DE60002757T2

DE60002757T2 - Leistungsverstärker

Info

Publication number: DE60002757T2
Application number: DE60002757T
Authority: DE
Inventors: Milan Prokin; Milenko Cvetinovic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: US6646507B1; DE60002757D1; JP2003516014A; AU7760800A; EP1234377A1; ATE240609T1; EP1234377B1; YU49097B; YU60299A; WO2001039369A1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf den Verstärkern und vornehmlicher auf die Audio Verstärker und Inverter die Elektromotoren zu betreiben.
Diese Erfindung überwältigt das Problem von Verstärkerungssignalen die verschiedene Frequenzen in einem breiten Umfang haben, theoretisch von Nullfrequenz bis zur einen vorentscheidenen Frequenz durch den Gebrauch von kleiner Anzahl elektronisch Komponenten, so daß eine maximale Spannungskraft einigemal höher als die Kraft, die mit dem Gebrauch von bestehenden Verstärkern aller Klassen ohne Verstärkungskonverter als die Stromversorgung, minimale Störung, maximale Wirksamkeit, Elimination von Strahlungs- und Geleitrauschen, maximale Abwerfen von Stromversorgungsrauschen, wirksamer Schutz von übermäßiger Spannung die aus der Stromversorgung erscheint und die minimale Verstärkersgröße angeboten wird. Dieses technisch Problem wird durch den neuen Leistungsverstärker, in dem Fortkommenden PB Verstärker, nach dem folgenden Spezifikation gelöst.
Stand der Technik
Der vorangehende Artikel erklärt nur die Verstärker mit einer Last auf ihrem Ausgang (l), erklärt aber keine Verstärker mit einer Last auf ihrem Eingang(2 und 3) direkt an die Stromversorgung angeschlossen. [0004] Verschiedene Gestaltformen der Schaltung von Verstärker der Klasse D zur monophasischen Last (zum Beispiel einstimmiger Kreislautsprecher) sind in folgenden U.S. Patent Reg. Nr.: 3,585,517 im Jänner 1971 zu R. B. Herbert (5); 4,649,565 im März 1987 an A. J. M. Kaizer et al.(4) ausgegeben und R. E. 33,333 den 11. September 1990 an W. E. Taylor, Jr. et al. ausgegeben erklärt.
Der Verstärker der Klasse D zur Zweiphasenlast (zum Beispiel ein Lautsprecher mit zwei geerdeten Kreisen) wurde in U. S. Patent 4,360,707 im November 1982 an J. R. Joseph et al. ausgegeben dargestellt.
Der LC Ausgangsfilter des Verstärkers der Klasse D gebraucht zur Rekonstruktion von dem verstärkten Signal auf dem Ausgang der Schaltungsbrücke verlangt eine große Anzahl von Komponenten bedeutsamer Größe, wobei der Preis und die Dimensionen des Verstärkers der Klasse D wurden wesentlich erhöht.
Wenn die Last des Verstärkers andersartig als die nominale zu dem des LC Ausgangsfilters wurde, die Amplitudenantwort wird bedeutsam von dem geplanten abweichen. Im Fall von Lastswert niedriger als die nominale, die Amplitudenantwort wird schwächer als die geplante. Im Fall von Lastswert größer als die nominale, die Amplitudenantwort wird gößer als die geplante. Im Fall des nicht gespannten Verstärkers der nahe von parallelen Resonanzfrequenz des LC Ausgangsfilters tätig ist, entsteht eine extreme Spannung, die zum Zerfallen von Filterkondensator führen kann.
Die Mehrheit von heute gebrauchten Lasten aber, wie die elektrodynamisch Lautsprecher, Induktionselektromotoren und bürstenlosen DC Motoren charakterisieren sich durch bedeutsame Induktion ihrer Aufwicklungen im Verhältnis zur Resistenz, so daß sie zum unmittelbaren Ausgangsanschluß an LC Ausgangsfilter, die für die reine Resistenzlast geplant sind, ganz ungeeignet sind. Einer im Fach bewanderte wird das Problem durch den Gebrauch von an die Induktionslast in Parallel verbundenem Sobel Filter auflösen, wobei die gesamte Impedanz rein widerständig bei allen Frequenzen von Interesse wird. Sobel Filter wird von einem Resistor von derselben Wert wie die Resistenz der Last in Serien an einen speziell ausgewählten Kondensator, der wird die Wirkung von das Induktion der Last Ausheben gebunden. Diese Auflösung erhöht aber bedeutsam das Zerstreuen der Schaltungsbrücke weil eine zusätzliche niedrige Impedanz in Parallel mit dem Verstärkersausgang verbunden wurde.
LC Ausgangsfilter von den Audio Verstärkern und der schnell reagierende Elektromotor wurden die relativ niedrige Impedanz der Induktionen der Filtrierung formieren, was zu die Erhöhung des Stromwallens durch allen Transistoren in der Schaltungsbrücke und damit zum vergrößerten Zerstreuen an diesen und die Resistenzen von Filterinduktionen führen wird.
Eingangs LC Filter der Klasse D des Verstärkers der zur Reduktion der Injektion von geleiteten EMI Rauschen aus der Schaltungsbrücke in dem Kabel der die Stromversorgung verbindet gebraucht wird, verlangt schwerfällige Komponenten wobei der Preis und die Dimensionen der Verstärker von Klasse D vergößert werden.
Der Entwurf von solchem LC Filter fordert eine besondere Achtung wegen der untereinanderen Wirkung zwischen seiner Ausgangs- und Eingangsimpedanz und der Eisgangsimpedanz der Schaltungsbrücke, so daß die Spannungsoszilationen auf der Schaltungsbrücke vermeidet werden.
