[發明專利]高效音頻放大器系統

有效

• 申請號: 201110274413.5
• 申請日: 2011-06-14
• 公開（公告）號: CN102386867A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: G·R·斯坦利
• 申請（專利權）人: 哈曼國際工業有限公司
• 主分類號: H03F3/68
• 分類號: H03F3/68
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 高巍;沙捷

相關申請的交叉引用

本申請申明享有2010年6月14日申請的號碼為61/354565的美國臨時專利申請和2011年6月10日申請的序號為13/158250的美國專利申請的優先權，所述專利申請都以引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明總體涉及音頻放大器，更具體地涉及高效音頻放大器系統。

背景技術

放大器用于放大輸入信號并產生放大的輸出信號。在某些應用中，起音頻放大器作用的放大器用于接收作為輸入信號的音頻信號，并產生作為輸出信號的放大音頻信號。基于其工作特性，可將放大器分為不同種類。放大器的示例分類包括A類、B類、AB類、C類和D類。A類、B類和AB類放大器通常被視為模擬設計。D類放大器由于其開關模式工作而通常被視為開關設計。A類、B類和AB類放大器運行時通常比D類放大器有更高損耗，因此效率更低。當為放大器供電的電源有限時，運行效率可能是重要的考慮因素。此外在設計放大器時，制造放大器的部件的成本可能是關注點。

發明內容

高效音頻放大器可實現為專用集成電路(ASIC)。該放大器可以是音頻放大器，包括并聯耦合的第一輸出級和第二輸出級。第一輸出級可以是耗散輸出級，例如AB功率級(power?stage)。第二輸出級可以是開關模式功率級，例如電流波形優化的開關模式級或D類功率級。開關模式輸出級可通過使用脈寬調制器來以脈寬調制(PWM)運行。第一和第二輸出級可協同運行以用放大的輸出信號驅動負載。在一實例中，輸入信號可以是音頻信號，而放大的輸出信號可驅動諸如一個或多個擴音器的負載。

為了獲得高效的工作，第一輸出級可在任意輸入信號幅度處運行，而第二輸出級可被選擇性地停用和啟動。可基于第一輸出級的工作，選擇性地啟動和停用第二輸出級。可基于放大輸出信號的預定的閾值幅度或大小來控制第二輸出級的工作。工作期間，當輸入音頻信號不存在或非常小時，例如靜態期間，第二輸出級可被停用而第一輸出級可獨立運行以提供放大的輸出信號。當放大的輸出信號超過預定閾值時，可啟動第二輸出級的工作以與第一輸出級協同運行。當啟動第二輸出級時，第二輸出級可交叉運行以最小化放大輸出信號中的紋波電流。當啟動第二輸出級時，第一輸出級可繼續作為有源濾波器工作，以去除放大輸出信號中的誤差。當輸入信號再次下降到閾值以下時，可再次停用第二輸出級，而負載僅由第一輸出級供電。

第二輸出級可具有多個開關輸出級，每一輸出級具有多個開關。開關輸出級中的開關可交叉運行以最小化放大輸出信號中的紋波電流。包含在高效率音頻放大器系統中的調制器，例如脈寬調制器，可從至少一個電流感測器中接收電流信號。該電流信號可指示各開關輸出級中相應至少一個開關輸出級的電流。可處理該電流信號，以提供表示包括在每個開關輸出級中的開關的切換轉換周期以外在開關輸出級中的電流的電流信號的平均值。為了平衡各個開關輸出級中每一個的輸出電流，所處理的電流信號可由調制器用于控制包含在開關輸出級中的開關的切換。

本發明的其他系統、方法、特征和優點在本領域技術人員研究了下列附圖和詳細說明后會或將變得顯而易見。打算將所有這些另外的系統、方法、特征和優點包含于此說明書中，包含于本發明的范圍內，并由下列權利要求所保護。

附圖說明

參考下列附圖和描述可更好地理解本發明。圖中的組件并不一定依比例繪制，而重點放置在說明本發明的原理上。此外，在圖中，同樣的參考標號在所有不同視圖中一直表示對應的部件。

圖1是具有多個輸出級的音頻放大器的第一實例。

圖2是具有多個輸出級的音頻放大器的第二實例。

圖3是具有多個輸出級的音頻放大器的第三實例，其中某些輸出級使用交叉操作。

圖4是音頻放大器的各種交叉階數的峰值紋波電流相對于占空比的標準曲線圖。

圖5是具有N＝2的交叉運行輸出級的音頻放大器的第四實例。

圖6是具有N＝4的交叉運行輸出級的音頻放大器的第五實例。

圖7是N＝2交叉開關模式音頻放大器所用的調制器的實例。

圖8是N＝4交叉開關模式音頻放大器的調制器的實例。

圖9是高效音頻放大器系統的操作流程圖實例。

圖10是圖9操作流程圖實例的第二部分。

具體實施方式