[發明專利]自適應偽閉環電荷泵電路

有效

• 申請號: 201910286616.2
• 申請日: 2019-04-10
• 公開（公告）號: CN109905813B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 馮之因
• 申請（專利權）人: 啟攀微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H04R3/12
• 分類號: H04R3/12;H02M3/07
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 俞滌炯

本發明涉及一種電子技術領域，具體涉及一種自適應偽閉環電荷泵電路，可以根據應用環境自動切換電荷泵環路狀態，所述自適應偽閉環電荷泵電路包括：一閉環電荷泵電路，用于升壓產生額定輸出電壓；一檢測電路，用于檢測輸入輸出電壓、輸出電流、音頻輸入信號等系統應用環境；一環路選擇電路，通過判斷所述系統應用環境閉合或斷開升壓反饋通路；一組環路控制開關，連接所述檢測電路，控制所述控制信號的傳遞方向，于開環和閉環之間切換。本發明所述一種自適應偽閉環電荷泵電路，實現實時檢測輸入電壓和輸出功率等應用環境，選擇最優的環路控制方式，進行升壓輸出，不僅降低了靜態功耗，提升效率，而且又減小了輸出紋波的幅度。

技術領域

本發明涉及一種電子技術領域，尤其涉及一種自適應偽閉環電荷泵電路。

背景技術

在如今的音頻功放市場中，大音量、低失真的DG類功放(Class-D+DC-DC)逐漸占據主導。D類功放自身的高效率特征，加之不輸AB類功放的總諧波失真加噪聲(THD+N)表現，使其備受青睞。而在便攜式應用系統中，DC-DC升壓模塊102，更是將D類功放的輸出范圍，亦即輸出功率，進一步提升，從而產生了新的音頻功率放大模式，DG類音頻功率放大器。圖1給出了一種典型的DG類音頻功率放大器結構，其中包括一D類音頻放大調制電路101，用于將輸入的音頻信號轉換成固定開關頻率的脈沖寬度調制(PWM)信號，而驅動電路103利用該PWM信號進行揚聲器104的驅動；不同于傳統D類放大器的是，其中驅動電路103的電源由DC-DC升壓電路102提供。因此，升壓輸出的噪聲和紋波將直接附加于音頻驅動輸出上，而系統效率為D類音頻放大器101、驅動電路103的效率和升壓電路102的效率之乘積。而其中，Boost升壓電路，因其較高的效率，被一些系統選擇用以實現升壓功能。然而，昂貴的電感價格和嚴重的電磁干擾使得更多的用戶對其望而卻步，轉而選擇效率略低，但干擾更小，價格更便宜的電荷泵升壓方案。

為了彌補電荷泵天生效率上的不足，業界工程師們逐漸放棄了穩定的閉環電荷泵控制電路，采用開環應用輔以過壓保護來實現更高效率的電荷泵設計。然而，開環設計的電荷泵在達到額定電壓后，將處于斷續工作狀態，因此會在輸出端產生電壓紋波。該電壓紋波由回滯電壓決定，而紋波頻率還與負載電容和負載電流相關。換言之，在確定的回滯電壓(芯片設計)和負載電容(系統設計)的應用條件下，一定存在一個負載電流范圍，使得輸出電壓的紋波頻率處于音頻范圍內。盡管Class-D自身有一定的電源抑制能力，但在當今低失真、低噪聲的市場需求下，該紋波將直接影響音頻系統的噪聲特性。

另一方面，被拋棄的閉環電荷泵結構卻擁有更小的輸出紋波和更高的紋波頻率。但是，正因為閉環電荷泵結構的常時工作狀態，及其兆級的開關頻率，使其具有更高的靜態功耗。更嚴重的是，在中等負載和重載的情況下，非完全導通的開關MOS具有更高的等效阻抗和更大的輸出壓降，使得系統效率下降異常顯著。

發明內容

本發明的目的，在于取兩種結構之優點，調和上述矛盾，提出了一種自適應環路控制電路，有效地平衡系統效率和輸出紋波的矛盾。該控制電路的特點在于，實時檢測輸入電壓和輸出功率等應用環境，選擇最優的環路控制方式，進行升壓輸出，即降低了靜態功耗，提升效率，又減小了輸出紋波的幅度。

為了實現上述目的，包含本發明的DG類音頻功放框架如圖2所示，D類音頻功率放大調制電路101，D類音頻驅動103，揚聲器104均可沿用現有的設計結構，而誤差放大器221，電荷泵驅動電路222和分壓反饋電路223所構成的閉環電荷泵電路也與現有設計結構相同。而本發明所提出的自適應偽閉環控制電路的核心在于電荷泵檢測電路224及其輸出信號225的控制方式。電荷泵檢測電路的功能包括但不僅限于：輸入電壓檢測、輸出電壓檢測，輸出負載/電流檢測，音頻輸入信號檢測；并通過相關檢測結果，判斷電荷泵所需的工作方式，包括但不僅限于：閉環升壓輸出、開環升壓輸出、電源直通輸出；最終再通過控制信號實時改變環路及驅動方式，從而實現驅動方式的最優化，有效緩和電荷泵輸出噪聲與效率之間的矛盾。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：