[發明專利]大功率數字功放輸出電路

有效

• 申請號: 201310296796.5
• 申請日: 2013-07-13
• 公開（公告）號: CN103401449A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 侯彥賓;周國強;孫萬蓉;韓明;付石磊;楊子鋒;賈海龍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/5387;H02M3/07;H02M1/44
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于電子電路技術領域，特別涉及大功率數字功放輸出電路，可應用于數字音頻功率放大系統。

背景技術

近年來，我國音頻功放行業迅速發展，國內生產技術不斷提升。隨著音頻設備數字化技術的不斷發展和對高保真音頻設備的需要，人們認識到對于數字音頻功率放大器的開發和設計的重要性。因此，對數字音頻信號直接進行處理的數字放大技術就具有了很大的應用前景。傳統的模擬功放一般采用工頻變壓器電源和AB類功放，效率低、體積大、笨重，應用場合受到很大的限制。而數字功放正是由于其在體積、重量、效率和可靠性等方面的明顯優勢，近年來得到迅速的發展。

目前數字功率放大系統在算法上已經成熟，關鍵是后級的逆變濾波輸出電路。這一部分直接關系到功率放大后輸出波形的好壞。目前后級輸出包括：正負相串聯拓撲電路，單個開關管組成的橋式逆變電路，濾波電路，開關管緩沖電路等。這種電路結構由于在每一路拓撲電路中都要實現正負相波形的輸出，致使電路結構復雜，電路利用率低，級聯路數多；同時由于采用單個開關管組成的橋式逆變電路，致使逆變電路橋臂耐壓低，從而限制系統輸出功率不能滿足3KW以上功率要求；此外由于濾波器電感設計采用單一電感，致使濾波器體積龐大，散熱差，電磁干擾嚴重，影響濾波器濾波效果。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種大功率數字功放輸出電路，以簡化電路結構，減小電磁干擾，提高輸出功率，使其滿足3KW以上的功率要求。

為了實現上述目的，本發明包括：

功率模塊，用于提供功率放大的能量，其包括n個功率子模塊，1≤n≤46，這些子模塊的功率疊加后輸出給逆變模塊；

逆變模塊，根據功率模塊輸入的放大信號生成完整的疊加信號，輸出給濾波模塊；

濾波模塊，對逆變模塊輸入的疊加信號進行濾波，輸出功率放大信號；

其特征在于：

所述的功率模塊，包括16個階梯調制功率子模塊，1個脈沖寬度調制功率子模塊和1個冗余子模塊，每一個子模塊產生一路正向放大信號；根據放大倍數選用m個階梯調制功率子模塊與1個脈沖寬度調制功率子模塊串聯，1≤m≤16，該階梯調制功率子模塊用來構成功率放大的整數部分，該脈沖寬度調制功率子模塊用來構成功率放大的小數部分，該冗余子模塊用于作為階梯調制功率子模塊和脈沖寬度調制功率子模塊的備份；

所述的逆變模塊，包括4個電路結構相同的串聯子模塊，該4個串聯子模塊兩兩串聯組成兩個橋臂，用于生成兩個大小相等、相位相反的信號；

所述的濾波模塊，采用二階低通濾波器，該二階低通濾波器采用三個規格相同的電感線圈L1、L2、L3與濾波電容串聯組成，這三個電感線圈的擺放位置是L2垂直于L1和L3，以減少三個電感線圈之間的相互干擾和對其他器件的干擾。

作為優選，所述的16個階梯調制功率子模塊，1個脈沖寬度調制功率子模塊和1個冗余子模塊，電路結構相同，每個功率子模塊由直流電源DC1、絕緣柵雙極性晶體管Q1、兩個二極管D1、D2、兩個電容C1、C2及電阻R1組成；

該絕緣柵雙極性晶體管Q1，其柵極接控制信號，發射極分別與第二個二極管D2的負極、正向輸出端OUT+和電容C2連接，集電極分別與直流電源DC1的正極、電容C1的正極、電阻R1和第一個二極管D1的正極連接；第二個二極管D2的正極分別與直流電源DC1的負極、電容C1的負極和負向輸出端OUT-連接。

作為優選，每個串聯子模塊，包括兩個絕緣柵雙極型晶體管Q2和Q3，兩個二極管Dg1、Dg2，6個電阻R11、R12、R21、R22、Rg1、Rg2，4個電容Ca1、Cb1、Ca2、Cb2；

該絕緣柵雙極性晶體管Q2與Q3串聯；

該絕緣柵雙極性晶體管Q2的柵極通過電阻Rg1與二極管Dg1的負極連接，集電極通過并聯的電阻電容R11、Ca1與二極管Dg1的正極連接，發射極通過并聯的電阻電容R12、Cb1與二極管Dg1的正極連接；

該絕緣柵雙極性晶體管Q3的柵極通過電阻Rg2與二極管Dg2的負極連接，集電極通過并聯的電阻電容R21、Ca2與二極管Dg2的正極連接，發射極通過并聯的電阻電容R22、Cb2與二極管Dg2的正極連接。

本發明具有如下優點：