專利名稱：多功能音頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及多功能音頻功率放大器。
背景技術(shù)：
開關(guān)放大器亦稱為D類放大器，其通過將輸入信號調(diào)制成對操作于開關(guān)模式的互補晶體管對進行驅(qū)動的一系列脈沖而放大輸入信號。晶體管交替地將正電源和負電源耦合至輸出，這在總體上產(chǎn)生對輸入信號的放大的表示。

發(fā)明內(nèi)容
總體而言，在ー些方面，音頻功率放大器包括第一放大單元和第二放大單元。每個 放大單兀包括開關(guān)電壓放大器，具有命令信號輸入和放大信號輸出；輸出濾波器，在放大信號輸出與負載端子之間；電流補償器，具有與電壓放大器的命令信號輸入相耦合的電流補償命令信號輸出；內(nèi)電流反饋回路，其將輸出電感器處所測量的電流的度量反饋至電流補償器的求和輸入；電壓補償器，具有與電流補償器的求和輸入相耦合的電壓補償控制信號輸出；以及外電壓反饋回路，其將負載端子處的電壓反饋至電壓補償器的求和輸入。第ー受控信號路徑將第一放大單元的電壓補償器的電壓補償控制信號輸出提供給第二放大単元的電流補償器的求和輸入。當(dāng)?shù)谝皇芸匦盘柭窂降玫郊せ顣r，第二放大單元使用第一放大單元的電壓補償控制信號來代替第二放大單元的電壓補償命令信號，作為對第二放大単元的電流補償器的輸入?？刂齐娮悠骷虻谝环糯髥卧偷诙糯髥卧峁┬盘栞斎耄⑶铱刂频谝皇芸匦盘柭窂?，從而使第一放大單元和第二放大單元可隨單獨的負載進行操作、可與驅(qū)動公共負載并聯(lián)地進行操作或者可跨橋接式負載進行操作。實現(xiàn)可包括以下特征中的ー個或多個特征。第一放大單元和第二放大單元可通過如下方式而隨單獨的負載進行操作——它們各自放大單獨的信號并在它們單獨的輸出端子上提供經(jīng)放大的信號。第一放大單元和第二放大單元可通過如下方式與驅(qū)動公共負載并聯(lián)地進行操作——它們各自放大從第一放大單元經(jīng)由第一受控信號路徑向第二放大單元提供的同一信號，并在它們單獨的輸出端子上提供相同的經(jīng)放大的信號，所述經(jīng)放大的信號應(yīng)耦合至負載的公共輸入端子。第一放大單元和第二放大單元可通過如下方式來跨橋接式負載進行操作——在第一放大單元中放大第一信號并在第二放大單元中放大第一信號的反相副本，并在它們單獨的輸出端子上提供它們相應(yīng)的經(jīng)放大的信號，所述經(jīng)放大的信號應(yīng)耦合至負載的単獨的輸入端子。第三放大單元和第四放大單元與第一放大單元和第二放大單元相同，并且可以包括從第三放大單元的電壓補償器的電壓補償控制信號輸出到第四放大單元的電流補償器的求和輸入的第二受控信號路徑，控制電子器件還向第三放大單元和第四放大單元提供信號輸入并且控制第二受控信號路徑，從而使第三放大單元和第四放大單元可隨單獨的負載進行操作、可與驅(qū)動公共負載并聯(lián)地進行操作或者可跨橋接式負載進行操作，并且所有4個放大単元可一起操作，其中第一単元和第二単元并聯(lián)地驅(qū)動橋接式負載的第一側(cè)，而第三単元和第四単元并聯(lián)地驅(qū)動橋接式負載的第二側(cè)。四個放大單元可以通過以下來一起操作在第一放大單元和第二放大單元中的每個放大単元內(nèi)對從第一放大單元經(jīng)由第一受控信號路徑提供至第二放大單元的第一信號進行放大并且在第一放大單元和第二放大單元的単獨的輸出端子上提供相同的經(jīng)放大的第一信號，在第三放大單元和第四放大單元中的每個放大單元內(nèi)對從第三放大單元經(jīng)由第ニ受控信號路徑提供至第四放大單元的第一信號的反相副本進行放大并且在第三放大單元和第四放大單元的単獨的輸出端子上提供相同的經(jīng)放大的反相第一信號，第一放大單元和第二放大單元的輸出端子將耦合至負載的第一輸入，而第三放大單元和第四放大單元的輸出端子將耦合至負載的第二輸入。放大器可以使用具有同步輸出整流器的四象限電源。