[發明專利]開關模式放大器操作

有效

• 申請號: 201310435289.5
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103633952B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 艾?！ぜ鳌ぐ⒓{扎瓦
• 申請（專利權）人: 黑莓有限公司
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 閆曄

技術領域

本公開總體上涉及開關模式信號放大器，且更具體地涉及多輸出電平開關模式功率放大器的高效操作。

背景技術

在很多應用中將開關模式放大器(有時也被稱為“D類”放大器)作為信號放大器加以并入，特別是在重視高效率電功率利用的應用中。并入開關模式放大器的應用包括：揚聲器放大器、超聲波換能器驅動器、電機速度控制器、LED亮度控制器、以及很多其他放大或輸出電壓控制應用。開關模式放大器通過在導電和不導電狀態之間快速切換輸出元件(例如，晶體管)來工作，以創建脈沖輸出波形。通常以比要放大或產生的信號的最高頻率分量大得多的頻率來切換輸出元件。輸出元件被配置為傳導的持續時間相對于輸出元件被配置為不傳導的持續時間控制了由放大器向負載傳遞的電壓的短期平均。使用用于移除開關切換分量的低通濾波來產生由脈沖寬度持續時間所表示的所需較低頻率信號。在一個示例中，負載并入了電抗組件，包括能量存儲器件，例如：電感器、電容器、或任何其他電學結構，以執行電壓平均功能并實現該低頻濾波，以允許負載僅在使用輸出電壓的短期平均的情況下工作。開關模式放大器的開/關特性一般導致高功率效率，特別是在與具有有源組件的放大器進行比較時，該放大器使用線性工作模式對信號進行放大。

本說明書描述了包括一個或多個電抗組件的電路。清楚的是：所述電抗組件能夠是嚴格電抗的，實質上電抗的，或呈現出具有大電抗分量的阻抗。在電感的示例中，大多數實際電感具有電抗分量以及電阻分量，其中，電阻分量可以忽略或很小。如果組件具有電抗分量，即虛數電感分量，則能夠將該分量表征為實質上是電抗，其導致流經該器件的、隨時間變化的電流的相移取決于在該器件上的隨時間變化的電壓。在不考慮器件的電阻的情況下，這種分量引入了在對器件施加的電壓和電流之間的相移。在不考慮阻抗值的實數分量的值的情況下，可以將包括虛數在內的阻抗值的分量視為實質上是電抗的。

盡管開關模式放大器一般在將供電功率轉換為所需輸出信號方面是高效的，已注意到開關模式放大器的效率隨著輸出信號的輸出功率的降低而下降。當以開關模式放大器的總輸出功率容量的一小部分來產生輸出信號時，產生非常短的持續時間輸出脈沖，且向輸出負載傳遞的由放大器消耗的功率量下降。

因此，當放大器在較大的動態范圍上工作時，開關模式放大器的效率和性能受限于從電源到輸出信號的低效能量轉換。

附圖說明

附圖用于進一步說明各實施例并解釋全部根據本公開的各原理和優點，其中，在各視圖中，相似的附圖標記指代相同或功能上相似的元素，且它們與以下具體實施方式一起被并入說明書中并形成了說明書的一部分，在附圖中：

圖1示出了根據示例的手持音頻設備；

圖2示出了根據一個示例的音頻放大器子系統；

圖3示出了根據一個示例的開關模式放大器輸出驅動器；

圖4示出了根據一個示例的切換配置表；

圖5示出了根據一個示例的正弦波形的脈沖寬度調制(PWM)表示；

圖6示出了根據一個示例的多電平PWM調制器設計；

圖7示出了根據一個示例的電抗分壓器電荷平衡過程；

圖8示出了根據一個示例的最小量值輸出切換過程；以及

圖9是電子設備及其關聯組件的框圖。

具體實施方式

根據需求，本文中公開了詳細的實施例；然而應當理解：所公開的實施例僅是示例且下文所述系統和方法可以用各種形式來體現。因此，不應將本文所公開的具體結構和功能細節解釋為限制性的，而僅僅應作為權利要求的基礎以及教導本領域技術人員以各種方式以實質上任何恰當的詳細結構和功能來使用所公開的主題的代表基礎。此外，本文所使用的術語和短語不意在進行限制，而是提供可理解的描述。