Ein besonderes Problem das während der Tätigkeit von den Verstärkern der Klasse D, das bei der positiven wie auch bei der negativen Stromversorgung erscheinen wird, ist die „Flucht" des Stromversorgungsbus während der Verstärkung von Signalen niedriger Frequenz. Während der positiven Zyklushälfte eines Eingangssignals, die beobachtete Schaltung wurde in der Mehrheit der Zeit ein und der Strom wird zur Last abgegeben, und teilweise in dem Filterinduktor akkumuliert. Während der negativen Zyklushälfte die beobachtete Schaltung wurde in der Mehrheit der Zeit aus und der Strom des Flterinduktors kehrt durch die Diode zur Stromversorgung antiparallel zur beobachteten Schaltung zurück. In diesem Fall während der positiven Zyklushälfte die positive Stromversorgungsspannung wird erniedrigt, sobald sie während der negativen Zyklushälfte erhöht wird. Sich vor Augen haltend, daß die Mehrheit von Stromversorgung wird zum Quellen und nicht zum Senken den Strom gemacht, die Erhöhung der Spannung wird einen Gebrauch von schwerfälligen Kondensatoren oder speziellen Schutzkreisen in der Stromversorgung erfordern.
Eine ausführlichere Diskussion von den Problemen der Lage der Verstärkerskunst der Klasse D wird in den Anwendungsbemerkungen: AN 1042 „High Fidelity Switching Audio Amplifiers Using TMOS Power MOSFETs" herausgegeben von Motorola Semiconductor in 1989, AN 1013 „Mono Class D Amplifiers" herausgegeben von SGS – Thomson Microelectronics in 1998, AN9525 „Class D Audio II Evaluation Board" herausgegeben von Harris Semiconductor in 1996, „A Real Analysis of the Power Behind Audio Power Amplifier Systems" und SLOA 031 „Design Considerations for Class D Audio Power Amplifier" beide herausgegeben von Texas Instruments in 1998 bzw. 1999 gegeben.
Ein Standardverstärker von hohem Strom besteht aus einer schaltfähiger Stromversorgung zur Spannungserhöhung (Der Leistungskonverter) die an einen Verstärker der Klasse D angeschlossen wurde (6).
Eine spezielle Verstärkersform von zwei zweiseitigen Cuk Konvertern wurde in U. S. Patent 4,286,437, ausgegeben in Jänner 1980 an S. Cuk (7) erklärt.
Ein Schaltungsverstärker zur Zweiphasenlast wurde in dem Deutschen Patentdokument DE 3716826A1 in Dezember 1988 an K. Michael et al. ausgegeben (9) erklärt.
Linearen Druckverstärker zur Zweiphasenlast (zum Beispiel ein Lautsprecher mit zwei geerdeten Stimmenkreisen) wurden in folgenden U.S. Patent Nummern: 4,130,725, im Dezember 1978 an M. J. Nagel, 4,201,886 im Mai 1980, an M. J. Nagel und 4,220,832 in September 1980 an M. J. Nagel ausgegeben.
Linearen Verstärker der Klasse AB zur Zweiphasenlast (zum Beispiel ein Lautsprecher mit zwei geerdeten Stimmenkreisen) mit verschiedener Spannung Stromversorgung wurden in U. S. Patent 5,748,753 im Mai 1998 an R. W. Carver ausgegeben erklärt.
Das Grundproblem in allen bestehenden Audio Verstärkern in Klassen A, B und AB ist das Hervorbringen der Wärme, die niedrige Wirksamkeit während der normalen Tätigkeit, die den Verbrauch des hohen Stroms aus der Stromversorgung verlangen, was für die Versorgung der batteriengetriebenen Vorrichtungen, wie die in Autos, in tragbaren Rechenmaschinen, in Radios, in Kassetten und CD Spielern von spezifischem Interesse wird.
Erklärung der Erfindung
Das erste Ziel dieser Erfindung eines neuen Stromleistungsverstärkers in welchem eine Zweiphasenlast werden an die Stromversorgung auf einer Seite und an die entsprechende Schaltungsbrückenhälfte auf anderer Seite und die Schaltungsbrückenhälfte die an den Brückenkondensator direkt angeschlossen wurde.
Das zweite Ziel dieser Erfindung wird denselben Verstärker wie den ersten, mit dem Zusatz von einem Ausgangsfilter zwischen der Zweiphasenlast und der entsprechenden Schaltungsbrückenhälfte zu versorgen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Vorteile und Charakteristika dieser Erfindung werden diesen die in der Kunst bewandert sind, aus ausführlicher Beschreibung der vorteilhaften Formarten dieser Erfndung bezüglich der begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich, in welchen:
1 ist ein Block Diagram von dem Fachzustand von Verstärker der Klasse D.
2 ist ein Block Diagram des erfundenen Stromleistungsverstärkers (in weiterem SL Verstärker) mit dem Brückenkondensator der an die Enden der Schaltungshalbbrücke angeschlossen wurde.
3 ist ein Block Diagram des erfundenen SL Verstärkers mit dem Brückenkondensator der an die Enden der Schaltungshalbbrücke und an den Ausgangsfilter angeschlossen wurde.
4 ist ein schematisches Diagram des Zustands des Verstärkers der Fachklasse D mit dem Eingags- und Ausgangsfilter und mit einer monophasischen Last an seinem Ausgang.
S ist ein schematisches Diagram des Zustands des Verstärkers der Fachklasse D mit Eingags- und Ausgangsfilter und mit einer monophasischen Last an seinem Ausgang.
6 ist ein schematisches Diagram des Zustands des Fachleistungsverstärkers der an dem Verstärker der Klasse D angeschlossen wurde und mit einer monophasischen Last an seiner Ende verbunden wurde.
7 ist ein schematisches Diagram des Cukschen Verstärkers mit einer monophasischen Last an seinem Ausgang.
8 ist ein schematisches Diagram des erfundenen PB Verstärkers mit einem Brückenkondensator der an die Enden der Schaltungshalbbrücke angeschlossen wurde und mit einer Zweiphasenlast entsprechend dem Block Diagram aus 2.
9 ist ein schematisches Diagram des Fachzustands des Schaltungsverstärkers mit dem Brückenkondensator und Verbindungsumwandler an die Enden von der Schaltungshalbbrücke angeschlossen und mit einer Zweiphasenlast.
