电流反馈自激振荡音频数字功率放大器的制作方法

本实用新型涉及数字功率放大器，尤其涉及一种电流反馈自激振荡音频数字功率放大器。

背景技术：

传统d类数字功放，当前市面大多数产品所用原理，一般使用lc前电压反馈，产生误差信号与三角波比较，得到pwm信号驱动开关管，然后lc滤波输出。这种电路并不直接控制输出电压，而且环路难以调得很快，音质差于模拟功放。

ir公司集成芯片原理，使用lc前电压反馈，自激产生pwm信号驱动开关管，性能基本与传统d类数字功放相同。

国外一款功放所用专利电路：发明者brunoputzeys，公司hypex，专利号101814899，采用输出电压反馈，利用lc振荡特性加上相位控制，使得在工作频率自激，同时实现极高速的控制特性，性能高于传统电路十倍以上，音质极高。

两款国外公司申请的专利cn101517891a和cn101395793a都是同时从lc前和lc后获取反馈信号，经过复杂的组合自激产生pwm信号，性能与专利号101814899公开的一款功放电路的性能相当。

专利文件cn1471758a公开的一款功放电路，输出电感电流反馈自激方式，稳定性和动态性能可以很高，但是输出阻抗比上述公开的功放电路的输出阻抗高了一个数量级，高频性能并不好，这使得对喇叭的控制力不足。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型公开一种电流反馈自激振荡音频数字功率放大器，其具体技术方向如下。

本实用新型的电流反馈自激振荡音频数字功率放大器，包括：电压外环电路、电流内环电路、mos驱动电路、lc电路和输出电压电流组合反馈电路，所述输出电压电流组合反馈电路输出高频电感电流和输出电压组合后高通反馈至电流内环电路；所述电压外环电路输入端接入输入电压vin，输出端输出控制电压vm至电流内环电路的输入端；所述电流内环电路的输出端连接至mos驱动电路的输入端；所述mos驱动电路的输出端接lc电路的输入端，lc电路的输出端输出电压反馈至电压外环电路。

进一步的，所述电压外环电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、运算放大器u1、电容c1和电容c2；电阻r3的一端接入输入电压vin，另一端接入运算放大器u1的反相输入端；电阻r1的一端和电阻r2的一端连接后与电阻r3的另一端连接，电阻r1的另一端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端与电阻r2的另一端连接；电容c2的一端接电阻r3和电阻r2间节点，另一端与运算放大器u1的输出端连接；运算放大器u1的同相输入端接地。

进一步的，所述电流内环电路包括电阻r5、电阻r6和比较器u2；所述电阻r5的一端接所述电容c2与所述运算放大器u1输出端的间节点，另一端与电阻r6的一端相连接后接入比较器u2的同相输入端；电阻r6的另一端与比较器u2的输出端连接。

进一步的，所述mos驱动电路的输入端接所述电阻r6另一端与比较器u2的输出端间节点，输出端通过功率开关电路与lc电路的输入端连接。

进一步的，所述lc后端反馈电路包括输出电感l1、输出电容c3和负载元件rl；所述输出电感l1的一端接mos驱动电路的输出端，另一端与输出电容c3的一端和负载元件rl的一端共同连接在同一节点，所述同一节点接入电容c1的另一端与电阻r2的另一端间节点；负载元件rl另一端和输出电容c3的另一端连接后接地。

进一步的，所述输出电压电流组合反馈电路包括电阻r4、电阻r8、电容c4、电容c5和电容c6；所述电阻r4和电容c4串联后与输出电感l1并联连接；所述电容c5的一端连接在电阻r4和电容c4间节点，另一端与电容c6的一端连接；电阻r8的一端与所述比较器u2的反相输入端连接后接入电容c5和电容c6间节点，另一端与电容c6的另一端连接。

有益效果：

本实用新型的电流反馈自激振荡音频数字功率放大器电路结构简单，具有高动态响应、低输出阻抗和高电源抑制比的优点。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理示意图；

