一种高效放大器系统，包括协同运行以产生放大输出信号的多个输出级。该放大器系统可用于音频系统。该放大器系统可包括非开关模式放大器级，其与开关模式放大器级协同运行以产生放大器输出信号。非开关模式放大器级可选择性地启动和停用开关模式放大器级以优化高效操作。此外，开关模式放大器级可包括多个交叉运行的开关级。可基于至少一个开关级中测量的电流，控制开关级以平衡各个开关级的电流输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体涉及音频放大器，更具体地涉及高效音频放大器系统。
技术介绍
放大器用于放大输入信号并产生放大的输出信号。在某些应用中，起音频放大器作用的放大器用于接收作为输入信号的音频信号，并产生作为输出信号的放大音频信号。 基于其工作特性，可将放大器分为不同种类。放大器的示例分类包括A类、B类、AB类、C类和D类。A类、B类和AB类放大器通常被视为模拟设计。D类放大器由于其开关模式工作而通常被视为开关设计。A类、B类和AB类放大器运行时通常比D类放大器有更高损耗，因此效率更低。当为放大器供电的电源有限时，运行效率可能是重要的考虑因素。此外在设计放大器时，制造放大器的部件的成本可能是关注点。
技术实现思路
高效音频放大器可实现为专用集成电路(ASIC)。该放大器可以是音频放大器，包括并联耦合的第一输出级和第二输出级。第一输出级可以是耗散输出级，例如AB功率级 (power stage) 0第二输出级可以是开关模式功率级，例如电流波形优化的开关模式级或D 类功率级。开关模式输出级可通过使用脉宽调制器来以脉宽调制(PWM)运行。第一和第二输出级可协同运行以用放大的输出信号驱动负载。在一实例中，输入信号可以是音频信号， 而放大的输出信号可驱动诸如一个或多个扩音器的负载。为了获得高效的工作，第一输出级可在任意输入信号幅度处运行，而第二输出级可被选择性地停用和启动。可基于第一输出级的工作，选择性地启动和停用第二输出级。可基于放大输出信号的预定的阈值幅度或大小来控制第二输出级的工作。工作期间，当输入音频信号不存在或非常小时，例如静态期间，第二输出级可被停用而第一输出级可独立运行以提供放大的输出信号。当放大的输出信号超过预定阈值时，可启动第二输出级的工作以与第一输出级协同运行。当启动第二输出级时，第二输出级可交叉运行以最小化放大输出信号中的纹波电流。当启动第二输出级时，第一输出级可继续作为有源滤波器工作，以去除放大输出信号中的误差。当输入信号再次下降到阈值以下时，可再次停用第二输出级，而负载仅由第一输出级供电。第二输出级可具有多个开关输出级，每一输出级具有多个开关。开关输出级中的开关可交叉运行以最小化放大输出信号中的纹波电流。包含在高效率音频放大器系统中的调制器，例如脉宽调制器，可从至少一个电流感测器中接收电流信号。该电流信号可指示各开关输出级中相应至少一个开关输出级的电流。可处理该电流信号，以提供表示包括在每个开关输出级中的开关的切换转换周期以外在开关输出级中的电流的电流信号的平均值。 为了平衡各个开关输出级中每一个的输出电流，所处理的电流信号可由调制器用于控制包含在开关输出级中的开关的切换。本专利技术的其他系统、方法、特征和优点在本领域技术人员研究了下列附图和详细说明后会或将变得显而易见。打算将所有这些另外的系统、方法、特征和优点包含于此说明书中，包含于本专利技术的范围内，并由下列权利要求所保护。附图说明 参考下列附图和描述可更好地理解本专利技术。图中的组件并不一定依比例绘制，而重点放置在说明本专利技术的原理上。此外，在图中，同样的参考标号在所有不同视图中一直表示对应的部件。图1是具有多个输出级的音频放大器的第一实例。图2是具有多个输出级的音频放大器的第二实例。图3是具有多个输出级的音频放大器的第三实例，其中某些输出级使用交叉操作。图4是音频放大器的各种交叉阶数的峰值纹波电流相对于占空比的标准曲线图。图5是具有N = 2的交叉运行输出级的音频放大器的第四实例。图6是具有N = 4的交叉运行输出级的音频放大器的第五实例。