10 ist ein schematisches Diagram des erfundenen PB Verstärkers der an die Enden der Schaltungshalbbrücke an den Brückenkondensator angeschlossen wurde, mit dem Ausgangs LF Filter und einer Zweiphasenlast entsprechend dem Block Diagram aus 3.
11 ist ein schematisches Diagram des erfundenen PB Verstärkers mit dem an die Enden von Schaltungshalbbrücke angeschlossenem Brückenkondensator, Ausgangs LC Filter und einer Zweiphasenlast entsprechend dem Block Diagram aus 3.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 ist ein Block Diagram von Fachzustandsverstärker der Klasse D. Die Stromversorgung 1 wird an den Eingang des Eingangsfilters 2 angeschlossen. Der Ausgang des Eingangsfilters 2 wird an den Eingang der Schaltungshabbrücke 3 angeschlossen: Die Tätigkeit der Schaltungshalbbrücke 3 wird durch die Pulsbreite geänderte PBG Kontrollsignale kontrolliert. Der Ausgang der Schaltungshalbbrücke 3 wird an den Eingang des Ausgangsfilters 4 angeschlossen. Der Ausgang des Ausgangsfilters 4 wird an die Last 5 angeschlossen. Die Folgen von diesem Entwurf wurden schon in der Beschreibung des vorangehenden Artikels diskutiert.
2 ist ein Block Diagram des erfundenen Stromleistungsverstärkers (SL Verstärker). Die Stromversorgung 1 wird an den Eingang der Last 5 angeschlossen. Der Ausgang der Last 5 wird an den Eingang der Schaltungshalbbrücke 3 angeschlossen. Die Tätigkeit von Schaltungshalbbrücke 3 wird durch die pulsbreitegeänderte Kontrollsignale kontrolliert PBG. Der Ausgang der Schaltungshalbbrücke 3 wird an den Brückenkondensator 6 angeschlossen. Diese Gestaltform wird gänzlich den Ausgangs- wie auch den Eingangsfilter eliminieren, während sie die Last 5 mit der Stromversorgung 1 unmittelbar verbindet und wird den einigemal höher Strom an der Last 5 mit der Hilfe von einer zusätzlichen Versorgung an der Schaltungshalbbrücke 3 von dem Brückenkondensator 6 ermöglichen. Die geleitete und gestrahlte EMI Rauschen wird bedeutsam erniedrigt im Vergleich mit dem Verstärker der Klasse D. Diese Gestaltform ermöglicht einen niedrigen Preis, kleinere Größe und einen niedrigen Grad von EMI Rauschen.
3 ist ein Block Diagram von dem erfundenen PB Verstärker mit einem Ausgangsfilter. Die Stromversorgung 1 ist mit dem Eingang der Last 5 verbunden. Der Ausgang der Last 5 ist mit dem Eingang von Ausgangsfilter 4 verbunden. Der Ausgang von Ausgangsfilter 4 ist mit den Eingang von Schaltungsbrücke 3 verbunden. Die Tätigkeit der Schaltungshalbbrücke 3 wird durch die pulsbreitegeänderte Kontrollsignale PBG kontrolliert. Der Ausgang von Schaltungshalbbrücke 3 wurde an den Brückenkondensator 6 angeschlossen. Diese Gestaltform wird den Eingangsfilter 2 gänzlich eliminieren und den Eingangsfilter 4 erniedrigen, während schließt sie direkt die Last 5 an die Stromversorgung 1 an und ermöglicht einigemal größeren Strom an der Last 5 mit der Hilfe der zusätzlichen Versorgung an der Schaltungshabbrücke 3 von dem Brückenkondensator 6. Diese Gestaltform wird fernere Erniedrigung der geleiteten und gestrahlten EMI Rauschen zusammen mit dem ein wenig höheren Preis und Größe des Verstärkers ermöglichen.
4, 5 und 6 sind schematische Diagrame des Fachzustands der Verstärker von Klasse D mit den Eingangs- und Ausgangsfiltern bzw. den Monophasenlasten an ihrem Ausgang. Die Störungen von Stromversorgung 1 werden in einem Ausgangsfilter 2 filtriert. Die Schaltungshalbbrücke 3 wird den pulsierenden Strom von dem Eingangsfilter 2 wegziehen mit der entsprechenden Erschaffung von geleiteten und gestrahlten EMI Rauschen, besonders im Fall von langen Kabeln zwischen der Stromversorgung 1 und dem Eingangsfilter 2. Der Ausgangsfilter 4 der für die Reuschfiltrierung und für die Erniedrigung des Spannungswallens an der Last 5 bestimmt wurde, wird zwischen der Schaltungshalbbrücke 3 und der Last 5 verbunden. Im Fall von kurzen Kabeln zwischen der Schaltungshalbbrücke 3 und der Last 5, in einigen Fällen ist es möglich den Ausgangsfilter 4 zu eliminieren sobald mit der bedeutsamen Vergrößerung von geleiteten und gestrahlter EMI Rauschen.
7 ist ein schematisches Diagram von Cukschen Verstärker gemachten aus zwei Zweirichtungs Cukschen Konverter mit dem monophasischen Last auf seinem Ausgang. Eine ausführliche Analyse zeigt, daß die Transferfunktion nicht linear sei und daß sie kann als linear nur in die Nähe der Null der Ausgangsspannung nahegebracht werden. Dieser Verstärker verlangt auch vier Schalter was doppelt so viel ist wie der minimale Schalteranzahl für das Erzielen von symmetrisch Verstärkungsfunktion.
8 ist ein schematisches Diagram von erfundenen PB Verstärker mit dem Brückenkondensator 6 angeschlossen an die Enden von Schaltungsbrücke 3 und eine ZweiphasenLast 5 entsprechend dem Block Diagram aus 2. Die Schaltungshalbbrücke 3 besteht sich aus Schaltern 31 und 32, wie auch aus Dioden 71 und 72. Die Tätigkeit der Schaltungshalbbrücke 3 wird durch die pulsbreitegeänderte Kontrollsignale PBG 1 und BGB 2 die sind typisch phasengegensätzlich kontrolliert; das heißt wenn PBG 1 ist tätig, die PGB 2 ist nicht tätig und vice versa. Sobald diese Signale konnten in einer anderen Weise kontrolliert werden, so verändern sie die Verstärkerfunktion. In weitere Beschreibung wurde der einfachste Fall von phasengegensätzlichen Erschaffung der Kontrollsignale PBG 1 und PBG 2 gebraucht, der wurde auch in der Praxis am liebsten gebraucht, und wird denen die in dem Fach gewandten gut bekannt.
