三态d类放大器交越失真解决方案的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及音频信号D类放大器领域，特别是涉及一种针对三态D类放大器交越失真解决的方案。
【背景技术】
[0002]D类放大器的输出级开关管工作在完全开通或完全关闭状态，减小了开关管上的功率消耗，相比于A / B类放大器等线性放大器大大提高了效率。D类放大器进一步改进又出现了三态D类放大器。这种放大器的主要特点是输出PWM信号，不再是只具有高和低两种状态的PWM信号，而是具有高、低、空闲三种状态。在实际电路中为了防止输出半桥上下桥臂上的开关管同时导通而带来的损坏，两个开关管交替开通的过程中存在一个死区时间，即在其中一个开关管关断之前为保证两个开关管不同时开通，另一个开关管也不能打开，于是存在一段两个开关管同时关断的时间，这个时间叫做死区时间(Dead Time)。如图1所示，传统D类放大器中，输出信号的大小是高、低两种状态持续时间的差值，高、低两种状态相互转换的死区时间相同，不会导致输出信号出现交越失真。如图2所示，三态D类放大器的输出信号的大小由高或低状态的占空比单独决定，这样就出现了因为死区时间而导致的交越失真问题，如图3所示，该问题表现为输出信号在零点附近的“平台”现象。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:提供一种新的技术方案，以解决三态D类放大器的交越失真问题，同时又不至于带来较大的输出滤波电感的磁芯损耗，改善音频输出音质。
[0004]本发明提供了一种三态D类放大器交越失真解决方案，其特征在于:在全桥三态D类放大器的PWM输出中，根据输入波形的采样转换出的PWM值，同时将正反两个信号输出通道中的PWM值各加上时间长度略大于半桥桥臂上下两个MOS管导通死区时间的值，再通过输出滤波电路后得到的波形不会再存在交越失真问题。
[0005]本发明提供的三态D类放大器交越失真解决方案，利用近似传统D类放大器的PWM输出方式解决交越失真问题，而又不完全像传统D类放大器那样，输出滤波电感存在较大的磁芯损耗。
[0006]这种PWM值输出方式，使每个周期滤波电感两端的压差变化是传统D类放大器的一半，纹波电流变化小于传统D类放大器，使磁芯能在每个PWM周期磁感应强度变化远小于传统D类放大器，使输出滤波电感磁芯工作在磁滞回线包络面积远小于传统D类放大器的范围内，与传统D类放大器相减小了磁芯的损耗。与普通三态D类放大器相比，解决了交越失真的问题，滤波电感磁芯损耗并没有增加太多，只有减去死区时间的那段时间差内增加了磁芯的损耗，而实际上这段时间极短，产生这点损耗可以完全忽略掉。
【附图说明】
[0007]为了更清楚地说明本发明现有技术中的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在附图中:
[0008]图1为传统D类放大器输入PWM波形；
[0009]图2为普通三态D类放大器输出波形与PWM输入的关系；
[0010]图3为普通三态D类放大器输出交越失真波形；
[0011]图4为解决交越失真方案的PWM输入波形；
[0012]图5为解决交越失真后三态D类放大器的输出波形；
[0013]图6为传统D类放大器输出为O时滤波电感磁芯工作的磁滞回线；
[0014]图7为传统D类放大器与三态D类放大器滤波电感纹波电流与输出电压幅值的关系O
【具体实施方式】
[0015]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合本发明实施例附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明实施例的一种，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]本发明提供了一种三态D类放大器交越失真解决方案，其特征在于:在全桥三态D类放大器的PWM输出中，根据输入波形的采样转换出的PWM值，同时将正反两个信号输出通道中的PWM值各加上时间长度略大于半桥桥臂上下两个MOS管导通死区时间的值，再通过输出滤波电路后得到的波形不会再存在交越失真问题。