[發明專利]具有可調環路濾波器特性的D類音頻放大器

有效

• 申請號: 201380022679.8
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN104272589B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 米克爾·霍耶爾比
• 申請（專利權）人: 梅魯斯音頻有限公司
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,吳孟秋

技術領域

本發明涉及一種D類音頻放大器，其包括脈寬調制器、可調環路濾波器以及反饋環路。該脈寬調制器針對第一輸出驅動器的相應的開關控制端以可調調制頻率生成第一組脈寬調制控制信號。D類音頻放大器的控制器被配置為基于可調調制頻率的頻率設置控制可調環路濾波器的頻率響應特性。

背景技術

D類音頻放大器是眾所周知的一種音頻功率放大器，人們通常認為該放大器通過在揚聲器負載兩端切換脈寬調制(PWM)或脈沖密度調制(PDM)的信號來提供揚聲器負載的節能音頻驅動。D類音頻放大器通常包括H橋驅動器，其具有耦接至揚聲器負載的相應側或端子的一對輸出端，以便在揚聲器兩端應用相反相位的脈寬調制或脈沖密度調制的音頻信號。在現有技術的基于PWM的D類放大器中，利用了用于脈寬調制的音頻信號的幾種調制方案。在所謂的AD調制中，在相反相位中的兩個不同電平之間切換或觸發在H橋的每個輸出端或節點上的脈寬調制音頻信號。這兩個不同的電平通常分別與上部和下部電源軌(power supply rails)相對應，例如，D類放大器的正極和負極DC電源軌。在所謂的BD調制中，在揚聲器負載兩端的脈寬調制信號在三個電平之間交替切換，其中的兩個電平與上述上部和下部DC電源軌相對應，并且第三電源電壓電平是通過同時將揚聲器負載的兩個端子拉入一個DC電源軌中來獲得的零電平。在申請人的共同未決專利申請PCT/EP2011/068873中描述的多電平PWM調制中，為輸出驅動器的一個或多個輸出節點施加第三電源電壓電平，該電平通常被設置為在正極與負極DC電源軌之間的中間電源電平(mid-supply level)，以便例如可通過適當地配置輸出驅動器在揚聲器負載兩端應用3電平或5電平脈寬調制的信號。

本發明人通過根據音頻輸入信號的特定特性來調整脈寬調制器的調制頻率獲得了D類音頻放大器的顯著的性能改進。由于一些原因，例如，EMI發射減少、在輸出開關裝置內減少功率損耗等，故有益于調節調制頻率。然而，通常設計或選擇D類音頻放大器的環路濾波器的頻率響應特性，使得以全輸出功率以及調制頻率的最大設置，元件傳播和生產傳播造成反饋環路在所需要的安全裕度內恰好保持穩定。該環路濾波器設計有優勢地以抑制由在反饋環路內的D類放大器的電路和元件的不理想的特性引入的失真和噪音生成機制。然而，如果選擇比最大頻率設置較低的調制頻率，那么具有可調調制頻率的最大設置的環路濾波器的恰好穩定的設計表示反饋環路易于變得不穩定。另外，例如，這種較低的調制頻率有利于如上所述節省功率。因此，有利地使可調環路濾波器的頻率響應特性適合或適配于調制頻率的當前設置，并且可選地適合或適配于負載功率電平，以在用于脈寬調制器的調制頻率的特定設置的環路穩定性約束內的整個音頻帶寬(20Hz–20kHz)中，獲得反饋環路的可能最高的環路增益。

因此，具有降低的EMI噪音等級的D類音頻放大器是非常可取的。同樣，功效提高的(尤其具有低或小音頻輸入信號電平的)D類放大器也非常有利。最后，期望地減小外部負載電感器和負載電容器的尺寸以為用戶和其他類型的音頻產品提供更緊湊的、高電源效率的、可靠的以及價格低廉的D類放大解決方案。

發明內容

本發明的第一方面涉及一種D類音頻放大器，包括：

-第一輸出驅動器，其包括可連接至揚聲器負載的第一輸出節點，以為其提供負載信號。第一輸出驅動器包括具有耦接在第一電源電壓與第一輸出節點之間的一個或多個半導體開關的上部支腿以及具有耦接在第一輸出節點與第二電源電壓之間的一個或多個半導體開關的下部支腿，其中，每個半導體開關包括開關控制端，該開關控制端適配于控制半導體開關的狀態，以便將半導體開關選擇性地置于打開狀態或關閉狀態中。D類音頻放大器進一步包括：脈寬調制器，用于接收濾波后的音頻信號并且針對第一輸出驅動器的相應的開關控制端以可調調制頻率生成第一組脈寬調制控制信號；

-反饋環路，包括可調環路濾波器和耦合至音頻輸入信號和源自于負載信號的反饋信號的加法節點。

反饋環路被配置為使反饋信號與加法節點耦合。控制器被配置為根據第一組脈寬調制控制信號的可調調制頻率的頻率設置來控制可調環路濾波器的頻率響應特性。