Das PBG 1 Signal ist tätig und das PBG 2 ist nicht tätig während der Pulsdauer in Rahmen von einer Periode der Pulsbreiteänderung. Das PBG 1 Signal ist nicht tätig und das Signal PBG 2 ist tätig in der Dauer der Pause in Rahmen der dieselben Periode. Die durchschnittliche Wert von PBG 1 in Rahmen einer Periode ist der geänderten Signalwert entsprechend, während die durchschnittliche Wert des PBG 2 in Rahmen derselben Periode der umgekehrten geänderten Signalwert entsprechend wird.
Der Modulator selbst kann durch den Generator einer dreieckiger oder Sägenzahnspannung und einen Komparator, der die gegebene Referenzspannung mit einer Eingangsspannung, die soll geändert werden vergleichen, wird gemacht. Der Modulator kann auch durch eine Rechenmaschine gemacht werden in welcher die Digitalworte wurden entsprechend der binare Wert von Eingangsspannungsmuster geschrieben. Alle diese Modulatorverwirklichungen sind denen im Fach gewandten gut bekannt.
Für das tätige PBG 1 Signal der Schalter 31 ist ein und der Schalter 32 ist aus, so daß der erste Stromkreis bedeckt die Stromversorgung 1 , die erste Phase 51 der Last 5, den Schalter 31 , während der zweite Stromkreis bedeckt den Brückenkondensator 6, die zweite Phase 52 der Last 5 und denselben Schalter 31. Am relativ niedrigen Niveau des kontinuierlichen Stroms im Vergleich mit der maximalen Spannung (rms), die Spannung an dem Brückenkondensator 6 ist nahe der Spannung der Stromversorgung 1. Deshalb die Spannung an dem Kondensatoranschluss des Schalters 32 aus ist nahe der negativen Wert der Spannung von Stromversorgung 1.
Für das tätige PBG 2 Signal der Schalter 32 ist ein und der Schalter 31 ist aus, so der dritte Stromkreis bedeckt die Stromversorgung 1, die zweite Phase 52 der Last 5 und den Schalter 32, während der vierte Stromkreis bedeckt den Brückenkondensator 6, die erste Phase 51 der Last 5 und denselben Schalter. Bei relativ niedrigem Niveau des kontinuierlichen Stroms im Vergleich mit dem maximalen kontinuierlichen Strom (rms) die Spannung auf dem Brückenkondensator 6 wird nahe der Spannung der Stromversorgung 1. Deshalb die Spannung auf dem Kondensatoranschluss des Schalters 31 off wird nahe doppelter Wert von Spannung der Stromversorgung 1.
In dieser Weise der Brückenkondensator 6 dient als eine zusätzliche Batterie der Stomversorgung für der Last 5 und so eine fast volle Wert der Stromversorgung in beiden Phasen 51 und 52. Der Last 5.
Dioden 71 und 72 wurden antiparallel an Schalten 31 bzw. 32 angeschlossen und leiten den Strom wenn alle Schalter off sind. Die Rolle der Schalter kann durch irgendeinen Halbleiterschalter wie durch die bipolare Transistoren Mosfeten oder IGBT von beanspruchten Frequenz von Kontrollsignalen ausgefüllt werden, was hängt von dem Strom, Spannung und dem Verstreuen der Schalter ab. Wenn MOSFET Transistoren als die Schalter gebraucht werden, die genannten Dioden 71 und 72 stehen als innere parasitische Dioden von MOSFET Transistoren, was den Fachgewandten gut bekannt ist.
Für die Null durchschnittliche Wert des geänderten Signals (zum Beispiel ein Signal in der Form von sinusoidaler Welle) die durchschnittliche Werte der Kontrollsignale PBG 1 und PBG 2 sind identisch, so sind die durchschnittliche Werte, zum Beispiel DC Komponenten der Ströme durch den beiden Phasen 51 und 52 der Last 5 auch identisch und den Brückenkondensator 6 zu elektrisieren dienen.
In meisten Lasten von dem doppelten Stimmenkreis Lautsprechertyp die Induktionen von beiden Phasen, 51 und 52, der Last 5 sind miteinander verbunden. Wenn die Induktionen der beiden Phasen 51 und 52 der Last 5 miteinander verbunden sind, die durchschnittlichen Stromwerte durch die beiden Phasen 51 und 52 wurden von der Stromversorgung 1 nach dem Brückenkondensator 6 gelenkt so daß ihre Durchflüsse werden aufgrund von gezeigten Referenzzeichen einander vernichtet. So die durchschnittliche Wert von Summationsdurchfluß ist gleich Null und das magnetisch Material der Last 5 wird wie in dem Standard Verstärker der Klasse D gebraucht. Die durch die genannten geänderten Ströme herausgebrachte durchschnittliche Kraftwert wird auch zur Nuli vernichtet.
Die geänderten Stromkomponenten werden aber durch die erste Phase 51 und die zweite Phase 52 der Last 5 gegenseitige Richtungen im Vergleich mit der Stromversorgung 1 haben, so ihre Durchflüße werden nach den gezeigten Referenzmarkern miteinander addiert. Die durchschnittliche Kraftwerte die durch die genannten geänderten Ströme entstanden wurden auch addiert.
