专利名称：一种并联式大功率开关数模转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开关大功率声频放大器，属高精度数模转换装置。
由于模拟功率放大器具有转换效率低，输出线性精度不高，相移大缺点，所以人们开始制作高性能数字功放。现在的数字功放代表的有80年代输出电压是由多个电压串联开关组成，由于各个串联电压多且不精确，因此具有精度不高，难以集成的缺点。另一款为D型数字功放，同样精度不高，信噪比低缺点。90年代的高压DAC型，最后功率输出管还处于模拟状态，最近的有Δ∑型，即增量调制型，由于调制频率、取样频率、比特位三者之间不成正比关系，动态范围和频响受了影响。
本发明是针对上述缺点，各取所优一款数字功放。首先，作为信号调制用开关频率，是正比于比特位数和取样频率，不作压缩处理，但调制频率将十分高频。本发明是Z位比特位分段处理，最高频率将降到各段频率，如18比特44.1K取样频率，不分段处理时高达11560550.4KHZ(脉冲密度方式)，分三段处理，各段6比特，同一样取样频率，则最高频率为26×44.1K＝2822.2K，可见频率已经降低了4096(212)倍，然后把高比特位(高权位，下同)开关去调制大电流回路开关管如
图1、2中BG1、BG4、低比特位开关去调制小电流回路开关管，如图1、2中BG3、BG6，中比特中比特位开关调制中等电流回路开关管，如图1、2中BG2、BG5、即各比特位权开关分别调制相应电流回路，然后通过节点如图1的A点进行电流合成，或通过如图2的B、C、D节点进行在扬声器音圈内进行力的矢量合成，或在变压器内各回路线圈磁通合成再输出电压(不再举例)这样既不压缩取样频率和动态范围，又让功率管处于开关状态，只要增加多一对管，分别增加M位。实际设计时是按如下公式设计的，总比特(总和公式)m＝M，N区数Z=Σi=1NMi,]]>大功率开关回路电阻Ri+1＝Ri/(2m+1)，式中m为序号I区的m，Ri为本区回路电阻，具体包括扬声器电阻，开关功率管饱和电阻，串联电阻和线路电阻，Ri+1为上位区(高一区)回路总电阻。各串联电阻主要用于调节符合要求的电流值，如图1中，Ri为BG3、R3、L1、扬声器回路电阻，Ri+1为BG2、R2、L1、扬声器回路电阻，A点上下呈对称状态。同一扬声器内同一直径线圈匝数φ和总路叫电阻R，电压U，关系为(比例式)Ui+1Ri+1φi+1=UiRiφi(2m+1),]]>式中i+1是i的上一区位(高一区位)，若两个线圈匝数一定，则线圈电阻并定下来，并知道电源电压，则可求出在路总电阻。然后用串联电阻办法细调比特精度，因此总位18比特，每区6位开关功率放大器仅需调节3种阻值电阻。安装电阻时要注意功率大小，各功率管由于电流不同耗散功率也不同，另外用场效应管做开关管比双极管开关快，由于本发明数字扬声器音圈仅在于线圈匝数不同，因此可以数字、模拟功放共用，关于变压器内磁通合成，可参考上述设计，最好上下两半波磁路分开，便于进行电压波形整形。
各段调制开关脉冲有三种方法，有脉冲个数，脉冲占空比，或一定占空比脉冲密度，分别正比各位比特，如22比特有4个脉冲或占4个宽度占空比，26比特有64个脉冲或占64个宽度占空比，由于本电路将信号分成上下半波脉冲，已表示占用了(减少了)一位比特，同时在上下半波转换期间应注意有少量延时时间进行连接。
因此从整个电路转换来看，本电路是时分多(电)位节点(或矢量、或磁通)并联式开关功放，基于本发明，同理亦可处理SACD(超级CD)信号，让SACD信号在一定级位时去开关上一位电流回路，达到精确输出的目的。
在完成上述处理基础上，本电路在有高比特信号到来时，输出一相应电平去电源采样电路，让电源在大动态到来时，电源电压将下降时止跌，普通电源调整顺序为大动态信号到、电源电容储能降低、取样检测到电压降低、反馈经调整管升高电压、维护电容电压不变，本电源调整顺序是大动态信号到、同时去取样检测电路一个电源电压将降低信号、功率管电压开始升高、电源电容电压将不变。
