CN102332869B

CN102332869B - 高集成度btl音频功率放大器

Info

Publication number: CN102332869B
Application number: CN201110155195.3A
Authority: CN
Inventors: 王海兵; 易法友; 朱慧
Original assignee: WUXI YOUDA ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: WUXI YOUDA ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2031-06-10
Also published as: CN102332869A

Abstract

本发明公布了一种高集成度BTL音频功率放大器，包括4个放大器、2个跨导放大器以及第一至第九电阻、内部补偿电容、基准电流模块，其中第一、第二放大器提供主通路并作为音频功率放大器的上下驱动单元，第三、第四放大器，以及第一跨导放大器、第五至第八电阻共同组成输出失调补偿模块，第一跨导放大器负责检测BTL两端直流共模失调，反馈到电流控制端微调整电流，进而减小失调，还在输出削波时微调增益使输出两端增益完全相同，使输出功率达到最大、效率最高，基准电流模块负责为第一跨导放大器输出端提供准确的输出中点；第二跨导放大器负责提供除米勒补偿外的***的频率补偿，为***提供足够的相位余量。

Description

高集成度BTL音频功率放大器

技术领域

本发明涉及一种音频功率放大电路，特别涉及BTL应用音频功放中的失调补偿、增益补偿、及相位补偿。

背景技术

在同样电压下，为了得到更高的音频输出功率，都会采用BTL方式应用，如图1所示是一种比较流行的用法，本用法省去了输出耦合电容，也降低外部分压消耗，但是本用法有两个缺点：没有失调补偿电路，输出外部需要补偿电容，BTL应用对电路输出端的失调电压要求特别高，如果失调处理不当，反而会影响静态功耗，还会产生很大的电流声，在大信号输出削波时，如果两端增益有差别，会影响整体的输出效率；另外BTL应用时电路较单声道应用使电路更加不稳定，相位余量变小，一般解决方式是外接100nF的电容，但是本发明改进内部结构，无需外部任何补偿电容。

发明内容

技术问题：本发明主要解决BTL失调及增益不一致问题，及电路稳定性问题。

技术方案：

一种高集成度BTL音频功率放大器，包括4个放大器AMP、2个跨导放大器以及第一至第九电阻、内部补偿电容、基准电流模块，其中第一放大器、第二放大器为主要放大器，提供主通路，所述第三放大器、第四放大器、第一跨导放大器、第五至第八电阻共同组成输出失调补偿模块，同时第三放大器、第四放大器分别是音频功率放大器的上下驱动单元；

第一跨导放大器，负责检测BTL两端直流共模失调，反馈到电流控制端微调整电流，进而减小失调，同时第一跨导放大器还在输出削波时微调增益，使输出两端增益完全相同，使输出功率达到最大，效率最高，基准电流模块负责为第一跨导放大器输出端提供准确的输出中点；第二跨导放大器负责提供除米勒补偿外的***的频率补偿，其等效的电容容量为100nF，为***提供足够的相位余量；

其中：第一放大器的正端接参考电压信号，第一放大器的负端分别与第一电阻的一端、第二电阻的一端连接；第一放大器的输出端接第三放大器的正端；

所述第一电阻的另一端分别与第三电阻、第四电阻的一端连接，第三电阻的另一端与第二放大器的负端连接，第二放大器的正端接参考电压信号，第二放大器的输出端接第四放大器的正端；

所述第三放大器的输出端分别与第五电阻的一端、第二电阻的另一端、连接；第五电阻的另一端分别与第三放大器的负端、第六电阻的一端连接；所述第六电阻的另一端分别与第八电阻的一端、第一跨导放大器的正端连接；

所述第八电阻的另一端分别与第四放大器的负端、第七电阻的一端连接；所述第四放大器的输出端分别与第七电阻的另一端、第四电阻的另一端连接；

所述第一跨导放大器的负端接中点电位信号，第一跨导放大器的输出端连接第九电阻的一端、第二跨导放大器的负端、第二跨导放大器的输出端；所述第二跨导放大器的正端分别连接第九电阻的另一端、内部补偿电容的一端，内部补偿电容的另一端接地。

有益效果：由于采用了失调补偿网络，电路随工艺的波动，失调明显减小，离散程度也大大降低，较没有此补偿网络的电路，在输出效率上面也有一定的提高，由于集成了BTL必须的104电容，使***简化，应用更加简单，***更加稳定。

附图说明

图1是一般BTL功能框图。图中包括：第一运算放大器 A、第二运算放大器 B。

图2是为带失调补偿及频率补偿的框图。

图中包括：第一运算放大器 A、第二运算放大器 B、第三运算放大器 C、第四运算放大器 D、第五跨导放大器 E、第六跨导放大器 F。

具体实施方式

本发明中利用了六个放大器，其中第一运算放大器A、第二运算放大器B确定主通路的增益，BTL的闭环增益

GV={1+R2/(R1+R3)}+R4/(R1+R3)}+ΣGV（修正）；,为了弥补工艺的波动，必须设置成其中R2=R4,R1=R3；如果在两运放增益不一致时，就会出现共模失调，偏离中点，补偿电路会启动，调整增益补偿电流，适当的降低先削波的运放，使两路增益完全一致。

