專利名稱：新型數(shù)字音頻功率放大器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字音頻功率放大器的控制方法，特別是10Hz 100kHz頻率范圍的
高效率音頻功率放大器的控制方法。
背景技術(shù)：
模擬式音頻功率放大器因其效率低，體積大，笨重且成本高己經(jīng)跟不上時代的 發(fā)展。而隨著集成電路技術(shù)和功率開關(guān)場效應(yīng)管(MOSFET)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字音頻 功率放大器(簡稱數(shù)字功放)已越來越多的得到應(yīng)用。數(shù)字功放的末級功放管工作在 D類開關(guān)狀態(tài)，理論效率可以達(dá)到100%。效率的提高，可減小發(fā)熱量，從而提高功 放可靠性，減小散熱器，降低體積和重量，節(jié)約成本。
現(xiàn)有的數(shù)字功放有兩種， 一種是反饋信號取自解調(diào)濾波器之前的單環(huán)反饋放大 器。這種放大器的非線性失真較為嚴(yán)重，效果較差。另一種為雙環(huán)反饋，反饋信號同 時取自解調(diào)濾波器之前和之后。解調(diào)濾波器處于環(huán)路控制范圍內(nèi)，從而消除濾波器的 一些非理想特性，效果比單環(huán)反饋放大器好。 這種雙環(huán)反饋放大器的問題有兩個
首先，解調(diào)濾波器通常是二階LC(電感電容)結(jié)構(gòu)，3dB截止頻率設(shè)置為 30kHz 60kHz。當(dāng)解調(diào)濾波器輸出輕載或空載時，會欠阻尼，在截止頻率點(diǎn)附近出現(xiàn) 諧振；當(dāng)濾波器輸出接容性負(fù)載時，截止頻率點(diǎn)會降低，甚至進(jìn)入音頻帶內(nèi)，并在降 低后的截止頻率點(diǎn)附近產(chǎn)生諧振。若反饋信號取自濾波器之后，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性就 成為設(shè)計難題，這是現(xiàn)有的雙環(huán)數(shù)字音頻放大器面臨的問題。常用的解決方法是提高 濾波器阻尼系數(shù)或調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度。提高濾波器阻 尼系數(shù)就是在濾波器內(nèi)附加衰減電阻，這樣勢必增加功放內(nèi)部損耗，影響功放效率； 調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)會大大增加功放控制系統(tǒng)復(fù)雜度，給調(diào)試、生產(chǎn)、成本帶來負(fù) 面影響。
其次，當(dāng)輸入音頻信號不斷增大，而開關(guān)橋的供電電壓是固定的，當(dāng)輸入音頻信 號增大到一定值時，功放輸出會出現(xiàn)限幅現(xiàn)象，此時兩電平調(diào)制器的輸出脈沖信號頻 率會降低，以至于會降到音頻帶內(nèi)。解調(diào)濾波器的截止頻率通常設(shè)置為30kHz 60kHz， 當(dāng)脈沖頻率低于此截止頻率時就無法達(dá)到濾波的效果，不論采用單環(huán)還是雙環(huán)反饋，脈沖頻率都會直接通過濾波器進(jìn)入音箱，給音頻信號帶來嚴(yán)重的失真。
因此，需要對兩電平調(diào)試器輸出的脈沖信號最低頻率進(jìn)行限制，確保能被解調(diào)濾
波器有效濾除不正常的信號；對諧振進(jìn)行檢測、抑制有效保證功放的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型數(shù)字功放的控制方法，以解決數(shù)字功放反饋信號取 自解調(diào)濾波器后的諧振不穩(wěn)定和兩電平調(diào)制器輸出的脈沖信號最低頻率限制問題。
本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到的
一種新型數(shù)字音頻放大器的控制方法，采用雙環(huán)反饋，反饋信號同時取自解調(diào) 濾波器之前和之后，其特征在于在兩電平調(diào)制器之后插入最低開關(guān)頻率限制器，將 兩電平調(diào)制器輸出兩電平的脈沖信號作為最低開關(guān)頻率限制器的輸入信號，控制兩電 平脈沖信號的頻率不低于設(shè)定值；在誤差取樣放大器1上加設(shè)諧振檢測器，將解調(diào)濾 波器之后反饋信號減去音頻輸入信號的差值信號作為諧振檢測器的輸入信號，及時檢 測并抑制諧振。所述最低開關(guān)頻率限制器是定時器和邏輯門構(gòu)成的脈沖信號高、低電 平控制器。所述諧振檢測器是包括門限判決器和模擬光偶構(gòu)成的控制器。
