专利名称：用于使用适应dv/dt控制的d类音频放大器的栅极驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及D类放大器，更特别地，涉及在D类放大器上使用适应dV/dt 控制。
背景技术：
功率D类放大器，例如，图1中所示的放大器IO将输入波形转换为连 续的脉宽调制(PWM)模拟信号。可以重复产生具有恰好低于脉冲频率的 带宽的信号。D类放大器的输出包括不需要的谱分量，例如，脉冲频率及其 谐波，必须通过无源LC滤波器18将其移除。因而发生的滤波信号之后成为 输入的放大复本。通常地，如图1所示，功率晶体管14和16的开关级12在效率和作为 功率晶体管正常工作的副产品发出的电磁干扰(EMI)间承担交换作用。EMI 导致在电路中引入不需要的信号(干扰或噪声)。需要在所述开关级12中使 用更高的dV/dt以便获得更好的效率。然而，因为dV/dt急剧变化的瞬态伪 差(transient artifacts),所以时间上更高的电压变化(dV/dt)能够成为导致 EMI噪声的原因之一。这本质上是音频信号在D类音频中的应用，音频信号的平均输出功率明 显地小于其峰值。如果放大器具有在更低的输出功率级别上的低EMI噪声
发射，以及在更高输出功率级别上的更高的效率，那么之后这两个对立的设 计问题将能够被兼容。发明内容因此，本发明的目的是允许改变栅极操纵性能以便在开关节点依据输入占空比来控制dV/dt。本发明提供用于使用适应dV/dt控制的D类音频放大器的栅极驱动器电 路。所述电路包括输出开关级，能够使用可变的dV/dt驱动所述输出开关级 的栅极驱动器；以及用于设置栅极驱动器的工作模式的模式控制电路，其中， 所述工作模式选自多个工作模式、改变栅极驱动器的dV/dt、响应于功率输 出级别、并提供在产生的电磁干扰(EMI)和开关级的效率间的平衡点。在本发明的一个实施例中，所述栅极驱动器具有两个工作模式。 一个用 于高dV/dt，另一个用于相对低的dV/dt，以便减小EMI，同时作为折衷导致 效率的降级。所述栅极驱动器依据估计的输出功率级别改变自身模式。所述 栅极驱动器通过计算来自输入占空比的功率来估计对负载的输出功率的均 值。本发明的其它特征和优点将在以下本发明参考附图的描述中变得显而 易见。
图1是具有半桥拓扑的D类放大器的电路图；图2A、 2B和2C是显示了本发明的模式控制的各种实施例的D类放大 器的电路图；图3是本发明的D类放大器的模式控制逻辑的结构图；以及图4A显示了包括本发明的模式控制逻辑的栅极驱动器的实施例，且相
关的图4B—4D显示了占空检测、总谐波失真(THD)和死区时间图。
具体实施方式
图2A、 2B和2C显示了本发明的栅极驱动器22。所述栅极驱动器22 包括两种不同的工作模式。第一模式用于时间上的高电压变化(dV/dt)，且 第二模式用于所述相对较低的dV/dt，以便以效率的降级作为折衷来减小电 磁干扰(EMI)。所述栅极驱动器22被设计为依据估计的或计算的输出功率 级别改变其模式。估计输出功率图2A中的所述发明的栅极驱动器22包括模式控制电路24，该电路能 够执行通过计算输入28的占空比30的功率来估计对负载的平均输出功率级 别32的功能。所述平均输出功率级别32能够由输入占空比的平方的积分获 得，例如，(0.5—占空比)2，该计算方法表示对电阻负载(未示出)的输出 功率级别。如果平均输出功率级别32超过了一定的预定级别，那么之后所 述栅极驱动器22将所述模式由低dV/dt转变为高dV/dt。所述平均输出功率级别的合适的阈值可以被设置为高于额定功率级另IJ 的12.5%，从而使栅极驱动器被允许在大部分时间中工作在低dV/dt模式下。 额定功率的12.5%能够作为具有非限幅的音频信号输出的最大平均输出功 率。所述限幅在试图在所述放大器的极限之上增加电压时发生。按照损失和热量产生划分，最严重的D类级的EMI情况发生在额定功 率级别。所述栅极驱动器22在该对EMI噪声折衷的情况下工作于高效率高 dV/dt模式。然而，这种情况在实际应用中很少见。计算输出功率类似地，电路24可以通过计算在所述开关级12的输出(如图2B所示 的在LC滤波器18之前或如图2C所示的在LC滤波器之后)的电压、电流 和伏特-秒(Volt-second)中的任意一者的功率来计算对负载的平均输出功率 级别32。