TWI429192B - 功率放大器及具有功率放大器的處理裝置 - Google Patents

Description

功率放大器及具有功率放大器的處理裝置

本發明係有關於一種功率放大器，特別是有關於一種可避免發生短路電流(short through current)的功率放大器。

高效率的音頻放大器不只是在攜帶式產品中極為重要，在大功率的電力電子設備中亦加重視。由於功率越大，效率也就越重要。功率放大器依據工作點的不同，可分為A類放大器(Class A Amplifier)、B類放大器(Class B Amplifier)、AB類放大器(Class AB Amplifier)。

A類放大器的特點是，不論是否輸入信號，其輸出電路持續會有電流流過。因此，在功率放大器中，A類放大器的效率是最低的。B類放大器只有在輸入信號的半週期才會動作，也就是說，當沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。然而，B類放大器可能會產生交越失真(crossover distortion)之問題。AB類放大器的特性介於A類放大器與B類放大器之間，並可消除B類放大器的交越失真現象。

本發明提供一種功率放大器，由一控制電路所控制。控制電路產生一第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號、一第四控制信號以及一第五控制信號。本發明之功率放大器包括第一至第五開關。第一開關耦接於一第一供應電壓與一第一節點之間，並由第一控制信號所控制。在一第一期間與一第二期間，第一開關被導通。第二開關耦接於第一節點與一第二供應電壓之間，並由第二控制信號所控制。在第一與第二期間，第二開關不被導通。第三開關耦接於第一供應電壓與一第二節點之間，並由第三控制信號所控制。在第一與第二期間，第三開關不被導通。第四開關耦接於第二節點與第二供應電壓之間，並由第四控制信號所控制。在第一期間，第四開關被導通。在第二期間，第四開關不被導通。第五開關耦接於第一與第二節點之間，並由第五控制信號所控制。在第二期間，第五開關使第一與第二節點短路在一起。

本發明另提供一種處理裝置，包括一控制單元以及一功率放大器。控制單元根據一輸入信號，產生一第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號、一第四控制信號以及一第五控制信號。功率放大器耦接控制單元，並包括第一至第五開關。第一開關耦接於一第一供應電壓與一第一節點之間，並由第一控制信號所控制。在一第一期間與一第二期間，第一開關被導通。第二開關耦接於第一節點與一第二供應電壓之間，並由第二控制信號所控制。在第一與第二期間，第二開關不被導通。第三開關耦接於第一供應電壓與一第二節點之間，並由第三控制信號所控制。在第一與第二期間，第三開關不被導通。第四開關耦接於第二節點與第二供應電壓之間，並由第四控制信號所控制。在第一期間，第四開關被導通。在第二期間，第四開關不被導通。第五開關耦接於第一與第二節點之間，並由第五控制信號所控制。在第二期間，第五開關使第一與第二節點短路在一起。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖為本發明之處理裝置之示意圖。如圖所示，處理裝置100包括，控制單元110以及功率放大器130。控制單元110根據輸入信號S_IN ，產生控制信號S_C1 -S_C5 。在一可能實施例中，控制單元110可為一脈寬調變模組(Pulse Width Modulation；PWM)。功率放大器130耦接控制單元110。在一可能實施例中，功率放大器130可用以放大音頻信號。在本實施例中，功率放大器130包括開關131-135。

開關131耦接於供應電壓VDD與節點OUTP之間，並由控制信號S_C1 所控制。在本實施例中，在一第一期間與一第二期間，開關131被導通。本發明並不限制開關131的種類。在本實施例中，開關131係由一P型電晶體MP1所構成。舉例而言，當控制信號S_C1 為低位準時，P型電晶體MP1被導通。當控制信號S_C1 為高位準時，P型電晶體MP1不被導通。

開關132耦接於節點OUTP與供應電壓GND之間，並由控制信號S_C2 所控制。在本實施例中，在第一與第二期間，開關132不被導通。另外，在本實施例中，供應電壓VDD大於供應電壓GND。