同步輸出整流器可包括MOSFET。第一受控信號路徑可包括由控制電子器件所控制的開關(guān)。開關(guān)電壓放大器可以各自包括調(diào)制器、門驅(qū)動器、一對晶體管以及耦合于晶體管的源極端子與漏極端子之間的ー對ニ極管。晶體管可以包括M0SFET，ニ極管是MOSFET所固有的。輸出濾波器可包括輸出電 感器，而所測量的電流可以是經(jīng)過輸出電感器的電流?？傮w而言，在ー些方面，對音頻信號的放大包括在第一放大單元和第二放大單元中的每個放大單元內(nèi)，在開關(guān)電壓放大器內(nèi)對電流補償命令信號進行放大，從而提供經(jīng)放大的信號輸出；測量經(jīng)過在電壓放大器的經(jīng)放大的信號輸出與負載端子之間的輸出濾波器的電流以產(chǎn)生電流度量；將電流度量經(jīng)由內(nèi)電流反饋回路反饋至電流補償器的求和輸入；在電流補償器處，將電流度量與電壓補償命令信號進行比較，并將電流補償命令信號提供給電壓放大器；將放大単元的負載端子處的電壓經(jīng)由外電壓反饋回路反饋至電壓補償器的求和輸入；以及在電壓補償器處，將反饋電壓與輸入命令信號進行比較，并將電壓補償命令信號提供給電流補償器的求和輸入。從第一放大單元的電壓補償器的輸出到第二放大單元的電流補償器的求和輸入的第一受控信號路徑受控用于選擇性地將第一放大單元的電壓補償命令信號提供給第二放大單元的求和輸入，以代替第二放大單元的電壓補償命令信號。信號輸入被提供給第一放大單元和第二放大單元，并且第一受控信號路徑受控用于選擇性地使第一放大單元和第二放大單元隨單獨的負載進行操作、與驅(qū)動公共負載并聯(lián)地進行操作或者跨橋接式負載進行操作。優(yōu)點包括具有高效率的綜合可配置性。放大器可以在無需硬件改造的情況下服務(wù)于多種連接拓撲、負載阻抗和功率水平。由単一放大器來驅(qū)動寬阻抗范圍的揚聲器的能力允許放大器支持范圍多祥化的音頻系統(tǒng)配置而不需要多樣化組合的放大器產(chǎn)品。其他特征和優(yōu)點將從描述和權(quán)利要求中變得明晰。


圖IA至圖ID示出了放大器-揚聲器拓撲的框圖。圖2示出了單ー放大器級的電路圖。圖3示出了處于橋接配置的兩個放大器級的電路圖。圖4示出了處于并聯(lián)配置的兩個放大器級的電路圖。圖5示出了處于并聯(lián)-橋接配置的四個放大器級的電路圖。圖6示出了可配置式放大器系統(tǒng)的電路圖。
圖7示出了隔離轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖8A至圖8C示出了經(jīng)過圖7的隔離轉(zhuǎn)換器的功率流。圖9A示出了有代表性的D類放大器的電路圖。圖9B和圖9C示出了經(jīng)過圖9A的放大器的能量流。
具體實施例方式功率放大器能夠以許多種拓撲連接至其負載，這取決于負載的性質(zhì)和預(yù)期用途。圖IA至圖ID示出了用于將功率放大器與揚聲器相連的四種拓撲。在圖IA中，単一放大器10通過向揚聲器20的ー個端子提供功率的同時另一端子接地而驅(qū)動該揚聲器。這是ー種有時被稱為“半橋”的典型配置。在圖IB中，示出了“全橋(full-bridge)”配置，其中使用兩個放大器10和12，分別連接至揚聲器22的每個端子。第二放大器12由去往第一放大器 10的信號的反相信號來驅(qū)動，因此跨揚聲器22的總電壓加倍，而電流保持與半橋配置中的電流相同。通過以相同的電流提供兩倍的電壓，該配置可以驅(qū)動具有比半橋所能驅(qū)動的阻抗更大的揚聲器。它可以提供更多的總功率，或者以每個放大器更少的耗散(dissipation)來提供相同的功率。這種操作模式普遍存在于音頻放大器領(lǐng)域，常被稱為‘BTL’(橋接式負載)配置。在圖IC中，兩個放大器10和12并聯(lián)連接至揚聲器24上的公共端子，而另一端子接地。這被稱為“并聯(lián)”配置。