专利名称：D类放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于放大电输入信号的闭环D类放大器，该放大 器包括预处理单元，能够改变输入信号的幅度以提供预处理信号； 控制单元，设置为接收预处理信号和反馈信号并产生控制信号；开关 区块(switching block)，设置为接收所述控制信号和至少一个电源 电压，并依照该控制信号、通过在第一和第二状态之间交替切换闭塞 波(block wave)信号来产生闭塞波信号；低通滤波器，设置为过滤 闭塞波信号以产生输出信号，反馈信号依赖于输出信号，该预处理单 元设置为如果闭塞波信号的频率下降到低于阈值则限制预处理信号。
背景技术：
这种设置在US 6107875A中公开。在该设置中，传感器确定开关 区块是否保持在一个状态超过了预定的时间，即获得了对应于开关频 率的测量。如果频率很低，则限制输入信号。这避免了这样的风险， 即开关频率下降到穿过输出滤波器并引起干扰的程度。这种设置的缺点是频率测量可能相当复杂。发明内容因此，本发明的目的是提供一种较不复杂的上面所述种类的放大器。该目的通过在权利要求1中定义的闭环D类放大器实现。更具体地，D类放大器的预处理单元包括幅度改变装置，其接收 输入信号并产生预处理信号；比较器装置，设置为将该预处理信号和 所述至少一个电源电压进行比较；以及调节装置，如果瞬时预处理信 号的幅度超过电源电压的预定比例，则该调节装置用于调节幅度改变 装置的幅度改变功能。该设置允许限制预处理信号而无需实际测量频率。因此，该设置 较不复杂也因此没有那么昂贵。在一个实施例中，幅度改变装置可以是放大器，并且如果瞬时预
处理信号的幅度超过电源电压的预定比例，则调节装置可以减少放大 器的增益。在另一实施例中，幅度改变装置可以由衰减器代替，并且如果瞬 时预处理信号的幅度超过电源电压的预定比例，则调节装置可以增加 衰减器的衰减。优选地，比较器装置包括放大器，其设置为放大预处理信号； 整流器电路，其设置为整流放大的预处理信号；以及比较器电路，将 整流的信号和电源电压进行比较。D类放大器可以实现为全桥放大器。本发明的这些和其它方面可以从下面描述的实施例变得更加清 楚，并且将参考下面描述的实施例进行说明。
图1示出了闭环D类放大器的方框图。图2a示出了图1中放大器的示意性实施例。图2b示出了对应于图2a中实施例的全桥结构。图3示出了根据本发明实施例的闭环D类放大器的方框图。图4示出了图3所示方框图的实现。
具体实施方式
图1示出了闭环D类放大器的方框图。放大器l接收输入信号v" 并产生放大的输出信号v。"。该输出信号是通过使开关区块2生成闭塞 波信号，在第一和第二状态之间交替(比如在电源电压V+和V之间， 例如￥+=+6(^和V_--60V)而产生的。该闭塞波信号由低通滤波器3滤 波以产生输出信号v。"。输出信号的幅度依赖于该闭塞波信号的脉冲 比。控制电路4控制开关区块2以便生成输出信号，其是输入信号的 放大形式。在这个闭环结构中，控制电路接收对应于v。"的反馈信号和输入信 号v"。这个结构适合于高功率应用，例如150W。与之相反，开环结构大多用于低功率应用，不需要反馈回路。替 代地，将输入信号和恒定频率的锯齿或三角波信号进行比较，并且将 比较器的输出用于控制开关区块2。
闭环结构可以如US 6107875中所描述的使用滞后功能。作为替换 地，可以使用如W0， A2， 03/090343中所公开的不带有滞后效果的自 激振荡的结构。图2a示出了图1中放大器的实施例。低通滤波器3可以包括电容 器5和电感器6。电容器5和电感器6应该具有这样的值，使得滤波器 阻塞该闭塞波开关频率。控制电路4可以包括反馈网络7和比较器8。 比较器8可以具有两个互补输出，如所示出的，每个控制开关区块2 中的一个开关。开关优选地是MOSFET开关。 一个开关连接到第一电源 电压V+并且另一个连接到第二电源电压V—。开关还在构成开关区块输 出的连接点处彼此连接。由于开关以互补方式控制，总有一个开关是 活动的而另一个是阻塞的。因此，开关区块不是输出V+就是输出V—。 