专利名称：三电平d类音频功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率放大器，特别是涉及ー种三电平D类音频功率放大器。
背景技术：
D类音频功率放大器是ー种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM (脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号，然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，所以也称为开关放大器。相对于A类或B类音频功率放大器D类音频功率放大器具有高效率、低功耗的明显优势，已经被广泛的应用在手机，MP3，平板电脑等长时间依靠电池提供电カ能源的便携式设备中。在现有技术中，所述D类音频功率放大器通常采用H型桥式输出的结构。请參阅图I及图2，图I显示为现有技术中采用H型桥式输出的结构的D类功放的电路原理示意图，图2显示为图I中D类功放的功率级电路示意图,如图所示,所述D类音频功率放大器I·由用于提供低电压电源的电池10、用于放大音频信号的预放大器11、将音频信号调制为数字信号的调制器12、用于控制时序及驱动的驱动级电路13、用于输出驱动信号的功率级电路14以及扬声器负载15组成，由图2可知，所述功率级电路14的输出端所输出的信号非“0”即“1”，也就是说，在便携式设备中D类放大器一般由电池供电，无论基于何种调试方式输出信号用高平即电源电压表示“ I ”，用低电平表示“O”。然而，随着近些年电子设备对音量的要求，所述D类音频功率放大器需要达到更高的输出功率，而最直接的方法是通过提高电源电压来实现这一目的，为满足上述目的通常的做法是就增设ー个升压电路来从产生更高的电源电压。但是，由于D类音频功率放大器在没有信号输入即输出功率为零的状态下，输出信号也在某个开关频率下进行“0”和“I”的翻转。如此ー来，开关损耗和导通损耗会随着电源电压的升高而升高，从而使恶化静态电流，并且降低了轻负载时的系统效率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三电平D类音频功率放大器，用以提高轻负载时的系统效率。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三电平D类音频功率放大器，包括有音频信号输入端、接地端及ー扬声器负载，其特征在于，还包括预放大器，连接于所述音频信号输入端，用于将接收到的模拟音频信号放大后输出；调制器，连接于所述预放大器的输出端，用于将放大后的模拟音频信号调制为数字信号并输出；驱动级电路，连接于所述调制器的输出端，用于对接收到所述数字信号进行时序控制，并输出驱动信号；功率级电路，连接于所述驱动级电路的输出端，用于对接收到所述驱动信号进行放大以驱动所述扬声器负载；三电平调制电路，连接于所述功率级电路的输出端及扬声器负载，用以产生低电平、高电平以及地电平三种电平输出的数字信号，包括一低电位电源，一高电位电源，连接于所述功率级电路的输出端与所述低电位电源之间的低电平开关元件，连接于所述功率级电路的输出端与所述高电位电源之间的高电平开关元件，以及连接于所述功率级电路的输出端与所述接地端之间的地电平开关元件。在本发明的三电平D类音频功率放大器中，所述功率级电路具有正输出端及负输出端。于一具体实施方式
中，所述低电平开关元件为两个，一个连接于所述功率级电路的正输出端与所述低电位电源之间，另ー个连接于所述功率级电路的负输出端与所述低电位电源之间。优选地，所述低电平开关元件为晶体管开关。于一具体实施方式
中，所述高电平开关元件为两个，一个连接于所述功率级电路的正输出端与所述高电位电源之间，另ー个连接于所述功率级电路的负输出端与所述高电位电源之间。优选地，所述高电平开关元件为晶体管开关。于一具体实施方式
中，所述地电平开关元件为两个，一个连接于所述功率级电路的正输出端与所述接地端之间，另ー个连接于所述功率级电路的负输出端与所述接地端之 间。优选地，所述地电平开关元件为晶体管开关。如上所述，本发明的三电平D类音频功率放大器可以输出低电平、高电平以及地电平三种状态的电平，相较于现有技术中只能输出两种状态的电平的采用H型桥式输出的结构的D类音频功率放大器而言，本发明的三电平D类音频功率放大器更有利于提高轻负载时的系统效率。
图I显示为现有技术中采用H型桥式输出的结构的D类功放的电路原理示意图。图2显示为图I中D类功放的功率级电路示意图。图3显示为本发明的三电平D类音频功率放大器的电路原理示意图。图4显示为本发明的三电平D类音频功率放大器中的三电平调制电路原理示意图。
