出端连接PWM产生模块。

4.根据权利要求3所述的低电压大功率数字功放，其特征在于，所述PWM功率驱动模块包括：用于放大所述PWM载波信号的MOSFET驱动电路、用于对放大后的所述PWM载波信号进行死区校正的死区校正电路、用于死区校正后的所述PWM载波信号进行放大的H桥驱动电路、第一MOSFET功率管和第二MOSFET功率管；所述PWM产生模块的输出端连接MOSFET驱动电路的输入端；所述MOSFET驱动电路的输出端连接死区校正电路的输入端；所述死区校正电路的第一输出端连接第一MOSFET功率管的栅极；所述死区校正电路的第二输出端连接第二MOSFET功率管的栅极；所述第一MOSFET功率管的漏极连接第二电源电压；所述第一MOSFET功率管的源极和第二MOSFET功率管的漏极均连接低通滤波模块的输入端；所述第二MOSFET功率管的源极连接保护模块的第一输入端。

5.根据权利要求4所述的低电压大功率数字功放，其特征在于，所述低通滤波模块为LC滤波电路。

6.根据权利要求5所述的低电压大功率数字功放，其特征在于，所述LC滤波电路包括：电感、电容和第一电阻；所述第一MOSFET功率管的源极和第二MOSFET功率管的漏极均依次通过电感、第一电阻和电容接地；所述第一MOSFET功率管的源极和第二MOSFET功率管的漏极均用于通过电感连接负载。