自激振荡条件可以通过用反馈网络7提供充足的相移和延迟获得，其 被本领域技术人员所知。这样的D类放大器的开关频率匸可以如下定义其中，fs"是接近信号过零(zero crossing)的开关频率(例如， 400-500kHz)，并且M是调制指数，即输出峰值电压和电源电源之间 的比率。如果调制指数变高，即如果期望的瞬时输出电压变得接近电 源电压，则开关频率大幅下降。如果开关频率下降到低通滤波器3的 范围之内，则相当多的干扰信号会从该滤波器输出。例如在音频应用 中，滤波器应该去掉20kHz以上的信号分量。如果fs"是500kHz，而 电源电压V7V1+/-60V，那么即使被放大的输入信号的频率低得多， 瞬时输出信号一达到58. 8V，就会听到使人厌烦的20kHz信号。因此， 预放大器9可以用于一旦开关频率下降到预定的频率之下就限制输入 信号，与US 6107875中描述的类似。图2b示出了基本上对应于图2a中半桥实施例的全桥结构。这个 结构只使用一个电源电压V+。替代地，使用了两个开关区块2，、 2"。 比较器8以互补方式控制这些开关区块，使得在第一开关状态中，第 一开关区块2，的输出连接到地并且开关区块2"的输出连接到V+;而在 第二开关状态中，第二开关区块2"的输出连接到地并且第一开关区块 2，的输出连接到V+。每个开关区块2'、 2"分别具有低通滤波器3，、 3"，
并且负载IO连接在这些滤波器的输出之间。反馈网络7，对于这些开关 区块可以是公共的。全桥结构将具有如前面针对半桥结构所描述的高 幅度信号的同样问题。图3示出了根据本发明实施例的闭环D类放大器的方框图。该放 大器包括主区块12,其包含图l所示的区块，也就是控制电路、开关 区块和低通滤波器。主区块12接收预放大信号vp并基于它产生输出信 号v。"。预放大信号可以由预放大器13产生，其接收D类放大器的输 入信号v、预放大信号还输送到比较器区块14。比较器区块14还从 主区块接收电源电压V+ (和/或V—)，并且将该电源电压和从预放大器 接收的瞬时预放大信号进行比较。如果瞬时预放大信号超过电源电压 的预定百分比，可以假设期望的输出电压v。"接近电源电压V+或V—，以 这种方式频率会下降以致于闭塞波信号会穿过低通输出滤波器。因 此，当瞬时预放大信号超过电源电压的预定百分比时，比较器区块14 输出限制信号lim，该限制信号被输送到预放大器13并且限制预放大 器增益。这样，可以避免出现上面描述的情况而无需实际测量闭塞波 频率，这允许使用简单的电路，如在下面进一步说明的。而且，上面 描述的设置还补偿了电源电压中的波动。
如上面所公开的，输入信号的幅度可以由预放大器进行预处理。 然而，也可以为此目的使用衰减器(未示出)。然后，如果瞬时预处 理信号vp的幅度超过电源电压的预定比例，则比较器区块14增加衰减 器的衰减。该衰减器和预放大器可以具有公共的名称，叫做幅度改变 装置。
通常，该D类放大器包括幅度改变装置，接收输入信号并产生预 处理信号。该放大器还包括比较器装置，设置为将预处理信号和电源 电压进行比较；以及调节装置，如果瞬时预处理信号的幅度超过电源 电压的预定比例，则该调节装置用于调节幅度改变装置的幅度改变功 能(衰减或增益)。
比较器装置可以包括放大器，设置为放大预处理信号。这样放大 的信号然后可以和电源电压在比较器电路中进行比较，以发现该预处 理信号是否超过电源电压的预定比例。作为另一种选择，该电源电压 是可分的。
比较器装置还可以包括整流器电路，设置为整流放大的预处理信
