一种高效率放大器的制作方法

本实用新型涉及放大器，更具体但是并非排它地涉及一种高效率放大器以及控制其电源的方法。

背景技术：

放大器在模数转换电路和功率集成电路扮演了重要角色，其重要功能之一就是作为音频放大器对音频信号进行放大。而语音或音乐信号的峰值功率和平均功率之比(Peak Average Ratio,PAR)较大，峰值电压远大于平均电压，且其幅度通常服从高斯分布，即大部分时间内音频信号的瞬态电压幅度都远远低于其峰值电压幅度。为了避免发生削波失真，放大器的电源电压必须足够大以能够处理绝大多数音频信号。在此电源电压下，当放大器处理幅度较低的音频信号时，能量就会损耗在输出晶体管上，不仅降低放大器的效率，也带来散热的问题。例如，对于如图1所示的放大器100，当电源电压VCC为5V，输出信号VO为1V时，输出晶体管Q1上的电压降会达到4V，即80％的电源电压会被晶体管P1损耗，而非用于在扬声器SPK上产生有用功率。考虑到放大器其他组件的损耗，此时，放大器瞬态效率小于20％。实验证明，当输入信号的PAR为15dB时，其平均效率不到20％。如何提高放大器的效率，是本领域技术人员面临的难题。

技术实现要素：

考虑到现有技术中的一个或多个问题，提供了一种高效率放大器，包括：功率放大器，具有第一输入端、第二输入端、输出端、第一电源端和第二电源端，其第一电源端接收正电源，其第二电源端接收负电源，其输出端提供驱动信号；电源提供装置，具有采样端、提供正电源的第一输出端和提供负电源的第二输出端，其第一输出端耦接至所述功率放大器第一电源端，其第二输出端耦接至所述功率放大器第二电源端。

本实用新型提供的放大器的正电源负电源可以随着输出信号而变化，减小了输出晶体管的功率损耗，从而提高该放大器的效率。

附图说明

下面将参考附图详细说明本实用新型的具体实施方式，其中相同的附图标记表示相同的部件或特征。

图1示出现有的放大器100的电路示意图；

图2示出根据本实用新型一个实施例的高效率放大器200的电路示意图；

图3示出根据本实用新型一个实施例的电源提供装置202电路示意图；

图4示出根据本实用新型一个实施例的高效率放大器200工作波形示意图。

具体实施方式

在下文的特定实施例代表本实用新型的示例性实施例，并且本质上仅为示例说明而非限制。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：这些特定细节对于本实用新型而言不是必需的。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在说明书中，提及“一个实施例”或者“实施例”意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。术语“在一个实施例中”在说明书中各个位置出现并不全部涉及相同的实施例，也不是相互排除其他实施例或者可变实施例。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。当称“元件”“接收”某一信号时，可以使直接接收，也可以通过开关、电阻、电平位移器、信号处理单元等接收。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图2示出根据本实用新型一个实施例的高效率放大器200的电路示意图，包括功率放大器201和电源提供装置202。

功率放大器201可以将包含非零直流分量的输入信号VIN转化为直流分量为零(以地电势为静态工作点)的驱动信号VDRV以驱动发生设备SPK。根据本实用新型一个实施例，功率放大器201具有接收正电源VSP的第一电源端，接收负电源VSN的第二电源端，接收输入信号VIN的第一输入端和第二输入端，提供驱动信号VDRV的输出端，包括第一放大器2011和第一至第四电阻R1～R4。第一放大器 2011具有第一输入端、第二输入端和输出端。第一电阻R1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至功率放大器201的第一输入端IN1，其第二端耦接至第一放大器2011第一输入端。第二电阻R2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至功率放大器201的第二输入端IN2，其第二端耦接至第一放大器2011第二输入端。第三电阻R3，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第一放大器2011第一输入端，其第二端耦接至接地端GND。第四电阻R4，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第一放大器2011第二输入端，其第二端耦接至第一放大器 2011输出端OUT，其中第一电阻R1阻值与第三电阻R3阻值之比等于第二电阻R2阻值与第四电阻R4阻值之比。在一个实施例中，第一电阻R1等于第二电阻R2，第三电阻R3等于第四电阻R4。在一个特别的实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻 R4阻值相等。

电源提供装置202具有采样端、提供正电源VSP的第一输出端SP和提供负电源VSN的第二输出端SN，其采样端耦接至功率放大器201输出端以收驱动信号VDRV，其第一输出端耦接至功率放大器201第一电源端，其第二输出端耦接至功率放大器202第二电源端。图3示出根据本实用新型一个实施例的电源提供装置202的电路示意图，包括第一开关S1、第二开关S2，第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2 和控制电路2021。第一开关S1，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至输入电源VCC，其第二端耦接至第一开关端SWP。第二开关S2，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至输入电源 VCC，其第二端耦接至第二开关端SWN。第一二极管D1，具有阴极和阳极，其阳极耦接至接地端，其阴极耦接至第一开关端SWP。第二二极管D2，具有阴极和阳极，其阴极耦接至接地端GND，其阳极耦接至第二开关端SWN。第一电感L1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第一开关端SWP，其第二端耦接至第一输出端SP。第二电感L2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二开关端SWN，其第二端耦接至第二输出端SN。第一电容C1，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第一输出端SP，其第二端接地。第二电容C2，具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二输出端SN，其第二端接地。第一开关S1、第一二极管D1、第一电感L1和第一电容C1组成正电源提供电路以提供正电源VSP；第二开关S2、第二二极管D2、第二电感L2和第二电容C2组成负电源提供电路以提供负电源VSN。控制电路2021具有采用采样端、第一输出端和第二输出端，基于驱动信号VDRV提供第一控制信号CP和第二控制信号CN分别用以控制正电源提供电路和负电源提供电路。在一个实施例中，改变第一控制信号CP和第二控制信号CN的占空比即可改变正电源VSP或者负电源 VSN的数值。在一个实施例中，第一开关S1和第二开关S2为PMOS 晶体管，第一二极管D1和第二二极管D2为肖特基二极管。在一个实施例中，采用NMOS晶体管代替第一二极管D1和第二二极管D2。

图4示出根据本实用新型一个实施例的高效率放大器200工作波形示意图。所述正电源VSP和所述负电源VSN随驱动信号VDRV呈包络状变化。根据本实用新型一个实施例，所述正电源具有最小正电压VSP1，所述负电源具有最小负电压VSN1。

在本公开内容中所使用的量词“一个”、“一种”等不排除复数。文中的“第一”、“第二”等仅表示在实施例的描述中出现的先后顺序，以便于区分类似部件。“第一”、“第二”在权利要求书中的出现仅为了便于对权利要求的快速理解而不是为了对其进行限制。权利要求书中的任何附图标记都不应解释为对范围的限制。