脉冲宽度调制音频功率放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及大功率数字功放领域，特别是设及一种脉冲宽度调制音频功率放 大器。
【背景技术】
[0002] 功率音频信号放大器是最重要的模拟电子器件之一，它可把低功率的音频信号放 大为高功率信号。音频功放从放大原理上分为两大阵容；传统的模拟电路功放和近几年出 现的数字电路功放。模拟电路功放包括了A类、B类、AB类型的音频信号放大器，它们W音 质甜美和技术成熟的特点在音频领域内数十年里独领风骚。
[0003] 但此类功率放大器最致命的缺点就是电源转换效率低。因为信号输出的能量由电 源提供，所W两者之间存在转换效率问题。A类放大器的理论转换效率是25%。例如电源 提供100W能量，仅有25W能够转换为有用信号，其它能量则转换为热能或无用信号（亦称 干扰信号）。A类转换方式导致电源利用效率低、设备复杂、体积大、能耗严重等弊病，而且 实际使用的A类功率放大器的效率仅在百分之十几。B类、AB类型的音频信号放大器的理 论效率分别是50%和78. 5%，实际使用只在40%和60%W下。
[0004] 因此，提高现行功率音频放大器的效率是音频领域最重要的生存空间，随着A类、 B类、AB类型的音频信号放大器生存空间的逐渐萎缩，近年来国外研究机构开始投巨资研 发D类放大器，并占据了中国几乎全部的数字功放市场。
[0005] 由于国内市场此类产品目前还基本停留在概念阶段，国内厂商很少有能力单独研 发生产，部分厂商也只是照搬了国外的传统D类设计方案。
[0006] D类音频放大器即脉冲式开关量放大器，具有超过90%的电源能量转换效率，符 合市场对绿色能源需求，造成近几年快速的发展。而且因为高效，D类放大器体积可W做得 很小，可W减小散热器的体积甚至不用散热器，顺应了设备轻薄小的发展趋势。
[0007] D类放大器依靠其优势，正在迅速占领原来传统A类和AB类放大器的市场。该就 是目前中国模拟电路设计企业所面临的困局；在高端领域无法与国际大厂竞争，在低端市 场由于数字化技术的发展和国外厂商向低端侵袭而难W为继。
[000引另外，时至今日，国际流行的A类、B类、AB类W及D类音频功率放大器，采用的都 是将电源及放大器独立设计的方式，或者说功放、电源电路是按照各自给定的参数进行设 计的两个独立子系统。由于整个系统的效率和各子系统效率之间是倍乘的关系。比如，设电 源转换效率n1 = 90 %，功率放大器的转换效率n2 = 80%，看起来两者效率比较高。但 整机效率n=nixn2只有72%。若考虑到功放、电源电路之间的禪合，整机效率还会更 低。现在市面上标榜的一体化机，也仅仅是将功放、电源电路做在一块电路板上而已，其各 自仍然是独立的部分。
[0009] 因此亟需提供一种新型的真正地将功放、电源一体化设计且功放效率高的音频功 率放大器来解决上述问题。 【实用新型内容】
[0010] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种脉冲宽度调制音频功率放大器，能够 实现信号放大、驱动、功放输出W及供电电源真正意义上的一体化。
[0011] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是；提供一种脉冲宽度调 制音频功率放大器，包括依次相连的线性隔离模块、PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压 功率桥、己特沃斯滤波器，音频信号输入端连接线性隔离模块输入端，己特沃斯滤波器输出 端连接音频功率放大器的负载，音频功率放大器的供电电源分别经过桥式整流电路、LPF、 双闭环APFC电路后送至PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、己特沃斯滤波器， PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥及己特沃斯滤波器构成D类桥式功放放大器 拓扑结构。
[0012] 在本实用新型一个较佳实施例中，所述线性隔离模块包括线性光电隔离集成电 路、精密隔离放大器集成电路。
[0013] 线性光电隔离集成电路由依次相连的输入差分电路、偏置电路、输出跟随器组成， 偏置电路由两个光禪电路并联组成，输入差分电路构成积分器，其输出端并联第一光禪电 路、第二光禪电路，两个光禪电路的输出端并联连接输出跟随器的正输入端。线性光电隔离 集成电路采用双通道光禪工作方式，在实现线性传输的同时，对高低压供电电源进行了隔 离，且增宽了电路的线性输出范围。
[0014] 精密隔离放大器集成电路由隔离放大器、高增益放大器组成，隔离放大器采用片 内变压器禪合方式隔离，片内变压器输出端连接高增益放大器。精密隔离放大器集成电路 对信号的输入和输出进行电气隔离。
[0015] 在本实用新型一个较佳实施例中，PWM放大调制厚膜由基准电压产生电路、S角波 振荡器、间歇期调整电路、误差放大器、PWM比较器W及FET输出驱动电路组成，间歇期调整 电路由触发器、锁存器及欠压锁定电路组成，误差放大器的负输入端连接信号输入端、正输 入端连接基准电压产生电路、输出端连接PWM比较器的负输入端，=角波振荡器的输出端 分别连接PWM比较器的正输入端、触发器的输入端，PWM比较器的输出端连接锁存器，间歇 期调整电路连接FET输出驱动电路。PWM放大调制厚膜用于PWM信号的产生与调制。
