Ｄ类音频放大器及其输出非线性改善方法技术

本发明专利技术涉及一种用以改进由死区时间导致的输出非线性的Ｄ类音频放大器架构。本发明专利技术在正负电源之间引入了一个零电平开关电路，使得供电电源的电流保持固定方向，不仅避免了逆充电效应，而且使得死区时间导致的脉宽非连续性发生在输入为零电压时，通过测量死区时间以及相应调节输出脉冲宽度，消除死区时间导致的输出误差，从而补偿了死区时间导致的非线性，大大改进了Ｄ类音频放大器的输出性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及音频放大器领域，特别是关于一种改进由死区时间导致的输出非线性 的D类音频放大器结构及其输出非线性改善方法。
技术介绍
由于人耳对音频信号的非线性非常敏感，在音频放大器设计中，输出线性是一个 重要考量，通常高质量的音频放大器都要求有IOOdB以上的线性度。目前的音频放大器的 种类通常包括A类放大器、B类放大器、AB类放大器以及D类放大器等。现有的各种音频放 大器中，D类音频放大器虽然在输出效率上有明显优势，但是在输出线性指标上，比A类放 大器、B类放大器等其他类放大器线性功放要差。解决D类音频放大器的输出线性是设计 中的一个具挑战性的课题。如图1所示，其显示现有的D类音频放大器的半桥拓扑结构，如图1所示，现有的D 类音频放大器，其包括由晶体管P1、Ni、P2、N2构成的全桥调制结构，其中晶体管Ni、P2在 输入信号的正半周导通，晶体管N2、Pl在输入信号的负半周导通，晶体管输出的信号经过 一个LC振荡电路之后驱动负载发声。为避免N1、P2和N2、P1两组晶体管在切换时，由于延迟等原因发生两组晶体管同 时导通的情况。人为地在两组晶体管的导通时间之间设置一个时间差，在这个时间差阶段， 两组晶体管都不导通，因此这段时间称为死区时间。影响D类音频放大器输出线性的因素 有很多种，其中死区时间就是一个主导因素。在理想状态下，D类音频放大器在输入信号为0的时候输出为0，输出信号中间有 一段输出为0的死区时间，其输出波形应当如图2所示，在输出信号的正半周和负半周之间 有一段输出电压为0的不连续的波形，这段输出电压为0的波形的宽度即为死区时间的长 度。如果在前述理想状态下，则可以采用补偿的方式弥补死区时间造成的波形非线性。但现有的D类音频放大器电路，经晶体管放大输出的音频信号需要通过LC振荡电 路滤波，在第一晶体管关断时，由于LC振荡电路的电感储存的能量释放，会出现负载电流 反向流动的情形，导致所谓的电源逆充电效应(Power BusPump)，此时输出电压的波形如图 3所示，输出电压波形的非连续阶段并非理想状态的输出电压为0的阶段，而是对应于正负 两个有限值，这两个电压有限值的大小不仅依赖于晶体管的开关频率，还依赖于外置的滤 波电感的大小，所以该电压有限值的大小无法确定，也即输出电压波形非连续的位置不确 定，其导致的非线性很难用补偿的方法消除。由于无法采用补偿的方法消除非线性，现有的改善方法通常是尽量减小死区时 间，但由于死区时间是保证D类音频放大器输出可靠性的重要因素，过分减小死区时间则 可能导致两个晶体管同时导通，正负电压直接流经两个晶体管则可能会烧坏晶体管，所以 靠减小死区时间来改进放大器线性有其局限性。因此，确有必要对现有的D类音频放大器进行改进，进而使改善由于死区时间造 成的输出非线性变的更加容易。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种音频放大器，其可以有效抑制电源逆充电效应，以为 改善音频放大电路的输出非线性提供方便。本专利技术的另一目的在于提供一种改善音频放大器输出非线性的方法。本专利技术的再一目的在于提供一种音频放大电路，其可以有效抑制电源 逆充电效 应，以为改善音频放大电路的输出非线性提供方便。为了实现上述目的，本专利技术一种D类音频放大器，其包括脉宽调制单元以及功率 放大单元，所述功率放大单元包括在输入信号正半周导通以输出信号的第一开关电路以及 在输入信号负半周导通以输出信号的第二开关电路；其中第一开关电路的第一端连接于第 一电源，第二端连接于输出节点，并由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制导通与 关断，第二开关电路的第一端连接于第二电源，第二端连接于输出节点，并由前述脉宽调制 单元输出的脉宽调制信号控制，该音频放大器的功率放大单元还包括一个第三开关电路， 其第一端连接于前述第一电源和第二电源的中间电压点，第二端连接于第一开关电路与第 二开关电路的输出节点，该第三开关电路由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制， 在第一开关电路与第二开关电路发生切换时导通。在一个实施例中，前述第三开关电路为一个晶体管，其第一端连接于前述第一电 源和第二电源的中间电压点，第二端连接于第一开关电路与第二开关电路的输出节点，门 极由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制，在第一开关电路与第二开关电路发生切 换时导通。