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所掲示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。请參阅图3及图4，图3显示为本发明的三电平D类音频功率放大器的电路原理示意图。图4显示为本发明的三电平D类音频功率放大器中的三电平调制电路原理示意图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为ー种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图所示，本发明提供一种三电平D类音频功率放大器2，包括有音频信号输入端21，接地端22，扬声器负载23，预放大器24，调制器25，驱动级电路26，功率级电路27，以及三电平调制电路(呈如图4所示)。
所述预放大器24连接于所述音频信号输入端21，具体地，所述音频信号输入端21分为音频信号正输入端及音频信号负输入端，所述预放大器24用于将接收到的模拟音频信号放大后输出给调制器25。所述调制器25连接于所述预放大器24的输出端，用于将放大后的模拟音频信号调制为数字信号并输出给驱动级电路26。所述驱动级电路26连接于所述调制器25的输出端，用于对接收到所述数字信号进行时序控制，并输出驱动信号给功率级电路27。所述功率级电路27连接于所述驱动级电路26的输出端，用于对接收到所述驱动信号进行放大以驱动所述扬声器负载23 ;具体地，所述功率级电路27具有正输出端271及负输出端272。
如图4所示，所述三电平调制电路连接于所述功率级电路27的正、负输出端271、272及扬声器负载23，用以产生低电平、高电平以及地电平三种电平输出的数字信号，其包括有一低电位电源28，一高电位电源29，低电平开关元件281、282，高电平开关元件291、292，以及地电平开关元件221、222。在本实施方式中，所述低电位电源28可为本发明的D类音频功率放大器2所应用于电子设备系统中已有的电池，所述高电位电源29可以是由升压电路产生或者本发明的D类音频功率放大器2所应用于电子设备系统中已有的高电位电源。所述低电平开关元件281、282连接于所述功率级电路27的输出端271、272与所述低电位电源28之间，用以导通或切断所述低电位电源28向所述功率级电路27的输出端271、272输出的低电位电源信号,进而可控制产生的低电平数字信号的输出。在本实施方式中，所述低电平开关元件为两个，其中一个低电平开关元件281连接于所述功率级电路27的正输出端271与所述低电位电源28之间，另ー个低电平开关元件282连接于所述功率级电路27的负输出端272与所述低电位电源28之间。在实际的应用中，所述低电平开关元件281、282例如为晶体管开关。所述高电平开关元件291、292连接于所述功率级电路27的输出端271、272与所述高电位电源29之间，用以导通或切断所述高电位电源29向所述功率级电路27的输出端271、272输出的高电位电源信号,进而可控制产生的高电平数字信号的输出。在本实施方式中，所述高电平开关元件为两个，其中一个高电平开关元件291连接于所述功率级电路27的正输出端271与所述高电位电源29之间，另ー个高电平开关元件292连接于所述功率级电路27的负输出端272与所述高电位电源29之间。在实际的应用中，所述高电平开关元件291、292例如为晶体管开关。所述地电平开关元件221、222连接于所述功率级电路27的输出端271、272与所述接地端22之间，用以控制所述功率级电路27的输出端271、272是否接地，进而可控制产生的地电平数字信号的输出。在本实施方式中，所述地电平开关兀件为两个，其中ー个地电平开关元件221连接于所述功率级电路27的正输出端271与所述接地端22之间，另ー个地电平开关元件222连接于所述功率级电路27的负输出端272与所述接地端22之间。在实际的应用中，所述地电平开关元件221、222例如为晶体管开关。