Eine besondere Qualität von dargestellten Solution ist eine praktische Unempfindlichkeit auf Veränderungen von der Stromversorgung 1 Spannung, die identische Ströme in symmetrischen Induktionen von beiden Phasen 51 und 52 der Last 5 herausbringen, so daß ihre Durchflüße und Kräfte werden einander vernichtet. [0039] Eine andere besondere Qualität der dargestellten Solution ist eine praktische Unempfindlichkeit auf Veränderungen von der Brückenkondensator 6 Spannung, die identische Ströme in symmetrischen Induktionen von beiden Phasen 51 und 52 der Last 5 herausbringen, so daß ihre Durchflüße und Kräfte werden einander vernichtet.
9 stellt den Fachzustand von schematischem Gebrauch des Brückenkondensators 61 und 62 und eines Anschlußtransformators 9 angeschlossen an den Enden von Schaltungshalbbrücke und einer ZweiphasenLast 5 dar. Beide Schalter, 31 und 32, wurden an den negativen Anschluss der Stromversorgung 1 angeschlossen. Bei relativ niedrigen Größen von ständigem Strom im Vergleich mit maximalem ständigem Strom (rms) die Spannung der beiden Brückenkondensatoren 61 und 62 ist nahe der Spannung der Stromversorgung 1, während die Spannung des primären und sekundären des Verbindungstransformators 9 sind nahe der positiven bzw. negativen Wert der Spannung von Stromversorgung 1. Dieser Verstärker ist aber viel komplexer im Vergleich mit PB Verstärker aus 8 wegen der Addition von einem Transformator mit Transformatorverhältnis von fast eins und zwei Kondensatoren statt einen.
10 ist ein schematisches Diagram von erfundenen PB Verstärker mit dem Brückenkondensator 6 angeschlossen an die Enden von Schaltungshalbbrücke, einem Ausgangs L Filter 4 und ZweiphasenLast 5 entsprechend dem Block Diagram aus 3. Der Ausgangs L Filter 4 ist zwischen jeder Phase der Last 5 und dem entsprechenden Eingang der Schaltungshalbbrücke 3 angeschlossen und dient zur zusätzlichen Filtrieren den Strom durch die Last 5. Der Ausgangs 4 Filterfilter L besteht sich aus zwei filtrierenden Induktoren 41 und 42, die können miteinander verbunden werden. Der erste Grund für dem Gebrauch von Ausgangs L Filter 4 ist eine relativ kleine Induktion der Last 5, so daß er die Ausnützung von toroidaler Induktion empfehlt mit dem Ziel der Erniedrigung der gestrahlten Rauschen. Der zweite Grund für dem Gebrauch von Ausgangs L Filter 4 ist eine zusätzliche Verminderung der Störungen aus der Schaltungshalbbrücke 3 und so empfehlt den Gebrauch von Körnchen von Ferrit.
1 ist ein schematisches Diagram von erfundenen PB Verstärker mit dem Brückenkondensator 6 angeschlossen an die Enden von Schaltungshalbbrücke 3, Ausgangs LC Filter 4 und eine ZweiphasenLast 5 entsprechend dem Block Diagram aus 3. Der Ausgangs LC Filter wurde zwischen jeder Phase der Last 5 und den entsprechenden Eingang der Schaltungshalbbrücke 3 angeschlossen und dient zur zusätzlichen Filtrierung des Stroms durch die Last 5. Der Ausgangs LC Filter 4 besteht sich aus zwei Filtrierungsinduktoren 41 und 42, die können zusammengebunden werden und zwei Filtrierkondensatoren 81 und 82. Der erste Grund für dem Gebrauch von Ausgangs LC Filter 4 ist eine relativ kleine Induktion de Last 5, und so empfehlt den Gebrauch der toroidalen Induktion die gestrahlte Rauschen zu verkleinern. Der zweite Grund für dem Gebrauch von dem Ausgangs L Filter 4 ist die zusätzliche Verkleinerung der Störungen aus der Schaltungshalbbrücke 3 und so empfehlt den Gebrauch von Ferrit Körnchen.
Der Schalter 31 mit der Diode 71 aus 8 kann mit dem Gebrauch von NMOS Transistor ausgemacht, und der Schalter 32 mit der Diode 72 kann mit dem Gebrauch von PMOS Transistor ausgemacht, worin der Kontrollsignal PWM 1 ist zu dem negativ Anschluss der Stromversorgung 1 gelenkt, und der Kontrollsignal PWM2 ist zu dem positiv Anschluss der Stromversorgung 1 gelenkt.
Im Fall wenn zwei NMOS Transistoren verlangt werden, der Kontrollsignal PWM2 muß zu dem negativ Anschluss des Brückenkondensators 6 gelenkt werden, und die Versorgung zu dem Torenfiihrer des NMOS Transistoren, der verwirklicht, daß der Schalter 32 mit der Diode 72 muß schwimmen („bootstrap") oder galvanisch isoliert werden, was wird dem fachgewandten gut bekannt.
Die Anwendbarkeit in der Industrie
Die maximale Spannung auf dem Brückenkondensator 6 wird untrennbar zu der Wert der Spannung der Stromversorgung 1 begrenzt ohne Gebrauch von Feedback, zum Unterschied von Leistungskonvertern wo diese Spannung ist unbegrenzt, was ohne Feedback zum Zerfall der Schalter führen kann. Bei der Vollast diese Spannung auf dem Brückenkondensator 6 wird auf 1/3 der Spannung von der Stromversorgung 1 nieder fallen, was den maximalen kontinuierlichen Strom (rms) auf rund zweimal größer als rms Strom von den Verstärkern der Fachklasse D begenzen wird bei derselben Spannung der Stromversorgung und derselben Impedanz der Last 5.
Der Höhepunkt Faktor wie das Verhältnis des maximalen Strom zu rms Strom in dB ausgedrückt wird ein sehr wichtiger Parameter in dem Feld von Verstärkern des Audio Stroms. Der Höhepunkt Faktor für einem Signal der sinusoidalen Welle ist nur 3.01 dB; das heißt daß der Höhepunkt Strom ist nur zweimal höher als rms Strom. Die Analyse verschiedener Musik Arten, von der klassischen, Pop und Rock bis Jazz zeigt die Variation des Höhepunkt Faktors von einem Minimum von 11 dB für Pop und Rock bis einem Maximum von 21 dB für einigen klassischen und Jazz Musik, was einem Verhältnis zwischen dem Höhepunktstrom zu rms Strom von einem Minimum von 11.6 bis zu dem Maximum von 126 entspricht. Bei dem Audio Gebrauch kann es vorausgesetzt werden, daß der durchschnittliche Höhepunkt Faktor wird rund 15 dB, das heißt 31.6 mal für der Mehrheit von Musik Inhalten.