图3显示了模式控制器电路24的结构图。平均计算单元40接收PWM 输入28，为了求平均数，在一段足够长的时间里检测占空比30。所述平均 数42经过比较器部分46，该比较器部分用于比较所述平均数42和在参考级 别保持单元50中维持的预定的级别48。如果所述平均数42高于所述预定的 级别48，那么所述模式被设置为高，否则所述模式被设置为低。在图4A中的电路中，输出功率由电路40A估计，例如，使用公式功率=|占空角度-0.5|2 。积分器40B用于确定平均时间。所述平均数在比较器46中与阈值相比较。如果该平均数小于所述阈值，那么驱动器H。和L。被保 持在低dV/dt低效率模式，如果高于阈值，那么驱动器H。和L。被置于高效 率高dV/dt模式。同样地，死区时间电路45依据所述比较器46的输出调节死区时间。该 过程被完成以便在高功率时，所述死区时间被设置为图4D中所示的更大值。 图4B显示了占空检测电路功能且图4C显示了作为功率的函数的总谐波失 真(THD)。本发明的电路在低功率级别时提供更短的可变的死区时间，低极值(low Full)和低THD，但是在高功率级别时提供更大的效率。
权利要求
1.一种用于使用适应dV/dt控制的D类音频放大器的栅极驱动器电路，该电路包括输出开关级；能够使用可变的dV/dt来驱动所述输出开关级的栅极驱动器；以及用于设置所述栅极驱动器的工作模式的模式控制电路，其中，所述工作模式选自多个工作模式，改变所述栅极驱动器的dV/dt，响应于功率输出级别，并提供在产生的电磁干扰和所述开关级的效率间的平衡点。
2. 根据权利要求1所述的电路，其中所述多个工作模式是通过由至所 述栅极驱动器的输入来对平均输出功率级别进行估计而确定的。
3. 根据权利要求1所述的电路，其中所述多个工作模式是在所述开关 级和滤波器间的点或在所述滤波器和负载间的点上通过输出电压、输出电 流、脉宽调制信号的伏特-秒中的一者来对输出功率级别进行计算而确定的。
4. 根据权利要求2所述的电路，其中所述模式控制电路通过检测脉宽 调制在所述输入的占空比并且通过对输入占空比的平方进行积分获得平均 输出功率级别来估计所述平均输出功率级别，所述输入占空比的平方表示至 负载的输出功率级别。
5. 根据权利要求4所述的电路，其中如果所述平均输出功率级别超过 预定的阈值，那么所述栅极驱动器的功率输出级别从低dV/dt转换到高 dV放。
6. 根据权利要求4所述的电路，其中所述预定的阈值被设置为大于额 定功率级别的12.5%,其中所述栅极驱动器工作在所述低dV/dt，且所述额定功率的12.5%被认为是最大平均输出功率。
7. 根据权利要求1所述的电路，其中用于驱动所述栅极的不同的设置 通过改变输出阻抗、所述栅极驱动器的输出电压中的至少一者，并且在所述 栅极驱动器的输出耦合电流限幅器而获得。
8. 根据权利要求1所述的电路，其中所述模式控制电路控制所述开关 级的串联的两个开关的导通时间之间的死区时间。
9. 根据权利要求1所述的电路，其中所述开关级包括串联的两个开关。
10. —种运行用于使用适应dV/dt控制的D类音频放大器的栅极驱动器 电路的方法，所述方法包括以下步骤确定能够使用可变的dV/dt来驱动输出开关级的栅极驱动器的功率输出 级别；选择依据所述功率输出级别以提供在产生的电磁干扰和所述开关级的 效率间的平衡点的工作模式；设置所述工作模式，并由此设置所述栅极驱动器的dV/dt。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其中如果所述平均输出功率级别超 过预定的阈值，那么所述栅极驱动器的功率输出级别由低dV/dt转换到高 dV/dt。
全文摘要
提供了一种用于使用适应dV/dt控制的D类音频放大器的栅极驱动器电路。所述电路包括输出开关级(12)，能够使用可变的dV/dt驱动所述输出开关级的栅极驱动器(22)，以及用于设置栅极驱动器的工作模式的模式控制电路(24)，其中，所述工作模式选自多个工作模式，改变栅极驱动器的dV/dt，响应于功率输出级别，并提供在产生的电磁干扰(EMI)和开关级的效率间的平衡点。
文档编号H03F3/217GK101167244SQ200680008021
公开日2008年4月23日 申请日期2006年4月4日 优先权日2005年4月5日
发明者本田纯 申请人:国际整流器公司