如图4所示，图中的示波器的I通道和3通道分别为数字解码后或者输入模拟信号经过转换后所产生的两路相应PWM信号输出。从图中可以看到当输出通道I占空比较大时，通道3仍然有一个固定的很小的占空比的输出，实际上通道I的PWM输出也比转换后的PWM占空比增加了相同的值，这个很小的占空比就是额外加到这两个通道上的，这样就可以将因后级Driver芯片所产生的两个MOS管导通时间死区值抵消掉。因为不同MOS管的导通关断时间不尽相同，所以Driver芯片输出死区时间是可调的，这样就需要这个额外增加的值要略大于死区时间值，这样可以保证完全去掉死区时间所带来的影响。如图5所示的输出波形与如图3所示的未采用本方案之前的输出波形相比有明显改善。
[0017]这种PWM值输出方式，使每个周期滤波电感两端的压差变化是传统D类放大器的一半，如图7所示三态D类放大器滤波电感的纹波电流变化远小于传统D类放大器，而电流正比于磁场强度，使三态D类放大器的输出电感磁芯在每个PWM周期磁感应强度变化远小于传统D类放大器，使输出滤波电感磁芯工作在磁滞回线包络面积远小于传统D类放大器的范围内，与传统D类放大器相减小了磁芯的损耗。如图6所不传统D类放大器输出电压为OV时的磁感应曲线为图中曲线D，从图7中我们可以看出这时的纹波电流最大，也就是磁场强度变化范围最大，图6所示磁滞回线D所包络的面积最大，此时的静态损耗主要为电感的铁损，而且铁损在输出零点附近最大，效率因此下降。如图7所示，三态D类放大器的电感纹波电流在零点附近很小，而且全范围内都小于传统D类放大器，磁滞损耗大大减小，效率得以提闻。
[0018]综上所述，采用三态D类放大器交越失真解决方案的三态D类放大器与普通三态D类放大器相比，解决了交越失真的问题，而滤波电感磁芯损耗并没有增加太多，只有减去死区时间的那段时间差内增加了磁芯的损耗，而实际上这段时间极短，产生这点损耗可以完全忽略掉。
[0019]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种三态D类放大器交越失真解决方案，其特征在于:在全桥三态D类放大器的PWM输出中，根据输入波形的采样转换出的PWM值，同时将正反两个信号输出通道中的PWM值各加上时间长度略大于半桥桥臂上下两个MOS管导通死区时间的值，再通过输出滤波电路后得到的波形不会再存在交越失真问题。
2.根据权利要求1所述的三态D类放大器交越失真解决方案，其特征在于:利用近似传统D类放大器的PWM输出方式解决交越失真问题，而又不完全像传统D类放大器那样，输出滤波电感存在较大的磁芯损耗。
3.根据权利要求2所述的三态D类放大器交越失真解决方案，其特征在于:这种PWM值输出方式，使每个周期滤波电感两端的压差变化是传统D类放大器的一半，纹波电流变化变为传统D类的一半，使磁芯能在每个PWM周期磁感应强度变化减为传统D类放大器的一半左右，使输出滤波电感磁芯工作在磁滞回线包络面积远小于传统D类放大器的范围内，与传统D类放大器相减小了磁芯的损耗。与普通三态D类放大器相比，解决了交越失真的问题，滤波电感磁芯损耗并没有增加太多，只有减去死区时间的那段时间差内增加了磁芯的损耗，而实际上这段时间极短，产生这点损耗可以完全忽略掉。
【专利摘要】本发明公开了一种三态D类放大器交越失真解决方案。该发明所述的交越失真解决方案包括：如摘要附图所示，在全桥三态D类放大器的PWM输出中，根据输入波形的采样转换出的PWM值，同时将正反两个信号输出通道中的PWM值各加上时间长度略大于半桥桥臂上下两个MOS管导通死区时间的值，再通过输出滤波电路后得到的波形不会再存在交越失真问题。利用近似传统D类放大器的PWM输出方式解决交越失真问题，电感中电流在每个PWM周期的变化较小，使磁芯工作的磁滞回线所包络的面积较传统D类功放小很多，不会像传统D类放大器那样，输出滤波电感存在较大的磁芯损耗。
【IPC分类】H03F3-21, H03F1-32
【公开号】CN104660181
【申请号】CN201310601812
【发明人】不公告发明人
【申请人】青岛鼎信通讯股份有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月26日