Demzufolge, im Fall von Musik Signal Verstärker rms Strom ist relativ klein, und so die Spannung des Brückenkondensators 6 erreicht fast die Spannung der Stromversorgung. Davon der Höhepunktstrom des zweiphasen Verstärkers für ein Musiksignal wird mehr als vier mal größer als der Höhepunktstrom der Verstärker der Fachklasse D bei derselben Spannung der Stromversorgung und derselben Impedanz der Last 5. D Stromverbrauch der Verstärker PB, wie auch Verstärker der Fachklasse D im Fall von der Verstärkerung des Musiksignals wird 2.5 mal kleiner als für den besten linearen Verstärkern in Klassen B und AB in den Bedingungen von demselben Ausgangsstrom.
Zum Beispiel in der automotiv Elektronik mit der Spannung der Stromversorgung von 14,4 Volt, der Lautsprecherimpedanz von 4 Ohm und der Störung von 1%, die Verstärker der Klasse AB erreichen nur 19W rms und 38 W der Höhepunktspannung, die Verstärker der Klasse D erreichen 21 W rms und 42 W von Höhepunktstrom, während der PB Verstärker, bei dem Gebrauch von 2 plus 2 Ohm Lautsprecher verbunden in Serie erreicht 42 W rms und 193 W Höhepunktstrom.
Zum Beispiel, in der automotiv Elektronik mit der Spannung der Stromversorgung von 14,4 V, der Lautsprecherimpedanz von 4 Ohm und der Störung von 10%, die Verstärker der Klasse AB erreichen 25 W rms und den Höhepunktstrom von 40 W, die Verstärker der Klasse D erreichen 27 W rms und den Höhepunktstrom von 45 W, während der PB Verstärker mit dem Gebrauch von Lautsprechern von 2 plus 2 Ohm verbunden in Serie erreicht 50 W rms und 230 W von Höhepunktstrom.
Es folgt, daß der PB Verstärker ausnahmsweise angepaßt wird die Musiksignale in den Fahrzeugen zu verstärken und alle seine Vorteile zeigt. Außerdem die Standard Lautsprecher mit dem doppelten Stimmenkreis wurden für den höheren Strom gemacht, so der Gebrauch von dem PB Verstärker verlangt keine Veränderungen der existierenden Technologie der Lautsprecher Produktion.
Eine ähnliche Situation gilt für dem Gebrauch von dem PB Verstärker in dem Gebiet von Elektromotorenbetrieb. Nämlich, eine bessere übergehende Antwort, besonders während der Beschleunigung eines Elektromotors ein bedeutsamer Reservestrom wurde verlangt, der durch den Brückenkondensator 6 erfolgreich versorgt wird. Während normaler Tätigkeit der notwendige Strom für meisten Elektromotoren Betrieb ist viel niedriger, was dem Höhepunkt Faktor von mindestens 6 dB, das heißt vier mal entsprechen wird.
Die Standard Verstärker der allen Klassen während einer zu großen sinusoidalen Wellensignal am Eingang werden das Ausgangssignal durch das Ausschneiden der sinusoidalen Höhepunkte begrenzen und so zu einer sehr hoher Störung führen werden. Zum Unterschied zu ihnen, der PB Verstärker werden, mit der Hilfe von gebundenen Induktionen in der Last 5 viel wenige Störung formieren. Nämlich, im Fall von zu großem Eingangssignal, die Ströme durch die Induktionen werden in derselben Weise gestört, so das ihre Differenz wird sehr wenig gestört. Wie die Stromdifferenz proportional zu der Kraft wird, zum Beispiel zum Bewegen von Lautsprecherhumpen oder zur Rotation den Rotor eines Elektromotors, so daß die Störung entweder der Stimme oder von angulären Geschwindigkeit der Schaft von einem Elektromotor sehr klein wird.
PB Verstärker wird den Stromkreis mit den Pulsströmen zu einer Kontur von kleiner Oberfläche die die Schaltungshalbbrücke 3 mit dem Brückenkondensator 6 verbindet begrenzen und so drastisch die Strahlenemission erniedrigen. Durch dem Gebrauch von Standard Eingags LC Filter wird die Erniedrigung der Geleit- und Strahlen EMI Rauschen die aus dem Kabel der die Stromversorgung 1 und die Last 5 verbindet möglich.
Wie die modernen persönlichen Rechenmaschinen gebraucht wurden, niedrigere Spannungen der Stromversorgung von 12 V zu Mikroprozessoren und Memorien, praktisch nur zur Harddisk Versorgung und Audio Verstärkern wurden gebraucht. Durch den Gebrauch der PB Audio Verstärker es wird den Bedarf für die Spannung der Stromversorgung von 12 V zu erniedrigen möglich.
Die besondere Eigenschaft des PB Verstärkers wurde ein vielseitiger Gebrauch der Impedanz von der Last 5 bis jetzt in der Ingenieur Praxis nicht gebraucht:

1. Die Last 5 wird die Störung des Verstärkers wegen der gebundenen Induktionen erniedrigen und so wird der Gebrauch von standardisiertesten und ökonomischsten Feedback gegeben. Die Messen zeigen, daß der akustische Erfolg des PB Verstärkers mit dem doppelten Stimmenkreis Lautsprecher wird identisch oder sogar ein wenig besser als der akustische Erfolg des Labor Referenzverstärkers der Klasse A, der denselben Lautsprecher mit den in Serie gebundenen Stromkreisen um dieselbe Impedanz zu erreichen gebrauchen.