并聯(lián)配置以與半橋配置的電壓相同的電壓來供給兩倍的電流，這對于以與BTL配置相同的功率水平來驅(qū)動較小的阻抗是有用的。舉例而言，如果半橋被優(yōu)化用于向4 Q負載提供500W，則向2Q負載提供相同功率所需的電流或者向8 Q負載提供相同功率所需的電壓可能處于或超過放大器的限度。并聯(lián)配置可以以單一半橋耗散的一半向2 Q負載中驅(qū)動500W，或者當(dāng)每個半橋可以處理電流時可以驅(qū)動全lkW。另ー方面，BTL配置可在不接近其電壓限度的情況下向8 Q負載中驅(qū)動500W，或者在電壓可用時驅(qū)動全 Ikff0最后，在圖ID中，使用了四個放大器10、12、14和16，其中向揚聲器26的每個端子連接ー對并聯(lián)的放大器。ー對(10和12)由另ー對(14和16)的相反信號所驅(qū)動。這被稱為并聯(lián)橋接配置，并且供給單一半橋的兩倍的電壓和兩倍的電流，因而四倍的功率。使用與以上所述相同的例子，如果每個半橋針對4Q/500W而優(yōu)化，則并聯(lián)橋接配置能夠向4Q負載供給2kW，其中每個放大器級有相同的電壓和電流。就D類放大器而言，對兩個并聯(lián)放大器之間電流共用的管理比在線性(或AB類)放大器中更為重要，這是因為在開關(guān)器件中的耗散功率與I2成比例，而不是像在線性放大器中那樣與I成比例。在兩個相同器件之間共用電流將會使開關(guān)放大器中的傳導(dǎo)損耗減小大約二分之一。這種減小實際上會略多于二分之一，這是因為由于FET的電阻的溫度系數(shù)而存在進ー步的收獲——減小電流還降低了溫度，而這轉(zhuǎn)而減小了器件的本征電阻。然而，如果電流不受控制，則有可能兩個器件中之一將會供給比另ー個實質(zhì)上更大的電流，從而失去并聯(lián)操作的益處，并且可能損壞放大器。為了在各拓撲中提供高效的電流共用，可向放大器添加反饋回路。舉例而言，如圖2中所示,姆個單元體(unit cell) 100提供被示為與任意揚聲器120相連的ー個半橋D類音頻放大器。放大器的核心包括調(diào)制器和門驅(qū)動器102、由晶體管104和106構(gòu)成的開關(guān)功率-輸出級、以及包含電感器108和電容器110的輸出濾波器?？刂葡到y(tǒng)包括外電壓回路112，該外電壓回路112將負載120處的輸出電壓反饋給加法器114和電壓-回路補償器116。加法器114還接收輸入電壓命令￥。，。調(diào)制器和門驅(qū)動器102與晶體管104和106相結(jié)合，構(gòu)成電壓放大器。為了允許在這些單元體100中的兩個并聯(lián)連接時共用電流，提供內(nèi)電流回路130。內(nèi)電流回路130將來自電流感測130a的輸出電流的度量反饋給另一加法器132和電流-回路補償器134。內(nèi)電流回路控制放大器的輸出電流，從而使得并聯(lián)操作的兩個放大器將會各自提供總電流的一半；兩者都不會試圖供給所有電流而失去并聯(lián)操作的優(yōu)勢。在這種配置中，核心電壓放大器周圍的電流回路使系統(tǒng)變成電流放大器，而外電壓回路使整個單元體100變回到電壓放大器。內(nèi)電流回路提供一些附加的優(yōu)勢。該電流回路本身提供単元體內(nèi)的限流。亦即，向電流-回路補償器134的反饋130防止了進入調(diào)制器102的命令造成超過來自電壓-回路 補償器116的最大電流命令的電流增益，即使在負載短路時亦如此。此外，由于內(nèi)電流回路提供控制，因此可將用于外電壓回路的電壓度量移至輸出濾波器之外，更為靠近負載(如圖所示)。(輸出濾波器通常施加180°相移，在其周圍的控制回路不能閉合。)將電壓回路移至輸出濾波器之后允許了放大器在內(nèi)電流回路保持穩(wěn)定性的情況下支持更多種類的負載。內(nèi)電流回路130還可用于提供調(diào)制器102中的脈寬誤差校正——如與本申請同日提
交的、標(biāo)題為“Reducing Pulse Error Distortion”的美國專利申請_中所述，