为进一歩突显本发明的原理及功效，再请參阅图4，暂以与所述功率级电路27具有正输出端271相连接的低电平开关元件281、高电平开关元件291以及地电平开关元件221构成的单边电路为例进行说明，如图所示，当所述地电平开关元件221闭合，所述低电平开关元件281与高电平开关元件291断开时，所述功率级电路27的输出端271通过地电平开关元件221与接地端22接通，输出的电平为地电平，此为第一种电平状态输出；当所述低电平开关元件281闭合，所述高电平开关元件291与地电平开关元件221断开时，所述功率级电路27的输出端271通过低电平开关元件281与所述低电位电源28接通，则输出的电平为低电平(或称为中间电平)，此为第二种电平状态输出；当所述高电平开关元件291闭合，所述低电平开关元件281与地电平开关元件221断开时，所述功率级电路27的输出端271通过高电平开关元件291与高电位电源29接通，则输出的电平为高电平，此为第三种电平状态输出。在具体的应用过程中，当输出信号幅度较小的时候，所述功率级电路27的输出端271输出主要在第一种电平状态和第二种电平状态之间切換，当输出信号幅度变大时，会出现第三种电平状态。需要特别说明的是，由于低电平开关元件282、高电平开关元件292以及地电平开关元件222构成的单边电路和低电平开关元件281、高电平开关元件291以及地电平开关元件221构成的单边电路完全对称，所以工作机制相同，因而在此不予赘述，特此述明。 综上所述，本发明的三电平D类音频功率放大器可以输出低电平、高电平以及地电平三种状态的电平，相较于现有技术中只能输出两种状态的电平的采用H型桥式输出的结构的D类音频功率放大器而言，本发明的三电平D类音频功率放大器更有利于提高轻负载时的系统效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施方式进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所掲示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种三电平D类音频功率放大器，包括有音频信号输入端、接地端及一扬声器负载，其特征在于，还包括 预放大器，连接于所述音频信号输入端，用于将接收到的模拟音频信号放大后输出； 调制器，连接于所述预放大器的输出端，用于将放大后的模拟音频信号调制为数字信号并输出； 驱动级电路，连接于所述调制器的输出端，用于对接收到所述数字信号进行时序控制，并输出驱动信号； 功率级电路，连接于所述驱动级电路的输出端，用于对接收到所述驱动信号进行放大以驱动所述扬声器负载； 三电平调制电路，连接于所述功率级电路的输出端及扬声器负载，用以产生低电平、高电平以及地电平三种电平输出的数字信号，包括一低电位电源，一高电位电源，连接于所述功率级电路的输出端与所述低电位电源之间的低电平开关元件，连接于所述功率级电路的输出端与所述高电位电源之间的高电平开关元件，以及连接于所述功率级电路的输出端与所述接地端之间的地电平开关元件。
2.根据权利要求I所述的三电平D类音频功率放大器，其特征在于所述功率级电路具有正输出端及负输出端。
3.根据权利要求2所述的三电平D类音频功率放大器，其特征在于所述低电平开关元件为两个，一个连接于所述功率级电路的正输出端与所述低电位电源之间，另ー个连接于所述功率级电路的负输出端与所述低电位电源之间。
4.根据权利要求3所述的三电平D类音频功率放大器，其特征在于所述低电平开关元件为晶体管开关。
5.根据权利要求2所述的三电平D类音频功率放大器，其特征在于所述高电平开关元件为两个，一个连接于所述功率级电路的正输出端与所述高电位电源之间，另ー个连接于所述功率级电路的负输出端与所述高电位电源之间。
6.根据权利要求5所述的三电平D类音频功率放大器，其特征在于所述高电平开关元件为晶体管开关。
7.根据权利要求2所述的三电平D类音频功率放大器，其特征在于所述地电平开关元件为两个，一个连接于所述功率级电路的正输出端与所述接地端之间，另ー个连接于所述功率级电路的负输出端与所述接地端之间。
8.根据权利要求7所述的三电平D类音频功率放大器，其特征在于所述地电平开关元件为晶体管开关。
全文摘要
本发明提供一种三电平D类音频功率放大器，包括有音频信号输入端、接地端及一扬声器负载，其还包括用于将接收到的模拟音频信号放大后输出的预放大器；用于将放大后的模拟音频信号调制为数字信号并输出的调制器；用于对数字信号进行时序控制并输出驱动信号的驱动级电路；用于对驱动信号进行放大以驱动扬声器负载的功率级电路；连接于所述功率级电路的输出端及扬声器负载，以产生三种电平输出的数字信号的三电平调制电路。本发明的三电平D类音频功率放大器可以输出低电平、高电平以及地电平三种状态的电平，进而有利于提高轻负载时的系统效率。
文档编号H03F3/217GK102843110SQ20111016841
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者朱潇挺 申请人:无锡闻德科技有限公司