2. Die Last 5 dient als ein Eingangsfilter, der den Einfluß der Rauschen von Stromversorgung 1 auf ihren eigenen summarischen Strom wegnehmen wird . Für den ideal symmetrischen Kreisen von der Last 5 der theoretische Faktor des Abwerfens von der Stromversorgung ist unendlich. In dieser Weise der Feedback des Verstärkers zeigt nur eine sekundäre Rolle. Dieses löst ein von der grundsätzlichen Problemen von der Verstärker der Fachklasse D auf, wessen Feedback bringt einen typischen Abwerfensfaktor der Stromversorgung auf den hohen Audio Frequenzen von nur 40 dB aus. Ein besonders komplizierter Feedback kann diesen Faktor bis zu 60 dB erhöhen, was wird den linearen Fachverstärkern in Klassen A, B und AB entsprechen. Diese Charakteristik ist sehr wichtig in der automotiven Elektronik, wo die Rauschen der Stromversorgung wird egal für die Reihe der Magnitude größer als die Spannung der Stromversorgung selbst.
3. Die Last 5 dient als ein Ausgangsfilter, der wird den Einfluß der Rauschen aus Schaltungshalbbrücke 3 auf ihren eigenen summarischen Strom eliminieren. Das wird das obengenannte Problem von dem Einfluß der Impedanz von der Last 5 auf die Amplitudenantwort des Verstärkers der Klasse D der den Ausgangs LC Filter gebraucht umgehen, was den Preis und die Größe des Verstärkers, wie auch die Störungen die durch die Exkursionen der Induktion des Ausgangs Filters bis zur Sättigung während der hohen Magnituden des Signals drastisch erniedrigen wird. Die Wirksamkeit des Verstärkers wird auch durch die Verkleinerung des Stromwallens durch die Schalter mit der Hilfe von relativ hohen eigenen Induktion der Last 5 im Verhältnis zur Fachauflösung mit den kleinen Filterinduktionen in dem Ausgangs LC Filter, besonders im Verhältnis zu r Auflösung mit dem Sobel Filter vergrößert. Der PB Verstärker, außer seiner eigenen Induktion der Last 5 wird sogar die parasitisch verteilte Kondensation zwischen den Kreisen der Last 5 als ein Filtrierungselement erfolgreich gebrauchen.
4. Die Last 5 wird den initialen Spannstrom des Brückenkondensators 6 während der Strom ist ein und der zeitweiligen Spannungsänderungen mit der Hilfe von seiner eigenen Resistenz begrenzen, sogar wenn Schaltungen auf der Schaltungshalbbrücke 3 sind aus, zum Unterschied zu den existierenden Leistungskonvertern, wo dieser Strom nur durch kleine parasitische Resistenz von einem Eingangsinduktor begrenzt wird.

Die summarischen Eigenschaften des PB Verstärkers in Verhältnis zu den Fachauflösungen die den Beispiel von zweiphasischen PB Verstärker gebrauchen während der Reproduktion von Musik ähnlichen Signale sind:

– die Vergrößerung des maximalen kontinuierlichen Stroms (rms) mit dem Faktor 2 für derselben summarischen für derselben summarischen Impedanz der Last 5 und Spannung der Stromversorgung 1;
– die Vergrößerung der maximalen Höhepunktstrom mit dem Faktor 4 für derselben summarischen Impedanz der Last 5 und Spannung der Stromversorgung 1;
– die Verkleinerung der Störung bei denselben rms und Höhepunktstrom;
– er enthält nur zwei pulsbreitengeänderte Schalter auf der Schaltungshalbbrücke 3;
– die gänzliche Elimination oder bedeutsame Reduktion der Größe und dem Preis des Eingangsfilters 2;
– die gänzliche Elimination oder bedeutsame Reduktion der Größe und dem Preis des Ausgangsfilter 4;
– die bedeutsame Reduktion des Gewichtes des Verstärkers als die Nachwirkung der Reduktion der Anzahl der Komponenten;
– die bedeutsame Reduktion der Größe des Verstärkers als die Nachwirkung der Reduktion der Anzahl der Komponenten;
– die ziemlich große Reduktion der geleiteten EMI Rauschen den Stromversorgungskabel entlang zwischen die Last 5 und die Stromversorgung 1;
– ziemlich große Reduktion der gestrahlten EMI Rauschen;
– vergrößern Wirksamkeit des Verstärkers durch die Elimination der Resistenz des Eingangsfilters 2, Ausgangsfilters 4 und Reduktion des Stromwallens durch die PWM Schalter in der Schaltungshalbbrücke 3;
– die Reduktion von der entstandenen Wärme und der Temperatur des Verstärkers;
– ziemlich große Verkleinerung von Verbrauch aus der Stromversorgung 1 von 2.5 mal im Verhältnis zu den linearen Verstärkern in Klassen B und AB;
– die Vergrößerung des Abwurfsfaktors der Stromversorgung;
– die Verkleinerung des anfänglichen Spannstroms für den Brückenkondensator 6 und die Verlängerung seiner Lebensdauer;
– ziemlich große Erniedrigung von Preis des ganzen Verstärkers (rund zwei mal) im Verhältnis zu den Verstärkern von Klasse D, die nur ein halb der rms Spannung und nur ein Viertel der Höhepunktspannung haben, wegen der Elimination der Filterelementen;
– die drastische Erniedrigung von Preis des ganzen Verstärkers ( rund zehn mal) im Verhältnis zu den linearen Verstärkern der Klasse A, B und AB mit einem Leistungskonverter als die Stromversorgung, der denselben rms Strom und nur eine Hälfte von dem Höhepunktstrom hat, was aus der Elimination der Stromversorgung und dem Wärmeabfall wie auch aus dem Gebrauch der Transistoren des kleineren Stroms resultiert; und
– die Möglichkeit den Ausgangsstrom zu vergrößern bis zu 8 mal durch dem Gebrauch von Lautsprecher; die eine Impedanz von 0.5 Ohm im Verhältnis zu der Impedanz von 4 Ohm haben.

