專(zhuān)利名稱(chēng)：多通道功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率放大器，更具體地說(shuō)，涉及多通道功率放大器。
背景技術(shù)：
多通道放大器的功率分配量一般是在“每通道”的基礎(chǔ)上“額定的”，通常以“全部驅(qū)動(dòng)的通道”為基礎(chǔ)；也就是說(shuō)，當(dāng)所有通道都驅(qū)動(dòng)一個(gè)電負(fù)載時(shí)，四個(gè)通道中的每一個(gè)都具有每通道額定值的功率分配量。放大器系統(tǒng)的總功率分配量(在傳統(tǒng)的多通道放大器中通常未指定)是“每通道”額定值的總和。例如，一個(gè)四通道放大器可能額定值為每通道100瓦，也就是說(shuō)，每個(gè)通道的功率分配量為100瓦，所述多通道放大器的總額定值(或功率分配量)為400瓦。為了使用全部400瓦的功率分配量，每個(gè)通道將具有100瓦的總負(fù)載，但不會(huì)更多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)重要目的是提供改進(jìn)的多通道功率放大器。
按照本發(fā)明，多通道電功率放大系統(tǒng)被構(gòu)造和配置成把電功率量P分配到與其耦合的電負(fù)載。所述系統(tǒng)包括n個(gè)將所述功率放大系統(tǒng)耦合到所述電負(fù)載的一部分的功率放大器通道，每個(gè)放大器通道用于將電功率P的一部分分配給電負(fù)載的一部分。每個(gè)功率放大器通道具有功率分配量并且至少一個(gè)功率放大器通道被構(gòu)造和設(shè)置成其功率分配量顯著大于P/n，而所述多個(gè)放大器通道的所述功率分配量的總和顯著大于P。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，多通道電功率放大系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置成提供電功率總量P。所述放大系統(tǒng)包括多個(gè)用電裝置，這些裝置代表電負(fù)載。放大系統(tǒng)還包括n個(gè)功率放大器通道，每個(gè)放大器通道耦合到所述電負(fù)載的一部分，所述多個(gè)功率放大器通道中的每一個(gè)用于把電功率總量P的一部分提供給所述電負(fù)載的一部分。所述電功率總量P的各部分之一顯著地超過(guò)P/n。放大系統(tǒng)還包括用于接收多個(gè)輸入信號(hào)的多個(gè)輸入通道；以及用于選擇性地為輸入信號(hào)選定從任何一個(gè)輸入通道至任何一個(gè)功率放大器通道的路由的電路。


從以下參考附圖的詳細(xì)說(shuō)明將明白本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的四通道功率放大系統(tǒng)的框圖；圖2是圖1放大系統(tǒng)的熱模型；圖3是圖1放大系統(tǒng)的散熱器頂視圖，顯示圖1放大系統(tǒng)熱產(chǎn)生元件的覆蓋區(qū)；圖4A和4B是用于實(shí)現(xiàn)圖1放大系統(tǒng)功率分配部分的電路的簡(jiǎn)化的示意圖；以及圖5A、5B1-5B4、5C1-5C9、5D1-5D9是原理圖，它們組合起來(lái)顯示圖1中功率放大系統(tǒng)的電路。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參照附圖(更具體地說(shuō)是圖)，圖中顯示包括本發(fā)明的音頻信號(hào)功率放大系統(tǒng)的框圖。多通道功率放大系統(tǒng)10包括公用電源13(即，向功率放大系統(tǒng)的所有通道供電的電源)，它連接到四個(gè)高電壓、低電流的功率放大器12-1-12-4(下文稱(chēng)為功率放大器，有時(shí)稱(chēng)為恒壓、分布式放大器)，它們連接到4條音頻輸出線(xiàn)路14-1-14-4。每條音頻輸出線(xiàn)路14-1-14-4都與音頻裝置16-1-16-4連接。音頻信號(hào)處理器和路由器18具有多個(gè)輸入端子19-1-19-4和多個(gè)輸出端子20-1-20-4。每個(gè)輸出端子20-1-20-4連接到功率放大器12-1-12-4之一。功率放大器12-1-12-4安裝在單個(gè)散熱器22上。若需要，可安裝風(fēng)扇24，以便冷卻散熱器22。