共模失调，电路本身设置了一个基准电流i0=（VCC-2Vref）/R2，假设完全对称，没有补偿的电流的前提下,基准电流被第一运算放大器A、第二运算放大器B平分，在第一运算放大器A中流经电阻R2电流等于第二运算放大器B中流经电阻R4的电流，所以第一运算放大器A输出中点的电压为：

i0*R2/2+Vref=Vref+VCC/2-Vref=VCC/2

设置Vref的目的是为了提高输入端承受的最大输入电平。

同理第二运算放大器B的输出中点的电压也为VCC/2。

实际中第一运算放大器A、第二运算放大器B存在共模失调，第三运算放大器C、第四运算放大器D负责检测失调，当输出增益不匹配时，vo电压偏离中点，启动失调补偿电路，输出补偿电流，进而调整增益偏大的通道，使两路输出的增益相当；当工艺波动引起输出共模失调时，失调补偿模块启动，输出矫正电流，调整输出中点，达到矫正静态失调的作用。第三运算放大器C、第四运算放大器D是一简单的闭环应用运放，增益设置为3；由于设置在输出驱动部分，还起到减小输出的THD，进而减小整体的失真度。

由于采用的是BTL应用，两个单独工作的***A、B，组合在一起，所需要的频率补偿更加复杂，本发明选择的补偿点，从整个***来看，假设输入端接地，补偿点是***的交流地，如果***在上电、或其它干扰使第一运算放大器A、第二运算放大器B输出存在高频失调，那么补偿点存在干扰脉冲，由于是BTL应用，此干扰经过第一运算放大器A、第二运算放大器B的反馈一直持续下去，形成震荡，此震荡将一直持续下去，形成自激。此现象不是一般的相位补偿理论，

因为第一运算放大器A、第二运算放大器B自身的频率补偿没有问题，单独工作非常稳定，但是组合成BTL应用，为了***的稳定，需要重新额外设定补偿网络。本发明在补偿点设置一到地电容，作为高频交流地，使第一运算放大器A、第二运算放大器B输出的高频波经反馈后直接经补偿电容到地，不流经主通路，形不成正反馈。防止高频自激。下面推导如何实现100nF电容。

假设流入的电流为i,端口电压为v，电阻两端电压为VR；到地电容为c，等效阻抗为rin；等效等效电容为cin；gm跨导放大器的跨导为第一运算放大器A；则满足如下关系式：

i=VR*A+VR/R（1）

v=VR/jωc*R +VR(2)

由（1）、（2）可以得出rin=ri+cin=1/A*R+1/ jωc*R*A（3）,等效图如图3所示。

其中ri=1/A*R；cin=1/jωc*R*A；ri≈0，等效电容cin= (A*R) 1/jωc，所以等效电容放大了(A*R)倍；假设跨导为A=10，R=10K，内部集成电容c=1pF,所以cin=(10*10k*1p)F=100nF；利用了较小电容，实现大电容的功能，消除了高频自激。

Claims

1.一种高集成度BTL音频功率放大器，其特征在于：包括第一至第四放大器AMP（A、B、C、D）、第一至第二跨导放大器（E、F）以及第一至第九电阻（R1～R9）、内部补偿电容（C1）、基准电流模块，其中第一放大器（A）、第二放大器（B）为主要放大器，提供主通路，所述第三放大器（C）、第四放大器（D）、第一跨导放大器（E）、第五至第八电阻（R5~R8）共同组成输出失调补偿模块，同时第三放大器（C）、第四放大器（D）分别是音频功率放大器的上下驱动单元；

第一跨导放大器（E），负责检测BTL两端直流共模失调，反馈到电流控制端微调整电流，进而减小失调，同时第一跨导放大器（E）还在输出削波时微调增益，使输出两端增益完全相同，使输出功率达到最大，效率最高，基准电流模块负责为第一跨导放大器（E）输出端提供准确的输出中点；第二跨导放大器（F）负责提供除米勒补偿外的***的频率补偿，其等效的电容容量为100nF，为***提供足够的相位余量；

其中：第一放大器（A）的正端接参考电压信号（Vref），第一放大器（A）的负端分别与第一电阻（R1）的一端、第二电阻（R2）的一端连接；第一放大器（A）的输出端接第三放大器（C）的正端；

所述第一电阻（R1）的另一端分别与第三电阻（R3）、第四电阻（R4）的一端连接，第三电阻（R3）的另一端与第二放大器（B）的负端连接，第二放大器（B）的正端接参考电压信号（Vref），第二放大器（B）的输出端接第四放大器（D）的正端；

所述第三放大器（C）的输出端分别与第五电阻（R5）的一端、第二电阻（R2）的另一端连接；第五电阻（R5）的另一端分别与第三放大器（C）的负端、第六电阻（R6）的一端连接；所述第六电阻（R6）的另一端分别与第八电阻（R8）的一端、第一跨导放大器（E）的正端连接；

所述第八电阻（R8）的另一端分别与第四放大器（D）的负端、第七电阻（R7）的一端连接；所述第四放大器（D）的输出端分别与第七电阻（R7）的另一端、第四电阻（R4）的另一端连接；

所述第一跨导放大器（E）的负端接中点电位信号，第一跨导放大器（E）的输出端连接第九电阻（R9）的一端、第二跨导放大器（F）的负端、第二跨导放大器（F）的输出端；所述第二跨导放大器（F）的正端分别连接第九电阻（R9）的另一端、内部补偿电容（C1）的一端，内部补偿电容（C1）的另一端接地。