CN203104369U

CN203104369U - 载波降频式d类音频功率放大器

Info

Publication number: CN203104369U
Application number: CN 201320103977
Authority: CN
Inventors: 夏守行
Original assignee: Zhejiang Industry and Trade Vocational College
Current assignee: Zhejiang Industry and Trade Vocational College
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2023-03-07

Abstract

本实用新型提供了一种载波降频式D类音频功率放大器，包括相连的PWM调制电路和驱动电路，以及级联的上半桥电路和下半桥电路，PWM调制电路对输入的载波信号和音频信号进行处理生成PWM调制信号；驱动电路与上半桥电路和下半桥电路均相连；下半桥电路的输出接至上半桥电路的电源端，上半桥电路的输出端接滤波器或负载；所述载波信号为两个频率相同、相位相反的三角载波，两个三角载波信号分别调制同一个音频信号，生成的两个PWM调制信号分别控制上半桥电路和下半桥电路。本实用新型降低了谐波幅度，便于谐波的滤除，减小了滤波元件的体积，减轻了D类音频功放的电磁辐射问题，也降低了开关损耗，更利于D类音频功放的大功率输出。

Description

载波降频式D类音频功率放大器

技术领域

本实用新型涉及D类音频功放设备，具体涉及一种载波降频式D类音频功率放大器。

背景技术

目前在音频功率放大器中，常用的AB类音频功放，其效率一般在50%以下，而A类音频功放效率则更低，在大功率音频功放中，则可用G类音频功放，以分级电源方法提高了效率，但效率一般仍低于D类音频功放的效率，一般D类音频功放效率能轻松做到80%以上。不过D类音频功放的开关频率通常达100KHz~200KHz以上，存在着不可忽视的开关损耗，以及电磁辐射等问题。特别是用于大功率的D类功放，开关损耗也是可观的，更严重的问题是大功率的功放电源电压较高，电路工作时的电压和电流开关应力均很大，开关频率又很高，其载波及其谐波已接近或进入长波和中波的波段范围内，电磁辐射是很强，EMI问题严重。

传统D类音频功放未级常采用半桥或H全桥电路，其中半桥电路，在选择三角载波时，载波频率要高于100KHz，即相对20KHz的音频的载波比要大于5。而H全桥电路的D类功放的输出需两个LC滤波器。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种载波降频式D类音频功率放大器。该载波降频式D类音频功率放大器可降低谐波幅度，减小滤波元件的体积，减轻D类音频功放的电磁辐射问题，降低开关损耗，更利于D类音频功放的大功率输出。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种载波降频式D类音频功率放大器，包括相连的PWM调制电路和驱动电路，PWM调制电路对输入的载波信号和音频信号进行处理生成PWM调制信号；

其特征在于，所述载波降频式D类音频功率放大器还包括级联的上半桥电路和下半桥电路，驱动电路与上半桥电路和下半桥电路均相连；下半桥电路的输出接至上半桥电路的电源端，上半桥电路的输出端接滤波器或负载；所述载波信号为两个频率相同、相位相反的三角载波，；两个三角载波信号用于调制同一个音频信号，PWM调制电路生成两个PWM调制信号，两个PWM调制信号分别用于控制上半桥电路和下半桥电路。

进一步的，上半桥电路由正电源供电，下半桥电路由负电源供电；下半桥电路的两开关管间为下输出点，下输出点接至上半桥电路的电源负端，上半桥电路的两开关管间为上输出点，上输出点接至滤波器或负载；下半桥电路的电源正端为公共接地。

进一步的，上半桥电路由负电源供电，下半桥电路由正电源供电；下半桥电路的两开关管间为下输出点，下输出点接至上半桥电路的电源正端，上半桥电路的两开关管间为上输出点，上输出点接至滤波器或负载；下半桥电路的电源负端为公共接地。

本实用新型所述的载波降频式D类音频功率放大器利用了半桥级联的D类功放结构，当级联数等于2时，就可以利用载波相移技术，即利用两个频率相同，但相位相反的三角载波，分别调制两个半桥，从理论上说，输出的载波频率将加倍，从而达到增频目的。换句话说，在输出相同等效载波情况下，三角载波频率大约可降低两倍。在同等输出功率条件下，相比单级半桥功放，新型半桥级联D类功放的器件耐压和电压应力将降低一半，为三电平输出，降低了谐波幅度，便于谐波的滤除，减小了滤波元件的体积，减轻了D类音频功放的电磁辐射问题，也降低了开关损耗，更利于D类音频功放的大功率输出。

