[发明专利]高阶多路反馈结构的高性能D类音频功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种D类音频功率放大器，特别是涉及采用高阶多路反馈回路结构的高性能D类音频功率放大器。

背景技术

相比于传统线性放大器，D类放大器功率输出级工作在开关模式，因此理论上不消耗静态电流，具有高效率的优点，在便携电子设备的音频放大领域得到广泛应用。D类放大器最主要也是应用最广泛的调制方式是PWM(脉冲宽度调制)，由其引入的固有失真和系统非理想因素引入的失真及噪声使得普通D类放大器很难获得与传统线性放大器相同的性能。衡量D类放大器性能的主要参数包括总谐波失真加噪声、电源抑制比和效率。其中，实际应用中，其效率通常可达80％以上。

在工程应用领域，开环PWM结构D类放大器由于无法抑制失真加噪声和提高电源抑制比而较少采用，结构如图1所示。为了改善系统性能，通常采用闭环和高阶结构来降低总谐波失真、提高信噪比和电源抑制比。Salahddine Krit等人在International Symposium on Computational Intelligenceand Intelligent Informatics，2007：发表“Class D Audio Amplifier DesignTheory and Design Implementation for Portable Applications”论文，提出采用低阶闭环结构D类放大器。目前，低阶闭环结构D类放大器由于较低的环路增益而很难达到较高的性能。Huey Chian Foong Meng Tong Tan.在IEEEAsia Pacific Conference on Circuits and Systems，2006：发表题为“An Analysisof THD in Class D Amplifiers”的论文，提出采用高阶闭环结构D类放大器为改善性能以及其他学者提出保证系统稳定性的方法，多采用片外无源元件，增加了成本，降低了集成度。

发明内容

本发明目的是为了克服已有技术的缺陷，在于实现一种高集成度和高性能的D类音频功率放大器。本发明目的是通过以下的技术方案来实现。

为实现上面目的，提出一种由两级积分器和双反馈回路构成的闭环结构。闭环结构可以有效抑制失真，增大电源抑制比，其性能的改善直接由环路增益决定。环路增益包括积分器增益，PWM级增益和反馈系数。

高阶多路反馈结构的高性能D类音频功率放大器，它包括前置可变增益放大器，积分器，PWM调制电路，三态调节电路，栅极驱动电路和功率输出级，其特征在于，积分器为两级积分器级联构成的级联二阶积分器，并引入两路反馈构成高阶的双反馈回路；

高阶多路反馈结构的高性能D类音频功率放大器简称D类音频功率放大器采用全差分结构，前置可变增益放大器连接级联二阶积分器，级联二阶积分器的差分输出分别连接两个PWM调制电路的一输入端，载波通常采用三角波，发生电路的输出端分别连接两个PWM调制电路的另一输入端，两个PWM调制电路的输出端分别连接三态调节电路的两个差分输入端，三态调节电路的两个差分输出端分别连接两个栅极驱动电路的输入端，每个栅极驱动电路的输出端和功率输出级的输入端相连，每个栅极驱动电路的输出端和功率输出级的输入端相连，功率输出级的两个输出端接片外扬声器构成全桥输出形式。

在前置可变增益放大器和三态调节电路级联插入二阶积分器，对经前置可变增益放大器增益控制的输出信号进行二阶积分处理，再送到三态调节电路，用于减小无输入信号状态下电磁干扰，栅极驱动电路用于控制死区时间和功率输出级转换特性，以减小该级引入的非线性失真。

由两级积分器和双反馈回路构成的闭环结构。闭环结构可以有效抑制失真，增大电源抑制比，其性能的改善直接由环路增益决定。环路增益包括积分器增益，PWM级增益和反馈系数。

所述级联二阶积分器是由两级高增益高摆率运算放大器组成的二阶积分器，通过两级积分器级联使环路获得高增益和高阶滤波特性滤除带外噪声和谐波分量，以便改善D类音频功率放大器的性能。

所述级联二阶积分器的两级积分器的差分输入端都接有一个反馈电阻，反馈电阻的另一端连接功率输出级的输出端，组成多路反馈网络；通过反馈电阻从功率输出级引入两路电压负反馈信号，调节两级积分器反馈系数，便能保证该非线性的D类音频功率放大器的稳定性。

所述高阶多路反馈结构的高性能D类音频功率放大器为一单片芯片，单片上的可变增益放大器和级联二阶积分器的积分器为线性模块，PWM调制电路、三态调制电路、栅极驱动电路和功率输出级为非线性模块。