工作時(shí)，在輸入端子19-1-19-4處接收音頻信號(hào)并按規(guī)定的路由將它們發(fā)送到輸出端子20-1-20-4、引導(dǎo)到功率放大器12-1-12-4中的任一個(gè)，后者放大音頻信號(hào)并將其發(fā)送到電負(fù)載16-1-16-4，所述電負(fù)載通常為電聲換能器，它們將放大的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波。電源13將交流(AC)線(xiàn)電壓電流轉(zhuǎn)換為適合于為70.7或100伏低電流直接驅(qū)動(dòng)功率放大器供電的DC電壓；通常分別為±130或±170伏是適合的。電源13的輸出被引導(dǎo)到功率放大器12-1-12-4。散熱器22引導(dǎo)熱量離開(kāi)功率放大器12-1-12-4。若被動(dòng)冷卻不足以引導(dǎo)熱量離開(kāi)散熱器，則可以使用風(fēng)扇24將散熱器22的熱量引導(dǎo)到外部環(huán)境中。
在一個(gè)實(shí)施例中，功率放大系統(tǒng)的總功率額定值為400瓦；也就是說(shuō)，所述功率放大系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置成具有400瓦連續(xù)平均的功率分配量。音頻信號(hào)處理器和路由器18可以是傳統(tǒng)的模擬或數(shù)字信號(hào)處理器和路由器，具有多個(gè)輸入和輸出通道，本例中為四個(gè)輸入和四個(gè)輸出通道；輸入通道的數(shù)目無(wú)需等于輸出通道的數(shù)目。電源13是傳統(tǒng)的功率變換器，被構(gòu)造和設(shè)置成將AC線(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換為±130或±170伏，并提供等于功率放大系統(tǒng)總功率額定值的功率、在本實(shí)施例中為400瓦(加上放大器中消耗的任何功率)。功率放大器12-1-12-4可以是70或100伏高電壓低電流的功率放大器，每個(gè)額定值最高為400瓦。功率放大器12-1-12-4可以是線(xiàn)性放大器，但在示范的實(shí)施例中，它們是開(kāi)關(guān)放大器，每個(gè)包括兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。包括開(kāi)關(guān)放大器的功率放大器在圖1所述的系統(tǒng)中比線(xiàn)性放大器優(yōu)越，因?yàn)樗鼈冃时染€(xiàn)性放大器的效率高，特別是在高功率負(fù)載和低功率負(fù)載(或無(wú)負(fù)載)的情況下。功率放大器12-1-12-4直接連接到音頻輸出線(xiàn)路14-1-14-4；也就是說(shuō)沒(méi)有將功率放大器12-1-12-4與音頻輸出線(xiàn)路14-1-14-4耦合在一起的中間變壓器。輸出線(xiàn)路14-1-14-4將功率放大器12-1-12-4分別耦合到音頻裝置16-1-16-4。圖中將音頻裝置表示為單一的轉(zhuǎn)換器，但是，通常每個(gè)功率放大器連接到多個(gè)傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器，后者被構(gòu)造和設(shè)置成工作于功率放大器的輸出電壓。每個(gè)單獨(dú)的功率放大器12-1-12-4的額定功率可以顯著大于(例如至少兩倍于)放大器系統(tǒng)10的總功率額定值除以通道數(shù)，最大數(shù)為等于放大器系統(tǒng)的總額定值。因此，例如，在本實(shí)施例中，四通道功率放大系統(tǒng)10的額定功率為400瓦，每個(gè)功率放大器通道的額定功率比100瓦大很多，本例中為400瓦。功率放大器12-1-12-4的其他細(xì)節(jié)示于圖4中。
公用電源具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槊總€(gè)通道單獨(dú)的電源將需要用于每個(gè)通道的400瓦電源，即使某些通道的負(fù)載可能顯著地小于400瓦。
在圖1中所述的實(shí)施例中，每個(gè)功率放大器的額定功率無(wú)需等于放大器系統(tǒng)的額定功率。任何顯著大于每通道的額定功率、例如兩倍于放大器系統(tǒng)額定功率(本例中為400)除以功率放大器通道的數(shù)目(本例中為4)就很有利。但也沒(méi)有必要使所有通道都具有顯著高于放大器系統(tǒng)額定功率除以功率放大器通道數(shù)目的額定功率。例如，在圖1的實(shí)施例中，若僅有一個(gè)或兩個(gè)圖1實(shí)施例的功率放大器通道的額定功率顯著高于100瓦仍是有利的。本發(fā)明的原理也適用于少于或多于四通道的多通道功率放大系統(tǒng)。