附图说明

图1为载波降频式D类功放电路一；

图2为载波降频式D类功放电路二；

图3为载波相移调制方案图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

本实用新型所述的载波降频式D类音频功率放大器是一种半桥级联型D类功放，是把常规半桥的输出接至另一个半桥的电源端，另一个半桥的输出接滤波器，再至负载，或直接负载。两个半桥的直流电源电压可以是相等的，输出电平数为3个。具体的讲，该载波降频式D类音频功率放大器，包括PWM调制电路和驱动电路，以及级联的上半桥电路和下半桥电路，PWM调制电路对输入的载波信号和音频信号进行比较或其它运算方式生成PWM调制信号；驱动电路与上半桥电路和下半桥电路均相连。下半桥电路的输出接至上半桥电路的电源端，上半桥电路的输出端接滤波器或负载；所述载波信号为两个频率相同、相位相反的三角载波，两个三角载波信号分别调制同一个音频信号，生成的两个PWM调制信号分别控制上半桥电路和下半桥电路。

图1所示为载波降频式D类音频功率放大器的一个实施例，其中上下级联的两个半桥的电源是独立的，即为两电源结构。上半桥电路由正电源供电，下半桥电路由负电源供电；下半桥电路的两开关管间为下输出点，下输出点接至上半桥电路的电源负端，上半桥电路的两开关管间为上输出点，上输出点接至滤波器（只需一只LC或LRC滤波器即可）或直接接负载；下半桥电路的电源正端为公共接地。

两个半桥的载波为两个频率相同、相位相反的三角波u _c1、u _c2，即它们相移π，分别与同一音频u _s比较后，生成两路PWM调制波，再经驱动电路去控制各自半桥开关器件。V₁和V₂组成的下半桥输出连至由V₃和V₄组成上半桥的电源负端，输出u _o为两个半桥PWM叠加。

本实用新型中级联的上下两半桥采用载波相移（Carrier Phase-Shifted，CPS）SPWM调制方法，其调制方法如图3所示，为两个载波的双极性调制方法，载波为两个相差180°的三角波，调制波为一个相同的正弦波，变换输出为两个SPWM波的叠加。这种方法的特点是：功率器件工作频率较低，能实现逆变输出载波的增频，且上下两个半桥逆变的功率是相等的。

当级联的上下两半桥采用载波相移（Carrier Phase-Shifted，CPS）SPWM调制方法时，各半桥D类功放的功率是相等的，总功率由两个电源分担，这样更利于大功率的输出。根据上面所述的特征，以多电平的输出，谐波频更高，幅度也更小，器件耐压则降低一半，便于用低耐压的功率MOS管，低耐压的功率MOS管的通态电阻更小，从而效率更高。

图2所示为载波降频式D类音频功率放大器的另一个实施例，其中上半桥电路由负电源供电，下半桥电路由正电源供电；下半桥电路的两开关管间为下输出点，下输出点接至上半桥电路的电源正端，上半桥电路的两开关管间为上输出点，上输出点接至滤波器或负载；下半桥电路的电源负端为公共接地。

本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本实用新型，因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种载波降频式D类音频功率放大器，包括相连的PWM调制电路和驱动电路，PWM调制电路对输入的载波信号和音频信号进行处理生成PWM调制信号；

其特征在于，所述载波降频式D类音频功率放大器还包括级联的上半桥电路和下半桥电路，驱动电路与上半桥电路和下半桥电路均相连；下半桥电路的输出接至上半桥电路的电源端，上半桥电路的输出端接滤波器或负载；所述载波信号为两个频率相同、相位相反的三角载波；两个三角载波信号用于调制同一个音频信号，PWM调制电路生成两个PWM调制信号，两个PWM调制信号分别用于控制上半桥电路和下半桥电路。

2.根据权利要求1所述的载波降频式D类音频功率放大器，其特征在于，上半桥电路由正电源供电，下半桥电路由负电源供电；下半桥电路的两开关管间为下输出点，下输出点接至上半桥电路的电源负端，上半桥电路的两开关管间为上输出点，上输出点接至滤波器或负载；下半桥电路的电源正端为公共接地。

3.根据权利要求1所述的载波降频式D类音频功率放大器，其特征在于，上半桥电路由负电源供电，下半桥电路由正电源供电；下半桥电路的两开关管间为下输出点，下输出点接至上半桥电路的电源正端，上半桥电路的两开关管间为上输出点，上输出点接至滤波器或负载；下半桥电路的电源负端为公共接地。