[发明专利]功率放大器

说明书

本发明的各种实施例提供了一种功率放大器，包括：钳位电路(N1)，被配置为从电源提供钳位电压；放大器对(N2)，具有耦合到钳位电路的多个第一输入端、多个第二输入端和用于提供放大的信号的输出端；以及偏置电路(N3)，耦合在钳位电路和放大器对的多个第二输入端之间并且被配置为调节放大器对的输入偏置电压以便使得放大器对的输出偏置电压随着电源电压的变化而成比例地改变。

技术领域

本发明的示例性和非限制性实施例一般地涉及功率放大器，并且更具体地涉及一种汽车音频功率放大器。

背景技术

在现代城市每天的通勤中，尤其是在高峰期，人们经常会被困在拥挤的车流中。为了减少汽车在交通拥堵时或者在等候交通灯时的二氧化碳排放量以及减少其他污染物，大多数汽车制造商为汽车引入了启动-停止(start-stop)引擎功能。利用该启动-停止引擎功能，当汽车被困在交通拥堵中时，汽车引擎将自动关闭，而后当随着交通拥堵清除，汽车继续前行时将重新启动。当汽车引擎重新启动时，从汽车电池中突然抽取大的涌入(in-rush)电流，导致电池电压的快速下降。在汽车引擎重新启动后，电池又将返回到正常的电压值。车载娱乐系统的供电电压直接来自汽车的电池，因此在整个启动-停止过程中车载娱乐系统将经历同样的电压变化。

通常，当汽车引擎处于启动状态时，用于建立静态工作点的外部电路的电容会有快速放电的行为。这将导致汽车收音机系统的功率放大器不能正常工作，从而使得汽车音频系统的功率放大器被设置为静音状态，以致听不到任何声音(包括来自扬声器中的瞬态噪声)。

当今，人们不断地追求越来越舒适的驾驶体验，从而对车载娱乐系统的性能要求比以前高得多。因此，音频输出的中断是不可接受的，即使在启动状态下这种中断也是不期望的。当前的车载声音质量标准也不允许这种中断行为。

为了避免上述问题，通常使用一种众所周知的外部电路解决方案。在该方案中进一步使用了直流/直流调节器以稳定启动-停止期间的电池电压。然而，这种解决方案需要若干外围设备和笨重的LC元件，从而导致了总成本、电路板尺寸和系统复杂度的增加。

因此，提出了另一种在汽车中经常采用的解决方案。在该解决方案中将最低工作电压设置为供电电压Vcc的一半(例如，电池电压的一半，如果电池电压为12V，则Vcc/2＝12V/2＝6V)。该解决方案的典型电路结构在图1中示出，该电路包括钳位电路M1、甲乙类放大器M2和共模反馈(CMFB)电路M3。在图1所示的电路中，钳位电路M1被设置为在SVR(电源电压抑制)节点处向甲乙类放大器M2提供钳位电压Vsvr＝Vcc/4作为其输入偏置电压。甲乙类放大器是在汽车收音机系统中用于驱动扬声器的典型放大器电路结构，其通常包括一对放大器(诸如，运算放大器)和通常耦合在这对放大器的相应输出和输入间的四个反馈电阻器Rf1、Rf2、Re1和Re2。一般地，在这样的放大电路中，电阻器Rf1和Rf2的阻值被设置为相等，并且等于电阻器Re1和Re2阻值的20倍，即Rf1＝Rf2＝20Re1＝20Re2。共模反馈电路M3被设置在这对放大器的输出和相应的输入之间，用来吸收从输出到输入的静态电流。利用该共模反馈，这对放大器的输出的直流偏置可以保持在Vcc/2，而且这对放大器的输出OUTP和OUTM的交流增益保持相等。在这个解决方案中，两个放大器的输入被偏置在电源的四分之一(即Vcc/4)处，而两个放大器的输出被偏置在电源的一半(即Vcc/2)处。这样当电源在启动状态下，电源电压突然从Vcc下降到Vcc/2时，放大器的输出也将随着电源电压的降低而成比例地降低，从而保证整个放大器电路仍然可以正常操作。

然而，虽然共模反馈的方案可以解决启动-停止的问题，但是这种方案另外引入了正反馈环路，这可能会大大影响整个音频系统的稳定性，特别是在汽车上电时对稳定性的影响更大。例如，如果外部负载是诸如10nF的容性负载，则该电路可能会导致不期望的振荡。在实际应用中，外部电容是无法避免的。例如，如果扬声器有2欧姆的电阻，那么除非由扬声器引起的电容小于2nF，否则振荡不可避免，但这么小的电容是不实际的。

发明内容