[0016] 在本实用新型一个较佳实施例中，悬浮驱动模块对PWM放大调制厚膜调制后的 PWM信号采用悬浮驱动方式。
[0017] 在本实用新型一个较佳实施例中，高压功率桥采用全桥或者半桥式功率输出拓 扑方式，桥式电路的每臂上采用大功率金属氧化物半导体场效应晶体管或IGBT管做功率 输出器件。全桥式功率输出拓扑方式简称H输出方式，H方式浮动输出载波峰-峰值可达 2VCC，充分利用了电源电压，有效提高了输出效率。
[0018] 在本实用新型一个较佳实施例中，己特沃斯滤波器为二阶或四阶低通滤波器。由 于高压功率桥的H输出方式中含有高频成分，因此在接负载时需要进行低通滤波。
[0019] 在本实用新型一个较佳实施例中，双闭环APFC电路采用电流环与电压环双回路 闭环控制电路，使电源电流主动跟踪电源输入电压并及时自动调整，保持两者之间的相位 同步，电源转换效率接近100%。
[0020] 在本实用新型一个较佳实施例中，所述脉冲宽度调制音频功率放大器采用供电电 源自适应方式，适应任何电压值的工频电压。将市电高压直接供给音频功放，取消了现行功 放赖w工作的工频变压器和大功率开关电源变压器，同时也就减少了各种变压器带来的能 量损耗及干扰，提高了电源利用率。
[002U 本实用新型的有益效果是；本实用新型将电源、PWM功放、APFC技术和DSP技术融 为一体，功放电路、调制电路和电源电路之间无界限，取消了市电与功放电路的降压低频隔 离方案，在功放后级采用悬浮驱动技术，在前置放大级则采用光隔离器，极大地提高了功放 的效率及电源利用效率，减小了放大器各个部分由于相互禪合带来的各种噪声干扰，使设 备的Effl得到极大的改善，真正实现了信号放大、驱动、功放输出化及供电电源的一体化。
【附图说明】
[0022] 图1是本实用新型脉冲宽度调制音频功率放大器一较佳实施例的结构框图；
[0023] 图2是所述双闭环APFC电路的电路原理图；
[0024] 图3是所述线性光电隔离集成电路的电路原理图；
[0025] 图4是所述精密隔离放大器集成电路的电路原理图；
[0026] 图5是所述D类桥式功放放大器拓扑结构框图；
[0027] 图6是所述PWM放大调制厚膜的电路原理图；
[002引图7是所述高压功率桥及己特沃斯滤波器的电路原理图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，W使本实用新型的优点 和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确 的界定。
[0030] 请参阅图1，本实用新型实施例包括：
[0031] 一种脉冲宽度调制音频功率放大器，包括依次相连的线性隔离模块、PWM(Pulse Wi化hMo化lation，脉冲宽度调制）放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、己特沃斯滤 波器，音频信号输入端连接线性隔离模块输入端，己特沃斯滤波器输出端连接音频功率放 大器的负载，音频功率放大器的供电电源分别经过桥式整流电路、LPF(LowPassFilter, 低通滤波器）、双闭环APFC电路后送至PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、己特 沃斯滤波器，PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥及己特沃斯滤波器构成D类桥 式功放放大器拓扑结构。
[0032] 所述脉冲宽度调制音频功率放大器采用供电电源自适应方式，适应任何电压值的 工频电压。电源输入端采用小功率开关电源集成电路，将市电高压直接供给音频功放，取消 了现行功放赖W工作的工频变压器和大功率开关电源变压器，同时也就减少了各种变压器 带来的能量损耗及干扰，提高了电源利用率。
[0033] 由于本实用新型设计在直流电源供给部分取消了流行的脉冲式开关电源W及经 典的变压器整流电源，同时取消了现有技术中的低压供电设计音频功率放大器的模式，将 市电高压直接供给音频功放，在取消了脉冲式开关电源W及变压器整流电源所必需的高 频、低频变压器后，交流-直流变换电路即本实用新型中的整流器仅由非线性不控二极管 或娃整流元件构成，其工作方式将导致输入电流高频谐波分量极高，对电网的污染严重， 并使交流网侧电压产生崎变，影响其它电器正常工作，因此本实用新型对电源的设计部分 采用了有源功率因数校正技术APFC(ActivePFC)。电源经过整流器的交流-直流变换、LPF(低通滤波器）的滤波后送至双闭环APFC电路。
[0034] 请参阅图2,输入电压经过EMI滤波器滤波后送至整流器，整流器为单相桥式，主 电路采用DC/DC变换电路，控制电路含电压误差放大器、电流误差放大器、模拟乘法器和固 定频率的PWM控制器。内环（电流输入经PWM控制器到S及电感L)为电流环，完成对Boost 电感电流IL的采样，并采用单周期控制模式控制PWM信号的占空比。外环（输入电压采样 到乘法器、输出电压采用经比较器到乘法器）为电压环，完成输入电压与输出电压的采样。 由于整个电路采