在按照本發(fā)明的功率放大系統(tǒng)中，總功率額定值分配量可以以任何所需的組合的方式分配到各單獨(dú)的通道。例如，可以把圖1的功率放大系統(tǒng)結(jié)合到餐館的音響系統(tǒng)中。由音頻信號(hào)輸出線(xiàn)路14-1連接到功率放大器12-1的可以是按照32瓦分接的十個(gè)揚(yáng)聲器(共320瓦)16-1，它們可以設(shè)置在餐館的進(jìn)餐區(qū)。由信號(hào)輸出線(xiàn)路14-2連接到功率放大器12-2的可以是設(shè)置在等待區(qū)、按照32瓦分接的單個(gè)揚(yáng)聲器，用于向等待的顧客提供音樂(lè)、尋呼信號(hào)及語(yǔ)音消息。由輸出線(xiàn)路14-3和14-4分別連接到每個(gè)功率放大器12-3和12-4的可以是分別按照8瓦分接的單個(gè)揚(yáng)聲器16-3和16-4(共16瓦)，它們可以設(shè)置在男女洗手間中。圖1的實(shí)例表明每個(gè)通道上揚(yáng)聲器的瓦數(shù)無(wú)需是“均衡的”，并且音響系統(tǒng)中揚(yáng)聲器的總瓦數(shù)(本例中為368瓦)的大部分(本例中為320瓦或87％)可以由單個(gè)通道驅(qū)動(dòng)?？梢院苋菀椎貙D1的音響系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)音響系統(tǒng)，其中，按照25瓦分接的6個(gè)揚(yáng)聲器(每6個(gè)150瓦，總共300瓦)連接到每一個(gè)功率放大器12-1和12-2，以便向餐館的兩個(gè)進(jìn)餐區(qū)提供不同音樂(lè)，其中按照8瓦分接的兩個(gè)揚(yáng)聲器(共16瓦)連接到功率放大器12-3、以便向男女洗手間提供聲音，按照32瓦分接的單個(gè)揚(yáng)聲器可以設(shè)置在等待區(qū)。
在圖1的討論中，規(guī)定放大器功率容量的瓦數(shù)、電壓、方法以及特定用途都是示范性的。本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于規(guī)定放大器功率容量的其他瓦數(shù)、電壓、方法及用途。
現(xiàn)參照?qǐng)D2，圖中示出圖1音頻信號(hào)功率放大系統(tǒng)的一部分的熱模型。功率源30-1-30-4表示將由每個(gè)功率放大器耗散的熱。結(jié)節(jié)點(diǎn)32-1-32-4分別代表功率放大器12-1-12-4中主輸出FET的結(jié)。外殼節(jié)點(diǎn)33-1-33-4代表相應(yīng)的FET的外殼，它們分別通過(guò)熱阻34-1-34-4連接到結(jié)節(jié)點(diǎn)32-1-32-4；熱阻34-1-34-4代表相應(yīng)的FET的結(jié)和外殼之間的熱阻。散熱器節(jié)點(diǎn)36-1-36-4分別通過(guò)熱阻38-1-38-4連接到外殼節(jié)點(diǎn)33-1-33-4。熱阻38-1-38-4代表外殼和散熱器之間的熱阻。散熱器節(jié)點(diǎn)36-1-36-4代表熱阻38-1-38-4和單個(gè)散熱器22之間的界面。散熱器節(jié)點(diǎn)36-1-36-4全部連接到公共散熱器節(jié)點(diǎn)39，后者通過(guò)單個(gè)熱阻42連接到熱地面(環(huán)境)節(jié)點(diǎn)40，這表示FET的所有四個(gè)熱對(duì)(heat pair)都以熱的方式連接到單個(gè)散熱器并且(將在圖3中顯示)四對(duì)FET的單個(gè)散熱器的熱阻基本上相似。散熱器耗散由各FET所產(chǎn)生的、未由與各個(gè)FET關(guān)聯(lián)的熱阻(34-1-34-4和38-1-38-4)耗散的全部熱量。熱阻34-1-34-4的典型熱阻值為0.7攝氏度/瓦，它由包括FET的芯片及其封裝的特性所決定。熱阻38-1-38-4的典型熱阻值為0.3攝氏度/瓦，它由芯片封裝和散熱器之間的元件、諸如熱墊圈和絕緣子、熱油脂等所決定。在400瓦功率放大系統(tǒng)中，熱阻42的典型熱阻為2.0攝氏度/瓦，它代表散熱器到環(huán)境的熱阻。
現(xiàn)參照?qǐng)D3，圖中示出圖1音頻電源的各個(gè)部分的物理實(shí)現(xiàn)，所述各個(gè)部分由圖2熱模型的元件表示。FET覆蓋區(qū)44-1-44-4分別是與功率放大器12-1-12-4相關(guān)聯(lián)的FET對(duì)的散熱器22上的覆蓋區(qū)。FET覆蓋區(qū)44-1-44-4對(duì)應(yīng)于由圖3的散熱器節(jié)點(diǎn)36-1-36-4表示的界面。FET覆蓋區(qū)44-1-44-4具有相對(duì)于散熱器22并且彼此有關(guān)的相似的取向。若散熱器22基本上為長(zhǎng)方形，并且中心線(xiàn)46和48與側(cè)面垂直，則每個(gè)覆蓋區(qū)44-1-44-4都在不同的象限中。