[发明专利]一种数字音频功率放大器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种音频功率放大器，尤其涉及一种数字音频功率放大器及其控制方法。

背景技术

目前，模拟式音频功率放大器因其效率低，体积大，笨重且成本高已经跟不上时代的发展。而随着集成电路技术和功率开关场效应管(MOSFET)技术的发展，数字音频功率放大器(简称数字功放)已越来越多的得到应用。数字功放的末级功放管工作在D类开关状态，理论效率可以达到100％。效率的提高，可减小发热量，从而提高功放可靠性，减小散热器，降低体积和重量，节约成本。

现有的数字功有两种，一种是反馈信号取自解调滤波器之前的单环反馈放大器。这种放大器的非线性失真较为严重，效果较差。另一种为双环反馈，反馈信号同时取自解调滤波器之前和之后。解调滤波器处于环路控制范围内，从而消除滤波器的一些非理想特性，效果比单环反馈放大器好。

这种双环反馈放大器的问题有两个：首先，解调滤波器通常是二阶LC(电感电容)结构，3dB截止频率设置为30KHZ～60KHZ。当解调滤波器输出轻载或空载时，会欠阻尼，在截止频率点附近出现谐振；当滤波器输出接容性负载时，截止频率点会降低，甚至进入音频带内，并在降低后的截止频率点附近产生谐振。若反馈信号取自滤波器之后，控制系统的稳定性就成为设计难题，这是现有的双环数字音频放大器面临的问题。常用的解决方法是提高滤波器阻尼系数就是在滤波器内附加衰减电阻，这样势必增加功放内部损耗，影响功放效率；调节控制系统补偿网络会大大增加功放控制系统复杂度，给调试、生产、成本带来负面影响，其次当输入音频信号不断增大，而开关桥的供电电压是固定的，当输入音频信号增大到一定值时，功出现限幅现象，此时两电平调制器的输出脉冲信号频率会降低，以至于会降到音频带内。解调滤波器的截止频率通常设置为30KHZ～60KHZ，当脉冲频率低于此截止频率时就无法达到滤波的效果，不论采用单环还是双环反馈，脉冲频率都会直接通过滤波器进入音频信号带来严重的失真。

发明内容

为了解决现存数字功放反馈信号取自解调滤波器后的谐振不稳定和两电平调制器输出的脉冲信号最低频率限制的问题，本发明提供了一种数字音频功率放大器及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该数字音频功率放大器及其控制方法包括最低开关频率限制器、解调滤波器、电平调制器、误差取样放大器、谐振检测器，该数字音频功率放大器采用双环反馈，反馈信号同时取自解调滤波器之前和之后，在两电平调制器之后插入最低开关频率限制器，将两电平调制器输出两电平的脉冲信号作为最低开关频率限制器的输入信号，控制两电平脉冲信号的频率不低于设定值；在误差取样放大器上加设谐振检测器，将解调滤波器之后反馈信号减去音频输入信号的差值信号作为谐振检测器的输入信号，检测并及时抑制谐振，最低开关频率限制器是定时器和逻辑门构成的脉冲信号高、低电平控制器。谐振检测器是包括门限判决器和模拟光耦构成的控制器。

所述最低开关频率限制器是由定时器和非逻辑门、与逻辑门构成的高电平控制、由定时器和或逻辑门构成的低电平控制，将解调滤波器之后反馈信号减去音频输入信号的差值信号作为谐振检测器的输入信号是采用模拟运算放大器通过微分运算获得。

本发明的有益效果是：该种数字音频功率放大器及其控制方法采用了最低开关频率限制和谐振检测、抑制的方法，使功放器的质量大大提高，稳定性能大幅增强，功放效率提高，为产品的升级换代开辟了道路，是音频设备的高端产品，结构简单可靠，加工制作容易，成本低廉，易于推广。

附图说明

附图1为本发明的电路图；

附图2为本发明的最低开关频率限制器结构框图；

附图3为本发明的谐振检测器结构框图；

具体实施方式

在图中，该数字音频功率放大器及其控制方法包括最低开关频率限制器、解调滤波器、电平调制器、误差取样放大器、谐振检测器，该数字音频功率放大器将音频信号送入功放后分为两路，分别送取样误差放大器1和谐振检测器，滤波器后反馈信号经微分、比例衰减后也分别送取样误差放大器和谐振检测器。取样误差放大器1用送入音频信号减去反馈信号，提取出音频输入信号和反馈信号的误差信号作为取样误差放大器2的参考信号。