該申請的全文內(nèi)容通過引用并入于此。加法器114和132并不一定是分立組件，而例如可以是補償器116和134的求和輸入。補償器優(yōu)選地從標(biāo)準電路組件(即，運算放大器及相關(guān)電路)所構(gòu)建。電流-感測元件130a可以是任何標(biāo)準電流-感測技術(shù)的傳感器，諸如分立式霍爾效應(yīng)傳感器。輸出電感器108可以使用印刷電路板上的平面繞組而形成，并且電流感測的一部分是由集成到輸出電
感器108內(nèi)的電流感測繞組來提供-如與本申請同日提交的、標(biāo)題為“Planar Amplifier
Output Inductor with Current Sense”的美國專利申請_中所述，該申請的全
文內(nèi)容通過引用并入于此。如該專利申請中所說明，將電流感測繞組形成為輸出電感器的PCB繞組的一部分有利地將電流-感測信號與電感器內(nèi)的噪聲屏蔽開來。電感器的電流-感測繞組指示出電流的AC分量，而霍爾效應(yīng)傳感器還可用于指示電流的DC分量。在一些示例中，這些單元體組按4個ー組而組合起來。每組在控制系統(tǒng)內(nèi)具有適當(dāng)?shù)幕ミB，從而允許四個単元體的單個集合提供圖IA至圖ID中所示的任何拓撲。用戶例如可以通過控制軟件來指定所需的特定拓撲。為了檢測連接問題和確認所連接的揚聲器的拓撲與放大器組件的配置相匹配，放大器產(chǎn)品可包括用于檢測所連接揚聲器的類型和拓撲的電路。一種此類系統(tǒng)在2008年5月2日提交的、標(biāo)題為“Detecting a LoudspeakerConfiguration”的美國專利申請12/114，265中有述,該申請的全文內(nèi)容通過引用并入于此。此類系統(tǒng)還可用于發(fā)現(xiàn)所連接揚聲器的拓撲，以及相應(yīng)地對放大器進行自動配置。就多個通道的獨立半橋操作而言，每個單元體如圖2中所示連接至一個揚聲器，并且每個單元體被提供有単獨的信號。如圖3中所示，兩個半橋IOOa和IOOb可組合成配置用于將單一揚聲器120b作為橋接式負載而驅(qū)動的全橋，以便提供單ー單元體兩倍的電壓。在這種配置中，單元體中的放大器基本上是獨立的，并且僅僅被給予相位180°變化的輸入命令V。，，即，+V。，和-V。，。對于BTL操作，無需對任一単元體的控制做出修改，但預(yù)定要支持該模式的產(chǎn)品可以處理對V。，輸入的反相，而不是依靠用戶來提供原始信號和反相信號二者。對V。，信號的反相可在控制電子器件(未示出)中完成，或者通過附加的反相放大器(未示出)來完成，其或者處于控制電子器件的控制之下，或者由用戶可用的物理開關(guān)來直接加以控制。如圖4中所示，兩個半橋IOOa和IOOb可以組合成并聯(lián)對，以便提供與單ー單元體相同的電壓和兩倍的電流。在這種配置中，ー個外電壓回路112a被配置用于通過受控于開關(guān)204的跨單元連接202，經(jīng)第一単元的外電壓回路加法器114a和補償器116a，向全部兩個單元體的內(nèi)電流回路和放大級饋送命令。在這種配置中，未使用第二外電壓回路112b及其加法器114b和補償器116b——可將它們?nèi)客Ｓ茫蛘呖梢灾袛鄰难a償器116b到加法器132b的信號路徑。全部兩個半橋輸出都稱合到揚聲器120c的公共輸入,而另ー輸入接地。如上文所討論，電流回路130a和130b、加法器132a和132b以及補償器134a和134b通過將每個半橋穩(wěn)定在目標(biāo)電流而控制半橋之間的電流共用。開關(guān)204可通過各種方式來·控制，舉例而言，包括通過控制電子器件、通過無源電路或者通過用戶可用的物理開關(guān)。如圖5中所示，可以一同使用四個半橋100a、100b、IOOc和IOOd來提供這樣的橋接-并聯(lián)配置——該配置向單ー揚聲器120d供給兩倍于單ー単元體的電壓和兩倍于単一単元體的電流。