沒(méi)有三個(gè)覆蓋區(qū)是共線(xiàn)的、使得任何一個(gè)覆蓋區(qū)44-1-44-4和散熱器22的任何點(diǎn)之間的熱路徑最多通過(guò)一個(gè)其他覆蓋區(qū)。每個(gè)覆蓋區(qū)和長(zhǎng)方形散熱器的兩條最近邊之間的熱路徑不通過(guò)任何其他覆蓋區(qū)。將各FET對(duì)以基本上對(duì)稱(chēng)的形式(也就是說(shuō)，每對(duì)FET的覆蓋區(qū)相對(duì)于其他FET對(duì)以及它們安裝于其上的散熱器平面的邊界具有相同的取向)安裝在公共的散熱器上并且沒(méi)有三對(duì)FET共線(xiàn)地安裝，這是有利的，因?yàn)樗軌蛴米钌俚纳岵牧铣浞值睾纳崃?。因?yàn)槊總€(gè)通道都能夠容下400瓦容量，所以，每對(duì)FET可以耗散傳輸400瓦所產(chǎn)生的熱量。
現(xiàn)參照?qǐng)D4A和4B，圖中示出用于實(shí)現(xiàn)并測(cè)試圖1放大器系統(tǒng)的兩個(gè)輸出通道的簡(jiǎn)化電路的示意圖?？梢酝ㄟ^(guò)第二個(gè)基本上相同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)四通道輸出。模塊46是型號(hào)為T(mén)A0105A的模塊，它可以從加州Santa Clara市的Tripath公司(www.tripath.com)購(gòu)買(mǎi)。區(qū)域48中的電路優(yōu)化了以70伏或100伏工作的模塊46的保護(hù)電路。區(qū)域50的電路用于把信號(hào)輸入到模塊46并且控制輸出端的DC偏移。圖4A和4B電路的其余部分實(shí)現(xiàn)功率放大系統(tǒng)的所述各通道中的兩個(gè)通道。電源輸入端子52和54代表從圖1電源13到兩個(gè)功率放大器(如圖1的14-1和14-2)的輸入端。12伏電源58和5伏電源60(都未在圖1中示出)為電路的某些裝置供電。FET62、64、66及68代表在前面圖1、2和3的討論中所引用的FET。
現(xiàn)參照?qǐng)D5A、5B1-5B4、5C1-5C9、5D1-5D9，圖中示出實(shí)現(xiàn)圖1功率放大系統(tǒng)的示意的電路圖。
顯然，本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員現(xiàn)在可以在不背離本發(fā)明概念的前提下，對(duì)本文中公開(kāi)的特定裝置和技術(shù)作出多種運(yùn)用和改變。因此，將把本發(fā)明視為涵蓋本文所公開(kāi)的所有新穎的特征和新穎的特征組合并且僅受限于所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種多通道電功率放大系統(tǒng)，它被構(gòu)造和設(shè)置成將電功率量P分配到耦合到其上的總電負(fù)載，所述系統(tǒng)包括n個(gè)功率放大器通道，它們將所述功率放大系統(tǒng)耦合到所述電負(fù)載的一部分，每個(gè)所述放大器通道用于把所述電功率P的一部分分配到所述總電負(fù)載的對(duì)應(yīng)的一部分，每個(gè)功率放大器通道具有功率分配量，其中，至少一個(gè)所述功率放大器通道被構(gòu)造和設(shè)置成具有顯著大于P/n的功率分配量，并且其中所述多個(gè)放大器通道的所述功率分配量的總和顯著大于P。
2.如權(quán)利要求1所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述各功率放大器通道中的所述至少一個(gè)功率放大器通道被構(gòu)造和設(shè)置成具有基本上等于P的功率分配量。
3.如權(quán)利要求1所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述各功率放大器通道中的多于一個(gè)的功率放大器通道被構(gòu)造和設(shè)置成具有顯著大于P/n的功率分配量。
4.如權(quán)利要求3所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述各功率放大器通道中的所述多于一個(gè)的功率放大器通道包括開(kāi)關(guān)放大器。
5.如權(quán)利要求3所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述各功率放大器通道中的所述多于一個(gè)功率放大器通道被構(gòu)造和設(shè)置成具有基本上等于P的功率分配量。