所述最低開關(guān)頻率限制器是由定時器1和非邏輯門、與邏輯門構(gòu)成的高電平控制、 由定時器2和或邏輯門構(gòu)成的低電平控制。
所述模擬光偶由發(fā)光二極管和光敏電阻構(gòu)成，門限判決器是比較器。
所述將解調(diào)濾波器之后反饋信號減去音頻輸入信號的差值信號作為諧振檢測器 的輸入信號是采用模擬運(yùn)算放大器通過微分運(yùn)算獲得。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、 采用了最低開關(guān)頻率限制和諧振檢測、抑制的方法，使功放器的質(zhì)量大 大提高，穩(wěn)定性能大幅增強(qiáng)，功放效率提高，為產(chǎn)品的升級換代開辟了道路，是
音頻設(shè)備的高端產(chǎn)品。
2、 結(jié)構(gòu)非常簡單，可靠，加工制作容易。
3、 成本低廉，易于推廣。


圖1為本發(fā)明的電路圖。
圖2為本發(fā)明的最低開關(guān)頻率限制器結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本發(fā)明的諧振檢測器結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的新型數(shù)字功放控制方法總體如附圖1所示。本發(fā)明釆用了雙環(huán)反 饋技術(shù)，反饋信號同時取自解調(diào)濾波器之前和之后。與現(xiàn)有的雙環(huán)反饋技術(shù)不同的是， 在兩電平調(diào)制器之后插入了最低開關(guān)頻率限制器，確保兩電平脈沖信號的頻率不低于設(shè)定值；在誤差取樣放大器l上附加了諧振檢測器，當(dāng)諧振出現(xiàn)時能及時被檢測，并得到抑制，確保功放穩(wěn)定。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
音頻信號送入功放后分為兩路，分別送取樣誤差放大器1和諧振檢測器，濾波器 后反饋信號經(jīng)微分、比例衰減后也分別送取樣誤差放大器1和諧振檢測器。取樣誤差放大器1用送入音頻信號減去反饋信號，提取出音頻輸入信號和反饋信號的誤差信號作為取樣誤差放大器2的參考信號。
諧振檢測器的輸入信號是用濾波器后反饋信號減去音頻輸入信號，得到的差值信號，差值信號的大小反映諧振的狀況。在沒有諧振時，差值近似為零；當(dāng)諧振時，差值將不為零，諧振越大差值越大。差值信號送到門限判決器，當(dāng)差值信號超過判決門限時，門限判決器將產(chǎn)生輸出信號點(diǎn)亮模擬光偶的發(fā)光二極管。模擬光偶由發(fā)光二極管和光敏電阻構(gòu)成，光敏電阻在沒有光照射的情況下，電阻值很大，會大于1兆歐姆； 在光照射下，光敏電阻的阻值會減小。模擬光偶的光敏電阻并聯(lián)到誤差放大器l的放大臂上，在功放正常工作情況下，光敏電阻不會對功放的工作有任何影響；當(dāng)功放出現(xiàn)諧振時，門限判決器會輸出信號點(diǎn)亮模擬光偶的發(fā)光二極管，光敏電阻在光照下阻值會減小，誤差放大器1的增益會隨著光敏電阻的減小而降低。諧振越嚴(yán)重，光敏電阻阻值越小，放大器的增益越低。通過降低放大器增益抑制諧振，確保整個控制環(huán)路 穩(wěn)定。
反饋信號與音頻輸入信號之間的減法運(yùn)算，可用模擬運(yùn)算放大器，如PHILIPS 公司的NE5532等來實(shí)現(xiàn)。門限判決器可用比較器，如National Semiconductor公司 的LM393來實(shí)現(xiàn)。模擬光偶可以用發(fā)光二極管和光敏電阻自制，也可購買現(xiàn)成的產(chǎn)品。
誤差取樣放大器2用誤差取樣放大器1送入?yún)⒖夹盘枩p去濾波器前反饋信號，所得誤差信號送兩電平調(diào)制器。兩電平調(diào)制器輸出兩電平脈沖信號，當(dāng)功放輸出出現(xiàn)限幅時，脈沖信號會出現(xiàn)持續(xù)的高電平或低電平，導(dǎo)致開關(guān)頻率降低，限幅越嚴(yán)重，開關(guān)頻率越低。
兩電平脈沖信號送到最低開關(guān)頻率限制器。最低開關(guān)頻率限制器工作原理如圖2所示。最低開關(guān)頻率限制器是由定時器l和非邏輯門、與邏輯門構(gòu)成的高電平控制、由定時器2和或邏輯門構(gòu)成的低電平控制。
圖中，定時器l為上升沿置位，下降沿清零，該定時器用于檢測開關(guān)脈沖信號的 高電平持續(xù)時間。當(dāng)高電平持續(xù)時間小于規(guī)定值時，定時器不會產(chǎn)生溢出，輸出恒為 低電平信號；當(dāng)高電平持續(xù)時間超過規(guī)定值，定時器l會產(chǎn)生溢出，輸出一個高電平 窄脈沖信號。