本發明並不限制開關132的種類。在一可能實施例中，開關132可由一N型電晶體MN1所構成。舉例而言，當控制信號S_C2 為高位準時，N型電晶體MN1被導通。當控制信號S_C2 為低位準時，N型電晶體MN1不被導通。

開關133耦接於供應電壓VDD與節點OUTN之間，並由控制信號S_C3 所控制。在本實施例中，在第一與第二期間，開關133不被導通。本發明並不限制開關133的種類。在本實施例中，開關133係由一P型電晶體MP2所構成。舉例而言，當控制信號S_C3 為低位準時，P型電晶體MP2被導通。當控制信號S_C3 為高位準時，P型電晶體MP2不被導通。

開關134耦接於節點OUTN與供應電壓GND之間，並由控制信號S_C4 所控制。在本實施例中，在第一期間，開關134被導通；在第二期間，開關134不被導通。本發明並不限制開關134的種類。在本實施例中，開關134係由一N型電晶體MN2所構成。當控制信號S_C4 為高位準時，N型電晶體MN2被導通。當控制信號S_C4 為低位準時，N型電晶體MN2不被導通。

開關135耦接於節點OUTP與OUTN之間，並由控制信號S_C5 所控制。在本實施例中，在第二期間，開關135使節點OUTP與OUTN短路在一起。本發明並不限制開關135的種類。在本實施例中，開關134係由一N型電晶體MN3所構成。在其它實施例中，開關134可由一P型電晶體所實現。

舉例而言，當控制信號S_C5 為高位準時，N型電晶體MN3被導通。因此，便可將節點OUTP與OUTN短路在一起。當控制信號S_C5 為低位準時，N型電晶體MN3不被導通。

在本實施例中，處理裝置100更包括一喇叭單元136。喇叭單元136耦接於節點OUTP與OUTN之間。在第1圖中，喇叭單元136可等效成一電感L1。處理裝置100根據輸入信號S_IN ，產生控制信號S_C1 -S_C5 ，用以使功率放大器130驅動喇叭單元136，使得喇叭單元136可發出對應的聲音。

在第一期間，開關131與134被導通，而開關132、133及135不被導通。如第2A圖所示，在第一期間，開關131、電感L1及開關134可構成一電流路徑210。

在第二期間，開關131仍被導通，而開關132及133仍不被導通。此時，開關134不被導通。在本實施例中，當開關134由導通狀態被切換至不導通狀態的同時，開關135由不導通狀態被切換至導通狀態。由於開關135被導通，故可將節點OUTP與OUTN短路在一起。

在第三期間，開關131繼續被導通，並且開關132及134繼續不被導通。此時，開關133被導通，如第2C圖所示，在第三期間，開關131、電感L1及開關133可構成一電流路徑220。此時，開關135可為導通或不導通狀態。在本實施例中，藉由第二期間，可避免因開關133及134同時被導通時所產生的短路電流(short through current)。

在一第四期間，開關131、134及135不被導通，而開關132及133被導通。如第3A圖所示，開關133、電感L1及開關132可構成一電流路徑310。

在一第五期間，開關131及134仍不被導通，並且開關132仍被導通。此時，開關133不被導通，而開關135被導通，如第3B圖所示。在本實施例中，當開關133由導通狀態被切換至不導通狀態的同時，開關135由不導通狀態被切換至導通狀態。由於開關135被導通，故可將節點OUTP與OUTN短路在一起。

在一第六期間，開關131及133仍不被導通，開關132仍被通。此時，開關134被導通。因此，在第六期間，開關134、電感L1及開關132可構成一電流路徑320，如第3C圖所示。此時，開關135可為導通或不導通狀態。

在本實施例中，藉由第五期間，可避免因開關133及134同時被導通時所產生的短路電流(short through current)。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．處理裝置

110．．．控制單元

130．．．功率放大器

131-135．．．開關

136．．．喇叭單元

L1．．．電感

第1圖為本發明之處理裝置之示意圖。

第2A-2C及3A-3C圖為本發明之功率放大器之控制示意圖。

100．．．處理裝置

110．．．控制單元

130．．．功率放大器

131-135．．．開關

136．．．喇叭單元

L1．．．電感

Claims (17)