6.如權(quán)利要求3所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述各功率放大器通道中所有功率放大器通道被構(gòu)造和設(shè)置成具有顯著大于P/n的功率分配量。
7.如權(quán)利要求6所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述各功率放大器通道中的所述所有功率放大器通道包括開(kāi)關(guān)放大器。
8.如權(quán)利要求6所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述n大于2，并且所述功率放大器通道包括熱產(chǎn)生元件，所述多通道電功率放大系統(tǒng)還包括具有至少一個(gè)基本上平的表面的散熱器和所述平的表面上的用于所述熱產(chǎn)生元件的安裝點(diǎn)，其中所述n個(gè)功率放大器通道的所述安裝點(diǎn)是不共線(xiàn)的。
9.如權(quán)利要求6所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于還包括單個(gè)電源，它耦合到全部所述放大器通道，用于向全部所述通道提供電功率。
10.如權(quán)利要求3所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于全部所述功率放大器通道被構(gòu)造和設(shè)置成具有基本上等于P的功率分配量。
11.如權(quán)利要求1所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述各功率放大器通道中的所述至少一個(gè)功率放大器通道包括開(kāi)關(guān)放大器。
12.如權(quán)利要求1所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述多個(gè)放大器通道的所述功率分配量的總和為nP。
13.如權(quán)利要求1所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于還包括用于將線(xiàn)路電流轉(zhuǎn)化為直流電流的電源，所述電源被構(gòu)造和設(shè)置成提供基本上等于P的功率。
14.一種被構(gòu)造和設(shè)置成提供電功率總量P的多通道電功率放大系統(tǒng)，它包括；多個(gè)用電裝置，所述裝置代表電負(fù)載；n個(gè)功率放大器通道，每個(gè)放大器通道都耦合到所述電負(fù)載的一部分，所述多個(gè)功率放大器通道中的每個(gè)功率放大器通道用于把所述電功率總量P的一部分提供給所述電負(fù)載的所述一部分，其中，所述各電功率部分之一顯著地超過(guò)P/n；用于接收多個(gè)輸入信號(hào)的多個(gè)輸入通道；以及選擇性地為所述輸入信號(hào)確定從所述多個(gè)輸入通道中的任一個(gè)通道到所述各功率放大器通道中的任一個(gè)通道的路由的電路。
15.如權(quán)利要求14所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于由所述一個(gè)通道負(fù)載接收的電功率基本上等于P。
16.如權(quán)利要求14所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于由所述各通道中多于一個(gè)通道提供的功率顯著地超過(guò)P/n。
17.如權(quán)利要求16所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述各功率放大器通道中所述多于一個(gè)功率放大器通道包括開(kāi)關(guān)放大器。
18.如權(quán)利要求1 4所述的多通道電功率放大系統(tǒng)，其特征在于所述各功率放大器通道中的至少一個(gè)包括開(kāi)關(guān)放大器。
全文摘要
多通道電功率放大系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置成把功率量P分配給與其耦合的總負(fù)載。系統(tǒng)包括n個(gè)功率放大通道，它們將功率放大系統(tǒng)耦合到電負(fù)載的一部分。每個(gè)放大器通道將所述電功率P的一部分分配給所述電負(fù)載的一部分。每個(gè)功率放大通道具有功率分配量，至少一個(gè)功率放大通道的功率分配量顯著大于P/n。多個(gè)放大器通道的功率分配量的總和顯著大于P。
文檔編號(hào)H03F3/21GK1476164SQ03122909
公開(kāi)日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者D·S·皮爾斯, D S 皮爾斯 申請(qǐng)人:伯斯有限公司