定時器2為下降沿置位，上升沿清零，該定時器用于檢測開關(guān)脈沖信號的低電平 持續(xù)時間。當(dāng)?shù)碗娖匠掷m(xù)時間小于規(guī)定值，定時器輸出恒為低電平信號；當(dāng)?shù)碗娖匠?續(xù)時間超過規(guī)定值，定時器會產(chǎn)生溢出，輸出一個高電平窄脈沖信號。
當(dāng)開關(guān)脈沖信號頻率高于最低開關(guān)頻率設(shè)定值時，定時器l、定時器2均不會產(chǎn) 生溢出，開關(guān)脈沖信號可以直接通過最低開關(guān)頻率限制器，不會有任何改變。當(dāng)開關(guān) 脈沖信號頻率低于最低開關(guān)頻率設(shè)定值，出現(xiàn)持續(xù)高電平時，定時器l會產(chǎn)生溢出， 輸出溢出脈沖，經(jīng)反相器后，通過與邏輯門，將溢出脈沖加在兩電平脈沖信號上，從 而實(shí)現(xiàn)在高電平上強(qiáng)制插入一定時間寬度的低電平；當(dāng)開關(guān)脈沖信號頻率低于最低開 關(guān)頻率設(shè)定值，出現(xiàn)持續(xù)低電平時，定時器2會產(chǎn)生溢出，輸出溢出脈沖，并通過或 邏輯門，將溢出脈沖加在兩電平脈沖信號上，從而實(shí)現(xiàn)在低電平上強(qiáng)制插入一定時間 寬度的高電平。通過高低電平的強(qiáng)行插入，達(dá)到限制低開關(guān)頻率的作用。插入電平的 時間寬窄，會影響兩電平調(diào)制器的調(diào)制效率，通常取300~500ns。最低開關(guān)頻率限制 器采用通用邏輯器件實(shí)現(xiàn)，也可以通過可編程邏輯器件來實(shí)現(xiàn)。
最低開關(guān)頻率限制器輸出的脈沖信號送到驅(qū)動器，驅(qū)動器是將脈沖信號轉(zhuǎn)化為開 關(guān)橋驅(qū)動信號。開關(guān)橋在驅(qū)動信號的控制下，輸出放大的脈沖信號，解調(diào)濾波器將脈 沖信號還原為模擬音頻信號，從通過開關(guān)放大方式實(shí)現(xiàn)模擬音頻信號的放大。
權(quán)利要求
1、一種新型數(shù)字音頻放大器的控制方法，采用雙環(huán)反饋，反饋信號同時取自解調(diào)濾波器之前和之后，其特征在于在兩電平調(diào)制器之后插入最低開關(guān)頻率限制器，兩電平調(diào)制器輸出兩電平的脈沖信號作為最低開關(guān)頻率限制器的輸入信號，控制兩電平脈沖信號的頻率不低于設(shè)定值；在誤差取樣放大器1上加設(shè)諧振檢測器，將解調(diào)濾波器之后反饋信號減去音頻輸入信號的差值信號作為諧振檢測器的輸入信號，及時檢測并抑制諧振；所述最低開關(guān)頻率限制器是定時器和邏輯門構(gòu)成的脈沖信號高、低電平控制器；所述諧振檢測器是包括門限判決器和模擬光偶構(gòu)成的控制器。
2、 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述最低開關(guān)頻率限制器是由 定時器(1)和非邏輯門、與邏輯門構(gòu)成的高電平控制、由定時器(2)和或邏輯門構(gòu) 成的低電平控制。
3、 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述模擬光偶由發(fā)光二極管和 光敏電阻構(gòu)成，門限判決器是比較器。
4、如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于將解調(diào)濾波器之后反饋信號減去音頻輸入信號的差值信號作為諧振檢測器的輸入信號是采用模擬運(yùn)算放大器通過微 分運(yùn)算獲得。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字音頻功率放大器。采用雙環(huán)反饋，在兩電平調(diào)制器之后插入最低開關(guān)頻率限制器，將兩電平調(diào)制器輸出兩電平的脈沖信號作為最低開關(guān)頻率限制器的輸入信號，控制兩電平脈沖信號的頻率不低于設(shè)定值。在誤差取樣放大器1上加設(shè)諧振檢測器，將解調(diào)濾波器之后反饋信號減去音頻輸入信號的差值信號作為諧振檢測器的輸入信號，檢測并及時抑制諧振。最低開關(guān)頻率限制器是定時器和邏輯門構(gòu)成的脈沖信號高、低電平控制器。諧振檢測器是包括門限判決器和模擬光偶構(gòu)成的控制器。本方法使功放機(jī)的質(zhì)量大大提高，穩(wěn)定性能大幅增強(qiáng)，效率提高。是音頻功放的高端產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)簡單，可靠，加工制作容易，成本低廉，易于推廣。
文檔編號H03F3/217GK101202535SQ200710050070
公開日2008年6月18日 申請日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者柯 唐, 楊 張, 羅品貴 申請人:成都天奧電子有限公司