[發明專利]D級數字放大器

無效

• 申請號: 00805890.3
• 申請日: 2000-03-27
• 公開（公告）號: CN1347589A
• 公開（公告）日: 2002-05-01
• 發明（設計）人: 普羅斯伯·達漢;隆·卡路斯
• 申請（專利權）人: 數字動力系統股份公司
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 馮譜

本發明涉及數字放大器。

參照資料

除在本說明書中參考的專利外，詳細參考：

[1]“Pulse?Edge?Delay?Error?Correction(PEDEC)-A?Novel?PowerStage?Error?Correction?Principle?for?Power?Digital-Analog?Conversion(脈沖沿誤差校正(PEDEC)-一種用于數模轉換的新穎功率級誤差原理)”by?Karsten?Nielsen，Proceedings?of?the?103rd?Convention?of?the?AudioEngineeering?Society(聲頻工程協會的第103次會議會刊)，1997年9月。

[2]“A?Review?and?Comparison?of?Pulse?Width?Modulation(PWM)Mehtods?for?Analog?and?Digital?Input?Switching?Power?Amplifiers(用于模數輸入切換功率放大器的脈沖寬度調制(PWM)方法的回顧和比較)”byKarsten?Nielsen，Proceedings?of?the?102^nd?Convention?of?the?AudioEngineeering?Society(聲頻工程協會的第102次會議會刊)，1997年3月。

[3]“All?Digital?Power?Amplifier?Based?on?Pulse?Width?Modulation(基于脈沖寬度調制的全數字功率放大器)”by?Karsten?Nielsen，Proceedings?of?the?96^th?Convention?of?the?Audio?Engineeering?Society(聲頻工程協會的第96次會議會刊)，1994年2月。

D級放大器使用脈沖寬度調制(PWM)技術數字地處理模擬信號，因而導致增大的效率。PWM信號施加到一個提供高輸出電流能力的功率DMOS?H橋。

恒定振幅但變化寬度的高頻方波從調制器輸出。當用來放大聲頻時，這些變寬度脈沖包含聲頻信息。輸出信號必須低通濾波以把聲頻信息與高頻信號相隔離。適當的濾波保證由系統產生的聲音的質量。

圖1是方塊圖，按功能表示一般描繪為10的D級放大器的主要元件。聲頻信號供給到一個輸入級11，輸入級11的輸出由一個PWM調制器12調制，PWM調制器12把模擬輸入信號變成一個恒頻率、變工作循環的PWM信號。這似乎復雜的操作借助于一個設置到一個固定頻率例如250kHz的斜坡發生器和比較器實現。斜坡發生器一般產生一種三角波形，這種波形與模擬輸入信號一起連接到一個比較器。比較器的輸出每次交叉切換模擬輸入信號和三角波形。來自比較器的生成輸出是一個包含模擬輸入信號信息的250kHz?PWM波形。

生成數字信號供給到一個在一種H橋配置中使用有力和有效DMOS晶體管的PWM增益單元13。DMOS晶體管把功率從電源傳遞到一個使用“能量包”、由調制器12產生的PWM信號控制的低通濾波器14。在D級放大器中的晶體管工作在截止或飽和區域中，類似于開關模式電源的操作。以這種方式操作DMOS晶體管使普通與線性功率放大器中的晶體管有關的功率損失最小。然而，與切換狀態和rDS(ON)-這在它處于ON狀態時是DMOS的內部電阻-有關的可忽略損失，是不可避免的。當前，最小化這些損失的程度是高度設計依賴的，并且反映在放大器的整體成本中。如果效率的大部分增益不損失在濾波階段，則包括一個電感器和一個電容器的低通濾波器14要求認真設計。

盡管與常規模擬功率放大器相比改進了D級放大器的效率，但因為如下幾個原因這些電路布局的使用在專業聲頻領域不象期望的那樣廣泛：

1.切換系統的性能對系統的抽樣頻率的直接依賴。這需要不容易得到的元件，強迫選擇投入實用復雜的具體解決方案。

2.重新建造放大聲頻信號的低通濾波器的性能差。

3.在制造可靠高性能(低失真)系統時涉及的困難。

4.在控制系統的傳導和輻射發射以避免對系統元件的有害影響和對其他設備的干擾時涉及的困難。

5.與其線性等效物相比，系統成本(從設計和制造的觀點看毫無疑問更復雜)僅對于中/高功率裝置有競爭力。