Wenn auch die vorteilige Gestaltformen der dargestellten Erfindung beschrieben und illustriert werden, die im Fach gewandten können verschiedene Modifikationen und Abrißäquivalente dieser Erfindung ausführen. Zum Beispiel, die Rolle von den Halbleiterschaltern kann durch den Gebrauch von irgendwelchen bekannten aktiven Halbleiterkomponenten, wie Mosfeten, IGBT, bipolare Transistoren, MCT und so weiter ausgeführt werden.
Es ist auch möglich die Gestaltformen dieser Erfindung durch Einsetzen einen Eingangsfilter 2 zwischen der Stromversorgung 1 und der Last 5 weiter zu ergänzen. Der gesagte Eingangsfilter 2 wird typisch auf Grund der 4 und 5, nach dem Fachzustand gemacht, obwohl viel komplexere Verwirklichung möglich wird. In einigen Fällen der genannte Eingangsfilter 2 kann als ein Teil der Stromversorgung 1 betrachtet werden, wie LC Filter der Schaltung und LC oder C Filter der linearen Stromversorgungen.
Solche Variationen und Äquivalente sollen als keine Abweichungen von dem Geist und Rahmen der dargestellten Erfindung gesehen werden. So, die dargestellte Erfindung wurde alle solche Alternativen und Modifikationen, die denen im Fach gewandten augenscheinlich werden, in Rahmen von den folgenden Forderungen zu decken bestimmt.

Claims

Leistungsverstärker zum Antrieb einer Zweiphasenlast (51, 52), wobei der Verstärker folgendes umfasst: einen ersten und zweiten Stromversorgungsanschluss zum Empfangen einer Versorgungsspannung; einen ersten bis vierten Ausgangsanschluss zum Bereitstellen von Ausgangssignalen an eine erste und zweite Phase der Zweiphasenlast; einen ersten (31) und zweiten (32) Schalter, wobei jeder Schalter einen ersten und zweiten Hauppanschluss aufweist, und jeder Schalter von einem Steuersignal (PWM1, PWM2) steuerbar ist; einen Brückenkondensator (6); wobei der erste Hauptanschluss des ersten Schalters mit dem zweiten Stromversorgungsanschluss verbunden ist, der zweite Hauptanschluss des ersten Schalters mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist, der zweite Ausgangsanschluss mit dem ersten Stromversorgungsanschluss verbunden ist, der erste Hauptanschluss des zweiten Schalters mit dem ersten Stromversorgungsanschluss verbunden ist, der zweite Hauptanschluss des zweiten Schalters mit dem dritten Ausgangsanschluss verbunden ist, der vierte Ausgangsanschluss mit dem zweiten Stromversorgungsanschluss verbunden ist, der Brückenkondensator zwischen dem ersten und dritten Ausgangsanschluss geschaltet ist, ein Ausgangssignal vom Verstärker zur ersten Phase der Zweiphasenlast über den ersten und zweiten Ausgangsanschluss bereitgestellt wird, und ein Ausgangssignal vom Verstärker zur zweiten Phase der Zweiphasenlast über den dritten und vierten Ausgangsanschluss bereitgestellt wird.
Leistungsverstärker zum Antrieb einer Zweiphasenlast (51, 52), wobei der Verstärker folgendes umfasst: einen ersten und zweiten Stromversorgungsanschluss zum Empfangen einer Versorgungsspannung: einen ersten bis vierten Ausgangsanschluss zum Bereitstellen von Ausgangssignalen an eine erste und zweite Phase der Zweiphasenlast; einen ersten (31) und zweiten (32) Schalter. wobei jeder Schalter einen ersten und zweiten Hauptanschluss aufweist, und jeder Schalter von einem Steuersignal (PWM1, PWM2) steuerbar ist; einen Brückenkondensator (6); einen ersten (41) und zweiten (42) Induktor, wobei jeder Induktor einen ersten und zweiten Anschluss aufweist; wobei der erste Hauptanschluss des ersten Schalters mit dem zweiten Stromversorgungs-anschluss verbunden ist, der zweite Hauptanschluss des ersten Schalters mit dem ersten Anschluss des ersten Induktors verbunden ist, der zweite Anschluss des ersten Induktors mit dem ersten Ausganganschluss verbunden ist, der zweite Ausgangsanschluss mit dem ersten Stromversorgungsanschluss verbunden ist, der erste Hauptanschluss des zweiten Schalters mit dem ersten Stromversorgungsanschluss verbunden ist, der zweite Hauptanschluss des zweiten Schalters mit dem ersten Anschluss des zweiten Induhtors verbunden, der zweite Anschluss des zweiten Induktors mit dem dritten Ausgangsanschluss verbunden ist, der vierte Ausgangsanschluss mit dem zweiten Stromversorgungsanschluss verbunden ist. der Brückenkondensator zwischen dem zweiten Hauptanschluss des ersten Schalters und dem zweiten Hauptanschluss des zweiten Schalters geschaltet ist, ein Ausgangssignal vom Verstärker zur ersten Phase der Zweiphasenlast über den ersten und zweiten Ausganganschluss bereitgestellt wird, und ein Ausgangssignal vom Verstärker zur zweiten Phase der Zweiphasenlast über den dritten und vierten Ausganganschluss bereitgestellt wird.
Leistungsverstärker nach Anspruch 2, der ferner folgendes umfasst: einen ersten (81) und zweiten (82) Filterkondensator, wobei jeder Filterkondensator einen ersten und zweiten Anschluss aufweist; wobei der erste Anschluss des ersten Filterkondensators mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist, der zweite Anschluss des ersten Filterkondensators mit dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden ist, der erste Anschluss des zweiten Filterkondensators mit dem dritten Ausgangsanschluss verbunden ist, der zweite Anschluss des zweiten Filterkondensators mit dem vierten Ausgangsanschluss verbunden ist,
Leistungsverstärker nach Anspruch 1, 2 und 3, wobei die Zweiphasenlast ein Lautsprecher mit Doppelschwingspule ist.
Leistungsverstärker nach Anspruch 1, 2 und 3, wobei der erste und zweite Schalter Halbleiterschalter wie MOSFETs,lGBTs oder bipolare Transistoren sind.