1. 一種功率放大器，由一控制電路所控制，該控制電路產生一第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號、一第四控制信號以及一第五控制信號，該功率放大器包括：一第一開關，耦接於一第一供應電壓與一第一節點之間，並由該第一控制信號所控制，在一第一期間與一第二期間，該第一開關被導通；一第二開關，耦接於該第一節點與一第二供應電壓之間，並由該第二控制信號所控制，在該第一與第二期間，該第二開關不被導通；一第三開關，耦接於該第一供應電壓與一第二節點之間，並由該第三控制信號所控制，在該第一與第二期間，該第三開關不被導通；一第四開關，耦接於該第二節點與該第二供應電壓之間，並由該第四控制信號所控制，在該第一期間，該第四開關被導通，在該第二期間，該第四開關不被導通；以及一第五開關，耦接於該第一與第二節點之間，並由該第五控制信號所控制，在該第二期間，該第五開關使該第一與第二節點短路在一起，其中在一第三期間，該第一、第三及第五開關被導通，該第二及第四開關不被導通。
2. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器，其中在該第二期間，在該第四開關不被導通的同時，該第五開關被導通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器，其中在該第一期間，該第五開關可不被導通。
4. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器，其中在該第三期間，該第五開關可不被導通。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之功率放大器，其中在一第四期間，該第一、四及第五開關不被導通，該第二及第三開關被導通，在一第五期間，該第一、第三及第四開關不被導通，該第二及第五開關被導通，在一第六期間，該第一及第三開關不被導通，該第二及第四開關被導通。
6. 如申請專利範圍第5項所述之功率放大器，其中在該第六期間，該第五開關被導通。
7. 如申請專利範圍第5項所述之功率放大器，其中在該第六期間，該第五開關不被導通。
8. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器，其中該第五開關係為一電晶體。
9. 一種處理裝置，包括：一控制單元，根據一輸入信號，產生一第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號、一第四控制信號以及一第五控制信號；以及一功率放大器，耦接該控制單元，並包括：一第一開關，耦接於一第一供應電壓與一第一節點之間，並由該第一控制信號所控制，在一第一期間與一第二期間，該第一開關被導通；一第二開關，耦接於該第一節點與一第二供應電壓之間，並由該第二控制信號所控制，在該第一與第二期間，該第二開關不被導通；一第三開關，耦接於該第一供應電壓與一第二節 點之間，並由該第三控制信號所控制，在該第一與第二期間，該第三開關不被導通；一第四開關，耦接於該第二節點與該第二供應電壓之間，並由該第四控制信號所控制，在該第一期間，該第四開關被導通，在該第二期間，該第四開關不被導通；以及一第五開關，耦接於該第一與第二節點之間，並由該第五控制信號所控制，在該第二期間，該第五開關使該第一與第二節點短路在一起，其中在一第三期間，該第一及第三開關被導通，該第二及第四開關不被導通，該第五開關可為導通。
10. 如申請專利範圍第9項所述之處理裝置，更包括：一喇叭單元，耦接於該第一與第二節點之間。
11. 如申請專利範圍第9項所述之處理裝置，其中在該第二期間，在該第四開關不被導通的同時，該第五開關被導通。
12. 如申請專利範圍第9項所述之處理裝置，其中在該第一期間，該第五開關可不被導通。
13. 如申請專利範圍第9項所述之處理裝置，其中在該第三期間，該第五開關可不被導通。
14. 如申請專利範圍第12或13項所述之處理裝置，其中在一第四期間，該第一、四及第五開關不被導通，該第二及第三開關被導通，在一第五期間，該第一、第三及第四開關不被導通，該第二及第五開關被導通，在一第六期間，該第一及第三開關不被導通，該第二及第四開關被導 通。
15. 如申請專利範圍第14項所述之處理裝置，其中在該第六期間，該第五開關被導通。
16. 如申請專利範圍第14項所述之處理裝置，其中在該第六期間，該第五開關不被導通。
17. 如申請專利範圍第9項所述之處理裝置，其中該第五開關係為一電晶體。