半橋IOOa和IOOb利用跨單元連接202a和開關(guān)204a而配置成第一并聯(lián)對，并且耦合至揚聲器120d的第一輸入。半橋IOOc和IOOd利用跨單元連接202b和開關(guān)204b而配置成第二并聯(lián)對，并且耦合至第二揚聲器輸入。第二對100C/100d被給予如圖3的BTL配置中那樣的反相輸入信號-V。，。在一些實施方式中，每個半橋單元體的控制電路是獨立的，這樣，當(dāng)兩個單元被用于BTL配置或并聯(lián)配置之中時，可在與前兩個單元相同的雙單元配置中，或者在其他的雙単元配置中，將另外兩個單元用作獨立的半橋。在一些示例中，將成對的或者所有四個放大器級(調(diào)制器和門驅(qū)動器)提供在単一的集成電路封裝中，該集成電路封裝諸如是產(chǎn)自NXPSemiconductors (Eindhoven,荷蘭)的 TDA8932,或者產(chǎn)自 Texas Instruments (Dallas, TX)的TAS5103 ;同時還添加了晶體管、控制回路和輸出濾波器，以使放大器完整并支持上述可配置性。在一些示例中，控制回路和跨單元連接被包含在放大器IC中。如圖6中所示，可以將成組的單元體組合起來，直到電源的限度，以形成高度可配置的系統(tǒng)。在圖6中示出了控制模塊210，其耦合至以下所標(biāo)識的多個開關(guān)。虛線示出控制信號路徑，而實線示出音頻信號路徑。圖中示出了兩個組，各含四個半橋単元體，這些半橋單元體編號為IOOa至100h。第二組IOOe-IOOh中的連接與第一組100a_100d中的連接相同，盡管它們被示為具有處于不同位置的開關(guān)。從A至H的8個輸入可用，但并非全都被使用。圖6中的開關(guān)位置被設(shè)定用以示出前兩個單元體IOOa和IOOb各自向単獨的揚聲器120a提供它們相應(yīng)的輸入A和B，單元體IOOc和IOOd以BTL配置向單ー揚聲器120b提供輸入C，而單元體100e、IOOfUOOg和IOOh共同以并聯(lián)-橋接配置向揚聲器120d提供輸入E，其中每個對100e/100f和100g/100h并聯(lián)地為揚聲器的一個輸入供電。對于作為獨立半橋操作的兩個單元體IOOa和IOOb而言，如上文所討論，第一開關(guān)204a控制兩個單元體IOOa和IOOb之間的信號路徑，以在并聯(lián)操作時提供公共電流控制。在圖6的示例中，開關(guān)204a是打開的，這是因為單元體IOOa和IOOb單獨地發(fā)揮作用。另ー開關(guān)212控制讓哪個信號輸入單元體100b。如圖所示，對于半橋操作，開關(guān)212將信號輸入“B”耦合至単元體100b。對于BTL操作，反相器214可用于將輸入信號“A”的反相副本耦合至単元體100b，其中開關(guān)212則將提供該信號，而非用于半橋操作的輸入“B”。在第二對單元體IOOc和IOOd中是這種情況，其中開關(guān)204b是打開的，且開關(guān)216將反相器218耦合至単元體IOOd的輸入，從而提供輸入“C”的反相副本。另一反相器220和輸入開關(guān)222控制向単元體IOOc的輸入，如以下參考第二組四個単元體所討論的那樣，用于并聯(lián)-橋接配置。在圖6中，輸入開關(guān)222將輸入“C”耦合到單元體100c。單元體IOOf上的輸入開關(guān)224不向第二單元體提供任何信號輸入，単元體IOOe和IOOf被圖示為配置用于并聯(lián)操作。在這種模式中，當(dāng)閉合的開關(guān)204c向單元體IOOf 中的電流反饋回路比較器提供來自單元體IOOe內(nèi)的電流命令信號時，跳過單元體IOOf的電壓命令輸入和電壓反饋回路比較器。在ー些配置中，単元體IOOf的輸入在用于并聯(lián)操作時在內(nèi)部斷開，因而輸入開關(guān)224可保持與其輸入中之ー相耦合。反相器226可用于提供用 于在BTL模式中使用的輸入“E”的反相版本。