一种d类放大器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子领域，更具体地说，涉及一种D类放大器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]D类放大器常用作于驱动音频装置中的扩音器的功率放大器，其性能的好坏直接影响扩音器的音效，如图1所示为现有技术的D类放大器的一种实现电路图，其包括:误差积分器，如图1中的OPA和积分电容Cint组成的误差积分器，用于对输入信号和从D类放大器输出的反馈信号的差值进行积分，反馈信号通过电阻Rfb反馈获得；PWM调制，如图1中的比较电路com，用于生成具有与从误差积分器输出的积分值信号的电平相对应的脉冲宽度的脉冲；功率放大，如图1中的PWR电路用于根据上述脉冲信号调制输出功率的大小；低通滤波，在图1中没有示出，对功率放大部分的输出信号进行滤波处理。
[0003]其中，在现有技术的误差积分部分，通常有一个积分电容并联在误差放大器的两端，如图1中的积分电容Cint，积分电容容值的稳定值对误差积分器的性能产生较大影响，现有技术的积分电容通常有两种实现方式:
[0004]I)利用金属(Metal)电容，通常metal电容容值稳定，可使得放大器的线性度高，但额外增加的电容会导致芯片整体面积大，并且在器件工艺上，会增加掩膜的次数，生成成本上升很多。
[0005]2)采用MOS电容，这是目前比较常用的一种方式，即利用晶体管的MOS电容作为积分电容，MOS电容往往显出较强的电压控制特性，如图2所示的NMOS电容的容值曲线图，其栅源间的电容随着栅源电压的变化而不同，如图2所示成凹谷状，当栅极为负电压的时候，MOS电容工作在积累区，当栅极为大于阈值电压的时候，MOS电容会工作在强反型区，一般来说，工作在积累区的情况下，MOS电容的容值很不稳定，工作在强反型区的情况下容值会比较稳定。这种方式相对于金属电容来说，不需要增加掩膜层数，但由于MOS电容的容值极易随着栅极电压的变化而变化，导致放大器线性度会变得很差，并且变化的容值使得误差积分器的谐波失真功能下降，有时甚至会使放大器振荡不稳定。
[0006]在上述MOS电容的基础上，现有研发人员提出采用两个并联的MOS功率器件来形成MOS电容，如图3所示，一个电容工作在积累区，另外一个工作在反型区，这种方式可以增加MOS电容的稳定性，但其总体面积至少增加两倍，而且在亚阈值电压区域电容值仍会减小，导致放大器线性度差和不稳定性。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明提出了一种D类放大器，通过控制误差放大器输出合适的偏置电压信号，使得积分晶体管的栅源电压差值始终在其阈值电压之上，保证积分晶体管的MOS电容能够一直工作在强反型区，MOS电容的容值稳定，从而放大器的线性度好，稳定性高。
[0008]依据本发明的一种D类放大器，所述D类放大器包括有误差积分器、PWM控制电路，功率放大电路，所述误差积分器包括第一级误差放大器和第一级上积分晶体管，所述第一级误差放大器的两个输入端接收输入电信号，所述第一级上积分晶体管连接在所述第一级误差放大器的第一输入端和第一输出端之间，其中，所述第一级上积分晶体管的漏极和源极相连接；
[0009]所述第一级误差放大器的共模输出端输出第一偏置电压信号；
[0010]并且，所述第一偏置电压信号与所述输入电信号相差预设的电压值以使得所述第一级上积分晶体管的MOS电容维持稳定。
[0011]优选的，所述第一偏置电压信号与所述输入电信号相差预设的电压值具体为所述第一偏置电压信号与所述输入电信号的电压差值大于等于所述第一级上积分晶体管的导通阈值电压。
[0012]进一步的，所述误差积分器还包括第一级下积分晶体管，所述第一级下积分晶体管与所述第一级上积分晶体管为相同的晶体管，并且，
[0013]所述第一级下积分晶体管连接在所述第一级误差放大器的第二输入端和第二输出端之间，其中，所述第一级下积分晶体管的漏极和源极相连接；