在一个实施例中，前述第三开关电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以 及第四晶体管，其中第一晶体管的第一端连接于第一开关电路的输出端，第二端连接于前 述第一电源和第二电源的中间电压点，门极由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制 导通与关断；第二晶体管第一端连接于第一开关电路的输出端，第二端连接于功率放大单 元的输出端，门极由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制导通与关断；第三晶体管 的第一端连接于第二开关电路的输出端，第二端连接于前述第一电源和第二电源的中间电 压点，门极由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制导通与关断；第四晶体管第一端 连接于第二开关电路的输出端，第二端连接于功率放大单元的输出端，门极由前述脉宽调 制单元输出的脉宽调制信号控制导通与关断；前述第一开关电路与第二开关电路切换时存 在一段第一开关电路与第二开关电路均截止的死区时间，前述第一开关电路截止时，前述 第三开关电路的第一晶体管和第三晶体管同时导通，第二晶体管导通至前述死区时间的一 半，然后第四晶体管导通至第二开关电路导通，在前述第二开关电路截止时，前述第三开关 电路的第一晶体管和第三晶体管同时导通，第四晶体管导通至前述死区时间的一半，然后 第二晶体管导通至第一开关电路导通。在一个实施例中，前述第一电源与第二电源为电压相等极性相反的电源，前述第 一电源和第二电源的中间电压点为0电压点。为达成前述另一目的，本专利技术一种改善D类音频放大器输出非线性的方法，其中 前述D类音频放大器包括脉宽调制单元以及功率放大单元，所述功率放大单元包括在输入 信号正半周导通以输出信号的第一开关电路以及在输入信号负半周导通以输出信号的第二开关电路；其中第一开关电路的第一端连接于第一电源，第二端连接于输出节点，并由前 述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制导通与关断，第二开关电路的第一端连接于第二 电源，第二端连接于输出节点，并由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制；该方法包 括如下步骤首先将由死区时间导致的脉宽非连续性控制在输入信号为零电压时； 然后通过补偿的方法消除死区时间导致的输出信号非连续性。在一个实施例中，前述将由死区时间导致的脉宽非连续性控制在输入信号为零 电压时的步骤，包括在前述功率放大单元中增加一个第三开关电路，其第一端连接于前述 第一电源和第二电源的中间电压点，第二端连接于第一开关电路与第二开关电路的输出节 点，该第三开关电路由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制，在第一开关电路与第 二开关电路发生切换时导通。在一个实施例中，前述第三开关电路为一个晶体管，其第一端连接于前述第一电 源和第二电源的中间电压点，第二端连接于第一开关电路与第二开关电路的输出节点，门 极由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制，在第一开关电路与第二开关电路发生切 换时导通。在一个实施例中，前述第三开关电路包括第一晶体管(M2)、第二晶体管(M5)、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｄ类音频放大器，其包括脉宽调制单元以及功率放大单元，所述功率放大单元包括在输入信号正半周导通以输出信号的第一开关电路以及在输入信号负半周导通以输出信号的第二开关电路；其中第一开关电路的第一端连接于第一电源，第二端连接于输出节点，并由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制导通与关断，第二开关电路的第一端连接于第二电源，第二端连接于输出节点，并由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制，其特征在于：该音频放大器的功率放大单元还包括一个第三开关电路，其第一端连接于前述第一电源和第二电源的中间电压点，第二端连接于第一开关电路与第二开关电路的输出节点，该第三开关电路由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制，在第一开关电路与第二开关电路发生切换时导通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯向光，
申请(专利权)人：无锡辐导微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]