CN103944519B - 配套接入电流喷射式音频功率放大器的桥式动态电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配套接入电流喷射式音频功率放大器的桥式动态电源，包括MOS场效应管M1、M2、M3、M4，电感器L1、L2，金属化薄膜电容C1、C2和音频处理器模块；所述音频处理器模块设置有9个ADC通道用于实时监视和2个DAC通道用于控制电流喷射式功率放大器的工作状态；本发明解决了音频放大器输出功率管耗散功率大以及传统电路中多对管并联来解决高耗散的弊端，与本发明桥式动态电源配套连接的电流喷射式音频功率放大器仅需要一对P、N沟道互补的输出管就可以完成超大功率、高音质输出，大量节约功率管成本的同时，减免了传统功放在生产时要求最高的功率管配对工艺，使用本发明的音频功率放大器发热量较低，节能效果明显。
Description
技术领域
本发明属于音频功率放大器技术领域，具体涉及一种配套接入电流喷射式音频功率放大器的桥式动态电源。
背景技术
目前传统的音频功率放大器其原理图如附图1所示，为保证电压放大的低失真，上述电路采用了共射共基电路差分放大形式，音频信号经过菱形差分电路放大并反相后，获得第二级所需要的电平及阻抗匹配跟第二级电压放大级直接耦合，第二级电压放大级经过再次反相放大获得高电压摆幅后驱动第三级电流放大级工作，信号经过第三级电流放大级0dB电压增益放大后，驱动负载输出，通过差分大环路负反馈来对消信号误差，达到低失真输出的目的。
但上述传统音频功率放大器存在以下不足：1、带宽低，工作带宽为50KHz -1dB左右，该带宽对于20KHz音频频段显得非常的窄小，导致音频高频段TIM失真大，且高频段容易产生自激，需要加入电容C1、电容C2、电阻R22、电容C3来消除振铃式自激；2、失真大，经过两级反相放大的共射电路并不能获得跟输入信号相位完全匹配的反馈信号，两级反相后相位开始发生偏差，工作频率越高相位失真越大，由大环路反馈引发的瞬态互调失真加巨；3、信噪比低，电压信号被几十倍的放大，电压摆幅高达几十伏，信号噪声也将被同步放大,限制了信噪比提高；4、动态小；5、声道分离度差；6、电路结构复杂且元器件配对工艺难度大。
为解决上述传统音频功率放大器存在的技术问题，现提出一种电流喷射式音频功率放大器，其电路拓扑原理图如附图3所示。然而由于传统的与音频功率放大器配套接入的电源一般都采用工频变压器加全桥式二极管整流电路，如图2，并使用大容量电解电容滤波，其输出电压固定不变，无法根据放大器功率管的工况要求而改变，这导致放大器功率管总是工作在较高的Vce或Vds工况下，高的Vce电压使得放大器功率管的耗散功率高，发热量很大，因此为匹配上述电流喷射式音频功率放大器而开发了一种配套的桥式动态电源。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种输出功率高、耗散功率小、发热低且可根据放大器功率管工况要求智能调节放大器功率管漏极或集电极电压的配套接入电流喷射式音频功率放大器的桥式动态电源。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
配套接入电流喷射式音频功率放大器的桥式动态电源，包括MOS场效应管M1、MOS场效应管M2、MOS场效应管M3、MOS场效应管M4、电感器L1、电感器L2、金属化薄膜电容C1、金属化薄膜电容C2和音频处理器模块，所述MOS场效应管M1栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM1_N，MOS场效应管M1的源极接MOS场效应管M2的漏极和电感器L1的一端，MOS场效应管M1的漏极接电源+Vdd；MOS场效应管M2栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM1_P，MOS场效应管M2源极接电源-Vss，MOS场效应管M2漏极接MOS场效应管M1源极和电感器L1的一端，电感器L1另一端接金属化薄膜电容C1和MOS场效应管Q1漏极；MOS场效应管M3栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM2_N，MOS场效应管M3的源极接MOS场效应管M4的漏极和电感器L2的一端，MOS场效应管M3漏极接电源+Vdd；MOS场效应管M4栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM2_P，MOS场效应管M4源极接电源-Vss，MOS场效应管M4漏极接MOS场效应管M3源极和电感器L2的一端，电感器L2另一端接金属化薄膜电容C2和MOS场效应管Q2漏极；