图2为本实用新型的电路的阶跃响应波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的电流反馈自激振荡音频数字功率放大器，包括：电压外环电路、电流内环电路、mos驱动电路、lc电路和输出电压电流组合反馈电路，所述输出电压电流组合反馈电路输出高频电感电流和输出电压组合后高通反馈至电流内环电路；所述电压外环电路输入端接入输入电压vin，输出端输出控制电压vm至电流内环电路的输入端；所述电流内环电路的输出端连接至mos驱动电路的输入端；所述mos驱动电路的输出端接lc电路的输入端，lc电路的输出端输出电压反馈至电压外环电路。

所述电压外环电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、运算放大器u1、电容c1和电容c2；电阻r3的一端接入输入电压vin，另一端接入运算放大器u1的反相输入端；电阻r1的一端和电阻r2的一端连接后与电阻r3的另一端连接，电阻r1的另一端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端与电阻r2的另一端连接；电容c2的一端接电阻r3和电阻r2间节点，另一端与运算放大器u1的输出端连接；运算放大器u1的同相输入端接地。

所述电流内环电路包括电阻r5、电阻r6和比较器u2；所述电阻r5的一端接所述电容c2与所述运算放大器u1输出端的间节点，另一端与电阻r6的一端相连接后接入比较器u2的同相输入端；电阻r6的另一端与比较器u2的输出端连接。

所述mos驱动电路的输入端接所述电阻r6另一端与比较器u2的输出端间节点，输出端通过功率开关电路与lc电路的输入端连接。

所述lc后端反馈电路包括输出电感l1、输出电容c3和负载元件rl；所述输出电感l1的一端接mos驱动电路的输出端，另一端与输出电容c3的一端和负载元件rl的一端共同连接在同一节点，所述同一节点接入电容c1的另一端与电阻r2的另一端间节点；负载元件rl另一端和输出电容c3的另一端连接后接地。

所述输出电压电流组合反馈电路包括电阻r4、电阻r8、电容c4、电容c5和电容c6；所述电阻r4和电容c4串联后与输出电感l1并联连接；所述电容c5的一端连接在电阻r4和电容c4间节点，另一端与电容c6的一端连接；电阻r8的一端与所述比较器u2的反相输入端连接后接入电容c5和电容c6间节点，另一端与电容c6的另一端连接。

具体的，本实用新型的电流反馈自激振荡音频数字功率放大器的关键点在于电流内环电路使用近似的输出电感电流加上输出电压合成作为控制量，表现在以下两个方面：

动态特性：电流内环电路使用滞环比较器利用电感电流的波动形成自激振荡，把lc电路不容易控制的特性改造成电流源加电容的积分特性，使得电压外环电路可以用非常高的环路控制速度，稳定性和频响带宽都可以达到极高性能；如图2所示，电路在400khz工作频率上，v(aim)为输入信号经放大器放大后得到理想输出波形，v(out)为输出电压，i(l1)为输出电感电流，输出比较平滑没有超调的情况下，响应延迟时间只有6us，体现电路频响上有非常高的带宽。

输出阻抗:使用输出电容电压的高通部分反馈到电流内环电路，使得电流内环直接对输出电压的波动进行调整，使得比纯粹用输出电感电流的电路输出阻抗低一到两个数量级。

电压外环电路输出控制电压vm至电流内环电路；输出电压电流组合反馈电路采样lc电路的电感电流和输出电压组合后高通反馈至电流内环电路，通过滞环比较器与所述控制电压vm进行比较，使得电容电流以滞环值范围内围绕控制电压vm左右波动。原本输出lc是二阶特性，谐振点上移相接近180度使得传统环路非常不容易稳定且达不到高动态响应速度。电流内环电路改变了原本的二阶特性，变为一阶特性，最大移相只有90度，所以电压外环电路即使非常快也可以稳定。