[實(shí)用新型]D類放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520802684.7
• 申請日: 2015-10-15
• 公開（公告）號: CN204993263U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州硅星科技有限公司
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄧佳

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種放大器，尤其是一種D類放大器。

背景技術(shù)

D類放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數(shù)字信息變換成PWM(脈沖寬度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號，然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關(guān)器件通斷，以驅(qū)動揚(yáng)聲器的放大器。

相比A類、B類及AB類等模擬放大器，D類放大器的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是效率高。忽略掉所有寄生，理論上D類放大器可以達(dá)到100％的效率。但實(shí)際上，寄生是不能忽略的，D類放大器耗散的功率主要是在橋式功率管開關(guān)損耗上，功率管開關(guān)損耗主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：導(dǎo)通時(shí)開關(guān)導(dǎo)通電阻上的損耗，導(dǎo)通關(guān)斷過程對柵極充放電的損耗，導(dǎo)通關(guān)斷過程開關(guān)漏源電流電壓乘積損耗。

通常導(dǎo)通電阻損耗與柵極驅(qū)動損耗兩者之間互為約束。為了減小開關(guān)導(dǎo)通電阻，需要加大開關(guān)尺寸，而開關(guān)的尺寸與柵極的寄生電容成正比關(guān)系，越大的尺寸引起越大的柵極驅(qū)動損耗。

傳統(tǒng)對功率管柵極的驅(qū)動，以MOSfet為例，在把柵極從低電平驅(qū)動到高電平的過程中會有(1/2)*Cgs*Vgs*Vgs的能量消耗在驅(qū)動電路柵極對驅(qū)動電源通路的寄生電阻上(其中，Cgs為柵極對地的等效電容，Vgs為柵極相對于源極的驅(qū)動電平)，而在把柵極從高電平驅(qū)動到低電平的過程，會有(1/2)*Cgs*Vgs*Vgs的能量直接消耗在柵極對地通路的寄生電阻上。因此在一個(gè)完整的驅(qū)高及驅(qū)低過程中，會有Cgs*Vgs*Vgs的能量消耗在驅(qū)動通路內(nèi)阻上。基于此，有必要提供一種快速、無損驅(qū)動開關(guān)功率管的方案。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種D類放大器及其無損驅(qū)動方法，以實(shí)現(xiàn)無損地把柵電容驅(qū)高及驅(qū)低。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種D類放大器，包括調(diào)制器、無損驅(qū)動電路和橋式電路，所述調(diào)制器通過無損驅(qū)動電路與所述橋式電路連接，所述無損驅(qū)動電路包括電源、多個(gè)開關(guān)、電感、用于控制所述開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)的時(shí)序產(chǎn)生器和用于測量所述橋式電路中的MOS管柵極及源極之間電壓的電壓探測器，所述電源通過所述開關(guān)及電感與所述橋式電路中MOS管的柵極連接，所述調(diào)制器和電壓探測器均與所述時(shí)序產(chǎn)生器連接，通過所述時(shí)序產(chǎn)生器控制所述開關(guān)的通斷使得所述電源通過電感與所述MOS管連接以為MOS管的柵極與源極之間的寄生電容充電或使得已儲能的所述電感給所述MOS管的所述寄生電容充電，通過所述時(shí)序產(chǎn)生器控制所述開關(guān)的通斷使得所述MOS管的所述寄生電容經(jīng)所述電感接地放電或經(jīng)所述開關(guān)、電感接電源放電給所述電源。

進(jìn)一步地，所述時(shí)序產(chǎn)生器根據(jù)所述調(diào)制器輸出的調(diào)制信號中的上跳沿產(chǎn)生對MOS管充電的控制信號，所述時(shí)序產(chǎn)生器獲得所述電壓探測器探測到的電壓，并在MOS管的柵極及源極之間電壓達(dá)到一設(shè)定值時(shí)產(chǎn)生切斷MOS管充電過程的控制信號，所述時(shí)序產(chǎn)生器根據(jù)所述調(diào)制器產(chǎn)生的調(diào)制信號中的下跳沿產(chǎn)生對MOS管放電的控制信號，所述時(shí)序產(chǎn)生器獲得所述電壓探測器探測到的電壓，并在MOS管的柵極及源極之間電壓達(dá)到另一設(shè)定值時(shí)產(chǎn)生切斷MOS管放電過程的控制信號。

進(jìn)一步地，還包括用于測量所述電感電流的電流探測器，所述電流探測器與所述時(shí)序產(chǎn)生器連接，所述時(shí)序產(chǎn)生器能夠根據(jù)所述電流探測器檢測的電感電流信號控制所述開關(guān)的通斷，進(jìn)而使得所述電源為電感補(bǔ)充電流。

進(jìn)一步地，所述橋式電路為半橋電路或全橋電路。

進(jìn)一步地，所述橋式電路為全橋電路，且包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源極均接地，多個(gè)所述開關(guān)包括第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)和第六開關(guān)，所述電源通過所述第一開關(guān)、電感和第六開關(guān)與第一NMOS管的柵極連接，所述第二開關(guān)的一端接地，另一端通過所述電感、第六開關(guān)與第一NMOS管的柵極連接，所述第一NMOS管的柵極通過所述第五開關(guān)、電感與第四開關(guān)的一端連接，所述第四開關(guān)的另一端接地，所述第一NMOS管的柵極通過所述第五開關(guān)、電感和第三開關(guān)與所述電源連接，所述電源通過所述第一開關(guān)、電感和第八開關(guān)與第二NMOS管的柵極連接，所述第四開關(guān)通過所述電感、第七開關(guān)與第二NMOS管的柵極連接，所述第二NMOS管的柵極通過所述第七開關(guān)、電感與第四開關(guān)的一端連接，所述第二NMOS管的柵極通過所述第七開關(guān)、電感和第三開關(guān)與所述電源連接。

進(jìn)一步地，所述電感的一端通過所述第二開關(guān)接地，另一端通過所述第三開關(guān)接所述電源，用于將電感中電流回收給所述電源。