單元體IOOg和IOOh也被圖示為配置用于并聯(lián)操作，并且具體而言，它們配置用于同單元體IOOe和IOOf —起在并聯(lián)-橋接模式中使用。開關(guān)204d從單元體IOOg內(nèi)向単元體IOOh提供電流命令信號，而開關(guān)228是打開的，并且不使用反相器230。在単元體IOOg處，開關(guān)232將來自反相器234的輸入“E”的反相副本耦合至單元體IOOg的輸入，從而使兩組并聯(lián)半橋lOOe/lOOf和100g/100h分別接收E和-E作為輸入。雖然將開關(guān)、反相器和信號源圖示成處于控制模塊210之外，但ー些或所有的開關(guān)和反相器可以集成到控制模塊之中，并且可以根據(jù)所使用的技術(shù)在硬件、固件或軟件中加以配置。如果開關(guān)和反相器集成到控制模塊，則輸入A至H也將會穿過控制模塊。控制模塊可以是任何合適的器件，諸如編程微處理器、專用集成電路、或者一系列分立器件。除了用以對放大器拓撲加以配置的切換和反相之外，控制模塊還可向輸入A至H施加數(shù)字信號處理。針對每組四個単元體，可以存在単獨的控制模塊。在一些情況下，控制模塊可以配置成使用處于橋接和并聯(lián)編組的級聯(lián)圖案中的所有八個單元體，以便向一個揚聲器供給電源的全部能力(需要在放大器和/或信號路徑之間的附加連接，但這些可以全都由合適的控制模塊來提供)。這樣的配置能夠驅(qū)動多種揚聲器配置。例如，包含具有四個單元體(每單元體500W)在內(nèi)的兩個組的4000W放大器系統(tǒng)可以驅(qū)動許多不同的揚聲器組合，如表I中所示
(實際瓦數(shù)取決于所使用特定揚聲器的阻抗)。
權(quán)利要求
1.一種音頻功率放大器，包括 第一放大單元和第二放大單元，每個放大單元包括 開關(guān)電壓放大器，具有命令信號輸入和放大信號輸出， 輸出濾波器，在所述放大信號輸出與負載端子之間， 電流補償器，具有與所述電壓放大器的所述命令信號輸入相耦合的電流補償命令信號輸出， 內(nèi)電流反饋回路，其將輸出電感器處所測量的電流的度量反饋給所述電流補償器的求和輸入， 電壓補償器，具有與所述電流補償器的所述求和輸入相耦合的電壓補償命令信號輸出，以及 外電壓反饋回路，其將所述負載端子處的電壓反饋給所述電壓補償器的求和輸入；第一受控信號路徑，其從所述第一放大單元的所述電壓補償器的電壓補償控制信號輸出去往所述第二放大單元的所述電流補償器的所述求和輸入， 所述第二放大單元被配置成當(dāng)所述第一受控信號路徑被激活時，使用所述第一放大單元的所述電壓補償命令信號代替所述第二放大單元的所述電壓補償命令信號作為對所述第二放大單元的所述電流補償器的輸入； 控制電子器件，其向所述第一放大單元和所述第二放大單元提供信號輸入并且控制所述第一受控信號路徑，使得所述第一放大單元和所述第二放大單元隨單獨的負載可操作、與驅(qū)動公共負載并聯(lián)可操作或者跨橋接式負載可操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的音頻功率放大器，其中所述第一放大單元和所述第二放大單元通過以下來隨單獨的負載可操作各自放大單獨的信號，以及在它們單獨的輸出端子上提供經(jīng)放大的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的音頻功率放大器，其中所述第一放大單元和所述第二放大單元通過以下來與驅(qū)動公共負載并聯(lián)可操作各自放大從所述第一放大單元經(jīng)由所述第一受控信號路徑向所述第二放大單元提供的同一信號，以及在它們將要與負載的公共輸入端子相耦合的單獨輸出端子上提供相同的經(jīng)放大的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的音頻功率放大器，其中所述第一放大單元和所述第二放大單元通過以下來跨橋接式負載可操作在所述第一放大單元中放大第一信號并在所述第二放大單元中放大所述第一信號的反相副本，以及在它們將要與負載的單獨輸入端子相耦合的單獨輸出端子上提供它們相應(yīng)的經(jīng)放大的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的音頻功率放大器，還包括 