号，这样该瞬时预处理信号可以和电源电压进行比较而无需考虑信号 的极性，如下面的例予所示。图4示出了图3中预放大器13和比较器14区块的可能实施方式。 在这个结构中，预放大器包括具有电阻器Rl、 R2、 R3，电容器Cl和 运算放大器El的运算放大器设置。比较器区块14包括整流器子区块 15、比较器电路16和限制信号发生设置。该整流器子区块15包括运 算放大器设置，其包括电阻器R4、 R5和运算放大器E2，其放大预放大 信号Vp。该整流器子区块15还包括基于运算放大器的整流器设置，其 包括电阻器R6、 R7、运算放大器E3和二极管Dl、 D2，接收放大的信 号。这样产生的整流信号输送到比较器区块16，其包括基于运算放大 器的比较器电路，包括电阻器R8、 R9、 RIO、 Rll、 R12、运算放大器 E4和齐纳二极管D3，在不同的输入处接收从整流器子区块15输出的 信号以及电源电压V+。限制信号发生设置包括电阻器R7、 R13和R14, 二极管D4，电容 器C2，晶体管T2和负电源电压Vw。如果通过整流器子区块15整流并放大的瞬时预放大信号vp大于电 源电压V+，则运算放大器E4的输出变为负的并开始通过二极管D4汲 取电流。晶体管T2变为导通的，从而使得电流流过R7。在预放大器区 块13中的JFET晶体管Tl开始导通，并且限制预放大信号Vp。当R7 上的压降等于V^时，该JFET晶体管Tl完全导通，并且预放大信号Vp 具有其最大衰减。当然，其他的实现方式也是可能的。总之，本发明涉及具有预处理单元的D类放大器。该预处理单元 设置为当放大器的开关频率下降时限制输入到放大器的信号，以便避 免当开关频率穿过放大器输出滤波器时产生干扰。为此，放大器具有 比较器，其设置为将来自预处理单元的信号和放大器电源电压进行比 较，以及具有当预处理信号的幅度超过电源电压的某个部分时限制预 处理单元的增益或增加预处理单元的衰减的装置。本发明不局限为所描述的实施例。其可在所附权利要求的范围内 以不同方式加以改变。
权利要求
1.一种用于放大电输入信号(vin)的闭环D类放大器，该放大器包括预处理单元(9)，能够改变输入信号(vin)的幅度，以提供预处理信号(vp)，控制电路(4)，设置为接收预处理信号(vp)和反馈信号，并产生控制信号，开关区块(switching block)(2、2’、2”)，设置为接收所述控制信号和至少一个电源电压(V+、V-)，并依照该控制信号、通过在第一和第二状态之间交替切换闭塞波(block wave)信号来产生闭塞波信号，低通滤波器(3)，设置为过滤闭塞波信号以产生输出信号(vout)，反馈信号依赖于该输出信号(vout)，该预处理单元(9)设置为如果闭塞波信号的频率下降到低于阈值则限制预处理信号(vp)，其中所述预处理单元包括幅度改变装置(13)，接收该输入信号(vin)并产生预处理信号(vp)，比较器装置(14)，设置为比较该预处理信号(vp)和所述至少一个电源电压，以及调节装置，如果瞬时预处理信号(vp)的幅度超过该电源电压的预定比例，则该调节装置调节所述幅度改变装置的幅度改变功能。
2. 根据权利要求l的闭环D类放大器，其中所述幅度改变装置是 放大器，并且如果瞬时预处理信号(vP)的幅度超过电源电压的预定比 例，则所述调节装置减少放大器的增益。
3. 根据权利要求l的闭环D类放大器，其中所述幅度改变装置是 衰减器，并且如果瞬时预处理信号(vP)的幅度超过电源电压的预定比 例，则所述调节装置增加衰减器的衰减。
4. 根据任一项在前权利要求的闭环D类放大器，其中比较器装置 (14)包括放大器，其设置为放大该预处理信号(Vp);整流器电路，其设置为整流放大的预处理信号；以及比较器电路，将该整流的信号 和电源电压进行比较。
5.根据任一项在前权利要求的闭环D类放大器，其中该D类放大器 是全桥放大器。
全文摘要
本发明涉及具有预处理单元(13)的D类放大器。该预处理单元设置为当放大器开关频率下降时限制输入到放大器的信号，以避免当开关频率穿过放大器输出滤波器时产生干扰。为此，放大器具有比较器(14)，其设置为将来自预处理单元的信号和放大器电源电压进行比较，以及具有当预处理信号的幅度超过电源电压的某个部分时限制预处理单元的增益或增加预处理单元的衰减的装置。
文档编号H03F3/217GK101160717SQ200680012533
公开日2008年4月9日 申请日期2006年4月10日 优先权日2005年4月15日
发明者F·B·M·范霍克, J·G·H·里克斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司