图7是N = 2交叉开关模式音频放大器所用的调制器的实例。图8是N = 4交叉开关模式音频放大器的调制器的实例。图9是高效音频放大器系统的操作流程图实例。图10是图9操作流程图实例的第二部分。具体实施例方式放大器，例如对成本和尺寸敏感的小型音频放大器( 50W)，可具有通过使用目标专用集成电路(ASIC)能获得的属性。这种ASIC可设计为使用双重功率级，例如耗散和开关模式功率级的组合属性。通过将诸如非开关模式输出级的第一输出级与诸如开关模式输出级的第二输出级并联耦接，可利用这两级的最佳属性获得高品质音频，同时能最小化总的系统成本。诸如AB类输出级的耗散功率级是使至少两个传导器件在工作循环的超过 50%的期间连续导通的输出级。在一实例中，开关模式功率级可以是电流波形优化的开关模式级，例如D类输出级。可使用接地负载拓扑以允许在负载的接地归路中进行电流采样。 图1示出了这种系统的一个实例的框图。图1包括线性放大器102，例如AB输出级，其与诸如D类输出级的开关模式放大器104并联耦接。线性放大器102可产生表示放大输入信号(IN)的输出电流IUN，而开关模式放大器可产生表示放大输入信号(IN)的输出电流Isw，二者被提供给负载106。这种系统的音频信号幅度统计数据显示了波峰因数非常高的分布，该分布不可能是由中心极限定理预测的期望高斯形式。当该音频信号已被处理/压缩后，该统计数据可能更接近高斯分布。该分布不可能与稳定的正弦波的分布完全相同。这种幅度统计数据暗示了 不应该为了再生通常为放大器测试目的运用的稳定高电平正弦波而优化放大器，而应为了实际的期望信号而优化放大器。开关模式放大器通常在静态期间在输出滤波器(L)的主电感器中流通它们的满标输出电流的相当大的百分比。这种流通电流的典型值是开关模式放大器104的满标电流的10%。该流通电流可能超过需要的信号电流很多倍，还可能在诸如D类放大器的放大器开关模式级中导致静态功耗达到不期望的水平。结果，诸如AB类放大器的线性放大器可被设计成具有的静态损耗低于开关模式功率级通常遇到的静态损耗。如果该设计是基于双极结型晶体管(BJT)的AB类放大器设计，这是非常正确的，但对于基于金属-氧化物-场半导体效应晶体管(MOSFET)就并非如此，因为BJT在每毫安的导电电流基础上具有更高的跨导。出于此考虑，图1未描述效率优化设计。线性放大器102还可被视为有源滤波器，该有源滤波器起到从输出信号中去除误差的作用。线性放大器102可在扩展带宽中一直具有低输出阻抗，从而允许其极大地改善了开关模式变换器(converter) 104的电磁干扰(EMI)、失真和音频噪声。因为线性放大器 102的输出电流(Iun)可以是图1中开关模式放大器104d输出电流(Isw)的负值，所以使线性放大器102中的发热最小化可能需要最小化开关模式放大器104的输出电流(Isw)。开关模式放大器104，例如图1所示的D类电流反转(dumping)变换器，可能没有最小化输出电流(Isw)，特别是如果纹波电流的数量级大约为满标的10%或更多时。开关模式变换器或开关模式放大器，可被设计为在静态条件下具有很小的或没有输出电流纹波。产生这种开关模式变换器的一种方法是通过使用交叉(interleave)。交叉操作包括多个开关，例如半桥配置的多对开关。该多个开关可在开关时间中顺序工作，以增大纹波频率而降低纹波大小。增大的纹波频率可能导致在开关频率处、开关频率的边带处、开关频率的奇次谐波处和奇次谐波的边带处波纹电流的消除。用于交叉操作的一种可能拓扑使用两个开关和两个续流二极管，配置为公知的反向电流变换器(opposed curren本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·R·斯坦利，
申请(专利权)人：哈曼国际工业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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