第三放大單元和第四放大單元，與所述第一放大單元和所述第二放大單元相同，以及第二受控信號路徑，從所述第三放大單元的電壓補償器的電壓補償命令信號輸出去往所述第四放大單元的電流補償器的求和輸入， 所述控制電子器件還向所述第三放大單元和所述第四放大單元提供信號輸入，并且控制所述第二受控信號路徑，使得 所述第三放大單元和所述第四放大單元隨單獨的負載可操作、與驅(qū)動公共負載并聯(lián)可操作或者跨橋接式負載可操作，以及 所有四個所述放大單元可共同操作，其中所述第一単元和所述第二単元并聯(lián)驅(qū)動橋接式負載的第一側(cè)，而所述第三単元和所述第四單元并聯(lián)驅(qū)動所述橋接式負載的第二側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的音頻功率放大器，其中所述四個放大單元通過以下可共同操作 在所述第一放大單元和所述第二放大單元中的每個放大單元中放大從所述第一放大單元經(jīng)由所述第一受控信號路徑向所述第二放大單元提供的第一信號，以及在所述第一放大單元和所述第二放大單元的所述單獨的 輸出端子上提供相同的經(jīng)放大的第一信號， 在所述第三放大單元和所述第四放大單元中的每個放大單元中放大從所述第三放大單元經(jīng)由所述第二受控信號路徑向所述第四放大單元提供的所述第一信號的反相副本，以及在所述第三放大單元和所述第四放大單元的所述單獨的輸出端子上提供相同的經(jīng)放大的反相的第一信號， 其中所述第一放大單元和所述第二放大單元的所述輸出端子將要耦合至所述負載的第一輸入，并且所述第三放大單元和所述第四放大單元的所述輸出端子將要耦合至所述負載的第二輸入。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的音頻功率放大器，還包括具有同步輸出整流器的四象限電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的音頻功率放大器，其中所述同步輸出整流器包含MOSFET。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的音頻功率放大器，其中所述第一受控信號路徑包括由所述控制電子器件所控制的開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的音頻功率放大器，其中每個所述開關(guān)電壓放大器包括調(diào)制器、門驅(qū)動器、一對晶體管、以及耦合在所述晶體管的源極端子與漏極端子之間的ー對ニ極管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的音頻功率放大器，其中所述晶體管包括MOSFET，所述ニ極管是所述MOSFET所固有的。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的音頻功率放大器，其中所述輸出濾波器包括輸出電感器，并且所測量的電流是通過所述輸出電感器的電流。