所述音频处理器模块设置有9个ADC通道用于实时监视和2个DAC通道用于控制电流喷射式功率放大器的工作状态，上述9个ADC通道分别为ADC1、ADC2、ADC3、ADC4、ADC5、ADC6、ADC7、ADC8和ADC9，上述2个DAC通道分别为DAC1通道和DAC2通道；音频处理器模块ADC1连接MOS场效应管Q1漏极用于监视MOS场效应管Q1漏极电压，音频处理器模块ADC4连接MOS场效应管Q2漏极用于监视MOS场效应管Q2漏极电压，音频处理器模块ADC2连接MOS场效应管Q1源极用于监视MOS场效应管Q1的Ids电流，音频处理器模块ADC3连接MOS场效应管Q2源极用于监视MOS场效应管Q2的Ids电流，音频处理器模块ADC5和ADC6分别用于探测MOS场效应管Q1和MOS场效应管Q2结温Tj；音频处理器模块DAC1由音频处理器根据输出功率要求，实时调整MOS场效应管Q1、MOS场效应管Q2的动态偏置电流，使得功率管Q1、Q2总是处于最佳工况。音频处理器模块DAC2由音频处理器输出用于控制功率放大器输出的中点电位；工作时音频处理器模块根据电流喷射放大器的工况，按设定的算法动态调整输入MOS场效应管Q1、Q2漏极的电功率，使MOS场效应管Q1、Q2的管压降Vds始终保持相对恒定，保证流过MOS场效应管Q1、Q2的工作电流产生的结温在可控的正确范围内。
本发明具有如下有益效果：
本发明配套接入电流喷射式音频功率放大器的桥式动态电源，解决了音频放大器输出功率管耗散功率大以及传统电路中多对管并联来解决高耗散的弊端，在实际测试中使用本电源的电流喷射式音频功率放大器仅一对输出管就可以输出2000W的功率，与本发明桥式动态电源配套连接的电流喷射式音频功率放大器仅需要一对P、N沟道互补的输出管就可以完成超大功率、高音质输出，大量节约功率管成本的同时，减免了传统功放在生产时要求最高的功率管配对工艺，使音频功率放大器耗散功率大大降低，整机温升降低。
附图说明
图1为传统音频功率放大器电路拓扑结构图；
图2为配套接入传统音频功率放大器的电源电路图；
图3为电流喷射式音频功率放大器的电路拓扑结构图；
图4为本发明配套接入电流喷射式音频功率放大器的桥式动态电源与电流喷射式音频功率放大器连接的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的描述，以便于更清楚的理解本发明要求保护的技术思想。
如图3所示为电流喷射式音频功率放大器，包括输入端、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电容E1、三极管N1、三极管P1、三极管N2、三极管P2、三极管N3、三极管P3、MOS场效应管Q1、MOS场效应管Q2、负载电阻RL和输出端；所述输入端两接线端分别连接电阻R0和信号地两端，电阻R1一端接R0，另一端接输出端；电阻R2一端分别连接电阻R0和电阻R1，另一端接输出地；结型场效应管J1、结型场效应管J2接成N、P沟道互补共源输出电路结构，其源极通过电阻R3分别连接三极管N2发射极和三极管P2发射极，上述三极管N2、三极管P2接成互补共基电路，三极管N2基极分别连接电阻R6、电阻R8和电解电容E1正极，三极管P2基极分别连接电阻R7一端、电解电容E1负极和电阻R8另一端，三极管P1、发光二极管LED1、电阻R4和三极管N1、发光二极管LED2、电阻R5分别接成上下对称的两个恒流源，所述三极管P1发射极接电阻R4一端，R4另一端接发光二极管LED1阳极和12V电源正极，发光二极管LED1阴极接三极管P1基极和结型场效应管J1漏极；所述三极管N1发射极接电阻R5一端，电阻R5另一端接发光二极管LED2阴极和12V电源负极，发光二极管LED2阳极接三极管N1基极和结型场效应管J2漏极；三极管P1集电极分别连接三极管N2集电极和三极管N3基极，三极管N1集电极分别连接三极管P2集电极和三极管P3基极，电阻R9一端分别接R6一端、三极管N3发射极和MOS场效应管Q1栅极，电阻R9另一端分别接R7一端、三极管P3发射极和MOS场效应管Q2栅极，MOS场效应管Q1源极串联连接电阻R10，MOS场效应管Q2源极串联连接电阻R11，电阻R10和电阻R11另一端并联作为输出端；放大器输入端信号地并联在所述输出端上，构成参照地浮动式结构，输入端信号源可接电流型数字模拟转换器输出或音频输入隔离变压器。