[0014]其中，所述第一级误差放大器的第二输出端与其第一输出端输出的电压信号相等。
[0015]优选的，所述第一级上积分晶体管的MOS电容和第一级下积分晶体管的MOS电容作为所述误差积分器的积分电容。
[0016]进一步的，所述误差积分器还包括第二级误差放大器和第二级上积分晶体管，所述第二级误差放大器的两个输入端分别通过中间电阻连接至所述第一级误差放大器的第一输出端和第二输出端；
[0017]所述第二级上积分晶体管连接在所述第二级误差放大器的第一输入端和第一输出端之间，其中，所述第二级上积分晶体管的漏极和源极相连接；
[0018]所述第二级误差放大器的共模输出端输出第二偏置电压信号；
[0019]其中，所述第一偏置电压信号与第二偏置电压信号相差预设的电压值以使得所述第二级上积分晶体管的MOS电容维持稳定。
[0020]优选的，所述第一偏置电压信号与第二偏置电压信号相差预设的电压值具体为所述第一偏置电压信号与所述第二偏置信号的电压差值大于等于所述第二级上积分晶体管的导通阈值电压。
[0021]进一步的，所述误差积分器还包括第二级下积分晶体管，所述第二级下积分晶体管与所述第二级上积分晶体管为相同的晶体管，并且，
[0022]所述第二级下积分晶体管连接在所述第二级误差放大器的第二输入端和第二输出端之间，其中，所述第二级下积分晶体管的漏极和源极相连接；
[0023]所述第二级误差放大器的第二输出端与其第一输出端输出的电压信号相等。
[0024]优选的，所述第二级上积分晶体管的MOS电容和第二级下积分晶体管的MOS电容作为所述误差积分器的积分电容。
[0025]依据本发明的一种D类放大器的控制方法，所述D类放大器包括有误差积分器、PWM控制电路，功率放大电路，利用积分晶体管的MOS电容作为所述误差积分器的积分电容，控制所述积分晶体管的栅源电压差值，以使在工作过程中，所述积分晶体管的栅源电压差值稳定在晶体管的阈值电压之上，从而使得所述积分晶体管的MOS电容的容值一直维持稳定。
[0026]由上述可知，本发明的一种D类放大器及其控制方法，通过控制误差放大器的偏置电压信号，并且使得积分晶体管的栅源电压差值相差预定的电压差值，以使得积分晶体管的栅源电压差值维持在阈值电压之上，保证积分晶体管的MOS电容能够始终工作在强反型区，MOS电容的容值稳定，从而放大器的线性度好，环路稳定性高；通过利用积分晶体管的MOS电容作为误差积分器的积分电容，可减少工艺的掩膜层数，节约了成本。
【附图说明】
[0027]图1所示为现有技术的D类放大器的一种实现电路图；
[0028]图2所示为NMOS电容的电容电压曲线图；
[0029]图3所示为两个并联的MOS功率器件形成的MOS电容；
[0030]图4A所示为依据本发明的一阶D类放大器的第一种实现方式电路图；
[0031]图4B所示为依据本发明的一阶D类放大器的第二种实现方式电路图；
[0032]图4C所示为依据本发明的一阶D类放大器的第三种实现方式电路图；
[0033]图4D所示为依据本发明的一阶D类放大器的第四种实现方式电路图；
[0034]图5所示为依据本发明的二阶D类放大器的实现电路图。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
[0036]参考图4所示为依据本发明的一阶D类放大器的第一种实现方式电路图，如图4所示，所述D类放大器主要包括有误差积分器、PWM调制电路、功率放大电路和低通滤波电路，(其中低通滤波电路未示出)，其中各个部分的功能与现有技术中所述的各部分功能是相同的，并且所述PWM调制电路、功率放大电路和低通滤波电路与现有技术的各电路结构相同，在此均不再赘述，所不同的是，在本发明中，所述误差积分器包括有第一级误差放大器OPAl和第一级上积分晶体管Q1，所述第一级误差放大器OPAl的两个输入端接收输入电信号Vin，所述第一级上积分晶体管Ql连接在所