13.—種放大音頻信號的方法，包括 在第一放大單元和第二放大單元中的每個放大單元中 在開關(guān)電壓放大器中放大電流補償命令信號，提供經(jīng)放大的信號輸出， 測量從在所述電壓放大器的所述經(jīng)放大的信號輸出與負載端子之間的輸出濾波器通過的電流，產(chǎn)生電流度量， 將所述電流度量經(jīng)由內(nèi)電流反饋回路反饋給電流補償器的求和輸入， 在所述電流補償器處，將所述電流度量與電壓補償命令信號進行比較，并將所述電流補償命令信號提供給所述電壓放大器， 將所述放大單元的負載端子處的電壓經(jīng)由外電壓反饋回路反饋給電壓補償器的求和輸入，以及 在所述電壓補償器處，將反饋電壓與輸入命令信號進行比較并將所述電壓補償命令信號提供給所述電流補償器的求和輸入； 控制從所述第一放大單元的所述電壓補償器的輸出去往所述第二放大單元的所述電流補償器的所述求和輸入的第一受控信號路徑，以便選擇性地將所述第一放大單元的所述電壓補償命令信號代替所述第二放大單元的所述電壓補償命令信號提供給所述第二放大単元的所述求和輸入；以及 向所述第一放大單元和所述第二放大單元提供信號輸入，并且控制所述第一受控信號路徑，以便選擇性地使所述第一放大單元和所述第二放大單元隨單獨的負載進行操作、與驅(qū)動公共負載并聯(lián)地進行操作或者跨橋接式負載進行操作。
14.一種音頻功率放大器，包括 第一放大單元、第二放大單元、第三放大單元和第四放大單元，每個放大單元包括 開關(guān)電壓放大器，具有命令信號輸入和放大信號輸出， 輸出濾波器，在所述放大信號輸出與負載端子之間， 電流補償器，具有與所述電壓放大器的所述命令信號輸入相耦合的電流補償命令信號輸出， 內(nèi)電流反饋回路，其將輸出電感器處所測量的電流的度量反饋給所述電流補償器的求和輸入， 電壓補償器，具有與所述電流補償器的所述求和輸入相耦合的電壓補償命令信號輸出，以及外電壓反饋回路，其將所述負載端子處的電壓反饋給所述電壓補償器的求和輸入；所述第一放大單元和所述第二放大單元具有從所述第一放大單元的所述電壓補償器的所述電壓補償控制信號輸出到所述第二放大單元的所述電流補償器的所述求和輸入的第一受控信號路徑， 所述第二放大單元配置成當(dāng)所述第一受控信號路徑被激活時，使用所述第一放大單元的所述電壓補償命令信號代替所述第二放大單元的所述電壓補償命令信號作為對所述第ニ放大單元的所述電流補償器的輸入； 所述第三放大單元和所述第四放大單元具有從所述第三放大單元的所述電壓補償器的所述電壓補償控制信號輸出去往所述第四放大單元的所述電流補償器的所述求和輸入的第二受控信號路徑， 所述第四放大單元配置成當(dāng)所述第二受控信號路徑被激活時，使用所述第三放大單元的所述電壓補償命令信號代替所述第四放大單元的所述電壓補償命令信號作為對所述第四放大單元的所述電流補償器的輸入； 控制電子器件，其向每個所述放大単元提供信號輸入，并且控制所述第一受控信號路徑和所述第二受控信號路徑，使得 所述第一放大單元和所述第二放大單元隨單獨的負載可操作、與驅(qū)動公共負載并聯(lián)可操作或者跨橋接式負載可操作； 所述第三放大單元和所述第四放大單元隨單獨的負載可操作、與驅(qū)動公共負載并聯(lián)可操作或者跨橋接式負載可操作；以及 所有四個所述放大單元可共同操作，其中所述第一単元和所述第二単元并聯(lián)驅(qū)動橋接式負載的第一側(cè)，并且所述第三単元和所述第四單元并聯(lián)驅(qū)動所述橋接式負載的第二側(cè)；以及 四象限電源，具有同步輸出整流器。
全文摘要
一種音頻功率放大器，包括第一放大單元和第二放大單元，每個放大單元包括開關(guān)電壓放大器；輸出濾波器；電流補償器；內(nèi)電流反饋回路，其將在輸出電感器處所測量的電流的度量反饋給電流補償器的求和輸入；電壓補償器，其耦合到電流補償器的求和輸入；以及外電壓反饋回路。受控信號路徑將第一放大單元的電壓補償器的輸出提供給第二放大單元的電流補償器。第一放大單元和第二放大單元可隨單獨的負載進行操作、與驅(qū)動公共負載并聯(lián)地進行操作或者跨橋接式負載進行操作?？梢蕴砑拥诙Ψ糯髥卧⑹蛊渑c第一對放大單元一同操作，以利用橋接式負載的每側(cè)上的一對并聯(lián)放大器來驅(qū)動單一揚聲器。
文檔編號H03F3/217GK102792585SQ201180012282
公開日2012年11月21日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者D·S·皮爾斯, M·努斯鮑爾, T·希恩 申請人:伯斯有限公司