[發明專利]用于PWM放大器的反饋控制器

無效

• 申請號: 200680038038.1
• 申請日: 2006-08-11
• 公開（公告）號: CN101288227A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: A·J·馬格拉思;J·韋斯特萊克
• 申請（專利權）人: 沃福森微電子股份有限公司
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217;H03F1/34;H03F1/32;H03F3/30
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 謝靜;楊勇

技術領域

本發明涉及一種用于脈寬調制(PWM)放大器中的反饋控制器，并且涉及一種包括這樣的控制器的放大器電路。本發明還涉及一種控制PWM放大器的方法。

背景技術

PWM技術近來在高保真音頻已經開始普及，給出“D類”或“切換”輸出級。PWM功率放大器還在包括馬達控制的應用范圍中得到應用。

由這些技術提供的高效率最小化了驅動晶體管中消耗的驅動功率，所以小且簡單廉價的封裝甚至可以用于100W的功率放大器，而不是昂貴的專用低熱電阻封裝。系統成本的節約和更小的物理尺寸緣于對散熱需求的降低。在系統電源所要求的降低的電流率也有類似的成本和尺寸節約。

較高的可接受的封裝熱電阻還使得使用標準多管腳封裝能實行，對于輸出功率達到例如10W來說，允許在相同的集成電路上實現其它數字或小信號模擬功能，從而減低整個系統的成本重量以及物理體積并改善可靠性。

使用簡單輸出級的一個問題是，對于給定輸入PWM占空比來說，輸出幅度直接與電源電壓成正比。因此電源上的任何波動都將與所應用的音頻信號互調。類似地，電源上任何取決于信號的波動都將產生諧波。而且輸出驅動級將不是理想的開關：輸出晶體管和前級驅動將具有有限并可變的開和關時間。而且當電感回描導致電流流入具有非線性和可變特性的輸出箝位二極管時，也可以有周期。

美國專利4,249,136(Suzuki等人)公開了一種其中在PWM放大器周圍應用反饋以抑制這些調制效應的裝置。輸入信號是2級PWM信號，其比作由電源開關產生的PWM輸出信號的衰減版本。產生的誤差信號被積分回路濾波器過濾并與零電壓參考進行比較，該濾波器在音頻信號頻率范圍中具有高增益但拒絕較高頻率。比較器的輸出用于控制包括一對功率晶體管的電源開關。如此，輸出幅度現在基本僅由應用于Vin的PWM波形的幅度(和占空比調制)限定，并且變得更加與電源電壓無關。

然而，更深入的估計以及實際經驗顯示該電路僅在有限的電源電壓范圍內令人滿意地運行，這限制了系統電源的精確度要求。此外，尤其對于低成本應用來說，電源很可能在d.c.下具有較差的負載調節，并且在高音頻頻率具有甚至更差的負載調節。隨著電源電壓由于負載電流要求而降低，反饋使得輸出脈沖寬度增加來補償以保持輸出音頻頻率信號的幅度。如果調制指數高，在脈沖寬度值的峰值可以增加至鄰近輸出脈沖彼此沖突的程度，使得降低脈沖重復頻率(PRF)。這是個問題，因為這引入了低頻載波分量，該分量將不被輸出濾波器充分衰減并且將產生不良的非諧波音頻失真。

而且隨著電感將能量返回電源，D類放大器可以經歷稱為“電源泵(supply?pumping)”的效應，其中由于在降低信號期間電流從輸出電感被反饋到電源，電源電壓可能增加和降低。如果電流要求突然下降，由于電源的輸出電感或低負載調節帶寬，電源電壓也可以升高。

如還在US?6,140,875中討論的，具有反饋控制的PWM放大器在這些條件下可以呈現高頻振蕩。這些高頻振蕩將干擾反饋回路，可能給出總音頻失真。它們還可以損害輸出級的效率，可能使得輸出級過熱或甚至破壞。US’875中建議的僅有的解決方案是使輸入調制深度保持低，并且配置放大器具有另外的補償增益，但是這限制了放大器在正常條件下的性能。

發明內容

本發明的目的是使得能夠提供具有反饋控制回路的PWM放大器，該反饋控制回路在電源電壓變化的情況下更健壯。特別希望避免不必要的高頻活動并且消除寄生低頻輸出信號分量。

在所提出的發明中，通過引入脈沖約束邏輯來解決這些問題，其確保對于每個輸入脈沖，僅有一個輸出脈沖。相信這是對該結構的新的改進。

本發明提供了一種用于PWM放大器的反饋控制器，該控制器包括：

信號輸入，用于接收其占空比表示所希望的模擬輸出信號的脈沖寬度調制(PWM)輸入信號；反饋輸入，用于接收表示放大器的實際PWM輸出信號的反饋信號；用于產生過濾的誤差信號的裝置，該誤差信號包括輸入信號和反饋信號之間過濾的差表示；用于將過濾的誤差信號與參考進行比較的裝置，以產生用于控制PWM放大器的臨時PWM切換控制信號；以及被配置為接收臨時PWM切換控制信號和PWM輸入信號的脈沖調節器，用于向放大器輸出調節的PWM切換控制信號，調節的PWM切換控制信號包括根據與PWM輸入信號相關的預定約束修改的臨時PWM切換控制信號。