要注意调整不能过量，否则将产生自激，这叫同步电源技术。
为了让功率管在开关截止时起到阻尼作用，增设了一阻尼回路，设全部功率开关管截止时，阻尼回路得到一负(或正)脉冲，图1中BG7，图2中BG7、BG8、BG9导通，和各串联电阻R7(图1、图2)，R8(图2)R9(图2)，使扬声器处于减振状态。通过调整电阻R7至R8，可以调整减振大小，这是本发明特点。
图1中R8、C1、C2、L1、C3，图2中，C13、R10、C1、L1、C2，C14、R11、C3、L2、C4，C15、R12、C5、L3、C6是起滤波作用，主要滤除开关脉冲，因此开关脉冲不同，其参数也将不同，请参阅有关书籍。
本电路中，开关管处于源极(集电极)输出状态，若改为漏极(射极)输出，则加一漏极(射极)输出路。
为了使本发明的数模转换误差更小，采用开关电容网络如图4所示，或由一定数量与门相互串联组成不同延时量分别去滞后开关管关断，达到调节输出电压目的，其中各区位与各区位之有不延迟量，如图所示3为三个区位电路组成图，其余情况类推，图3还加入了其它原因误差较正，如区位码转换误差。本电路适用于图1电路组成，驱动功率管电路有一般书籍介绍，这里不再画出。图4开关实际应用时，应为电子开关。
本电路亦可作为一般数模转换用途，要注意输出要有一定值电阻。
本电路实际应用中可混合应用。
权利要求
1.由数字调制的开关电路、功率开关管和电源电路组成的一种并联式大功率开关数模转换装置，其特征在于由多比特Z位组成脉冲位流分成N个区，每区M位的比特大小与之一一对应的脉冲密度大小或者脉冲的占空比大小或者一定占空比的脉冲的频率大小这三种方式所产生的正半波和负半波开关信号分别去调制BG1至BG6各功率开关管，然后在单节点并联进行电流合成，或分节点后在扬声器内矢量合成，或通过变压器各个回路进行磁通合成再输出电压。在送入扬声器前通过阻容滤波。在完成上述处理同时输出一相应幅度信号去电源采样电路，使电源在大动态下，电压在下降前止降。无脉冲位值信号时输出一负(或正)电平经开关管阻尼管有信号位值脉冲则输出一零电平去开关阻尼管。
2.根据权利要求1所述的一种并联式大功率开关数模转换装置，其Z、N、M关系为Z=Σi=1NMi.]]>
3.根据权利要求1所述的一种并联式大功率开关数模转换装置，其特征在于本区功率开关管回路总电阻Ri与高一位区(高一权区)功率开关管回路电阻Ri+1＝Ri/(2m+1)关系。
4.根据权利要求1所述的一种关联式大功率开关数模换装置，其特征在于本区功率开关管回路电阻Ri，电压Ui，相同直径音圈匝数φi，与高一位区功率开关管回路电阻Ri+1，电压Ui+1，相同直径音圈匝数φi+1关系为Ui+1Ri+1φi+1=UiRiφi(2m+1)]]>
5.根据权利要求1所述的一种并联式大功率开关数模转换装置，其特征在于各开关管分别和其串联电阻组成数字开关静态阻尼电路。
6.根据权利要求1所述的一种并联式大功率开关数模转换装置，其特征在于开关位值信号和电源取样电路共同组成数字式同步电源。
7.根据权利要求4所述的一种并联式大功率开关数模转换装置，其特征在于模拟波可共用式数字扬声器。
8.根据权利要求1所述的一种并联式大功率开关数模转装置，其误差较正由各区位“相与”组成不同延迟线使开关滞后关断，进行各种情况较正。
全文摘要
本发明提出一种分辨率可达24比特的数字功放后级，数模转换部分采用精确可算的时分多位并联式，电源部分采用同步响应式电源，并采用静态可调式高阻尼电路，充分利用了数字处理优点，并提供了基于本文的数字扬声器制作算法。
文档编号H03M1/66GK1455514SQ03108120
公开日2003年11月12日 申请日期2003年3月20日 优先权日2002年3月20日
发明者梁晓 申请人:梁晓