如图4所示，本发明桥式动态电源接入上述电流喷射式音频功率放大器，桥式动态电源包括MOS场效应管M1、MOS场效应管M2、MOS场效应管M3、MOS场效应管M4、电感器L1、电感器L2、金属化薄膜电容C1、金属化薄膜电容C2和音频处理器模块，所述MOS场效应管M1栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM1_N，MOS场效应管M1的源极接MOS场效应管M2的漏极和电感器L1的一端，MOS场效应管M1的漏极接电源+Vdd；MOS场效应管M2栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM1_P，MOS场效应管M2源极接电源-Vss，MOS场效应管M2漏极接MOS场效应管M1源极和电感器L1的一端，电感器L1另一端接金属化薄膜电容C1和MOS场效应管Q1漏极；MOS场效应管M3栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM2_N，MOS场效应管M3的源极接MOS场效应管M4的漏极和电感器L2的一端，MOS场效应管M3漏极接电源+Vdd；MOS场效应管M4栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM2_P，MOS场效应管M4源极接电源-Vss，MOS场效应管M4漏极接MOS场效应管M3源极和电感器L2的一端，电感器L2另一端接金属化薄膜电容C2和MOS场效应管Q2漏极。
所述音频处理器模块设置有9个ADC通道用于实时监视和2个DAC通道用于控制电流喷射式功率放大器的工作状态，上述9个ADC通道分别为ADC1、ADC2、ADC3、ADC4、ADC5、ADC6、ADC7、ADC8和ADC9，上述2个DAC通道分别为DAC1通道和DAC2通道；音频处理器模块ADC1连接MOS场效应管Q1漏极用于监视MOS场效应管Q1漏极电压，音频处理器模块ADC4连接MOS场效应管Q2漏极用于监视MOS场效应管Q2漏极电压，音频处理器模块ADC2连接MOS场效应管Q1源极用于监视MOS场效应管Q1Ids电流，音频处理器模块ADC3连接MOS场效应管Q2源极用于监视MOS场效应管Q2Ids电流，音频处理器模块ADC5和ADC6分别用于探测MOS场效应管Q1和MOS场效应管Q2结温Tj；音频处理器模块ADC7、ADC8和ADC9用于对功率放大器的辅助监视并对功放的一切失控及异常状态实现严格的保护。音频处理器模块DAC1由音频处理器输出用于控制MOS场效应管Q1、MOS场效应管Q2的静态偏置电流，音频处理器模块DAC2由音频处理器输出用于控制功率放大器输出的中点电位。
本发明桥式动态电源工作原理为：MOS场效应管M1、M2、M3、M4，电感器L1、L2，金属化薄膜电容C1、C2和音频处理器模块构建数字功率浮桥，音频处理器模块可通过音频处理器模块9个ADC通道对电流喷射式功率放大器进行实时监视和通过2个DAC通道控制电流喷射式功率放大器的工作状态，具体为，经过软件算法处理，通过改变MOS场效应管M1、M2、M3、M4的输入脉冲宽度根据ADC1～ADC6的变化自动调整MOS场效应管Q1、Q2的静态偏置功率，功率通过电感器L1、L2，金属化薄膜电容C1、C2储能整形使MOS场效应管Q1、Q2的Vds电压和Tj结温保持恒定，Ids电流保持在线性区并符合输入信号和输出信号的增益特性，工作时音频处理器模块根据电流喷射放大器的工况，按设定的算法动态调整输入MOS场效应管Q1、Q2漏极的电功率，使MOS场效应管Q1、Q2的管压降Vds始终保持相对恒定，保证流过MOS场效应管Q1、Q2的工作电流产生的结温在可控的正确范围内；本发明桥式动态电源可保证电流喷射放大器MOS场效应管Q1、Q2的工作状态始终保持最佳，从而控制MOS场效应管Q1、Q2的耗散功率和结温，以达到最佳音质和最大的输出功率。本发明也适用于功率管Q1、Q2使用BJT双极型三极管的电路。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (1)
1.配套接入电流喷射式音频功率放大器的桥式动态电源，其特征在于：包括MOS场效应管M1、MOS场效应管M2、MOS场效应管M3、MOS场效应管M4、电感器L1、电感器L2、金属化薄膜电容C1、金属化薄膜电容C2和音频处理器模块，所述MOS场效应管M1栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM1_N，MOS场效应管M1的源极接MOS场效应管M2的漏极和电感器L1的一端，MOS场效应管M1的漏极接电源+Vdd；MOS场效应管M2栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM1_P，MOS场效应管M2源极接电源-Vss，MOS场效应管M2漏极接MOS场效应管M1源极和电感器L1的一端，电感器L1另一端接金属化薄膜电容C1和MOS场效应管Q1漏极；MOS场效应管M3栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM2_N，MOS场效应管M3的源极接MOS场效应管M4的漏极和电感器L2的一端，MOS场效应管M3漏极接电源+Vdd；MOS场效应管M4栅极接音频处理器模块的脉宽调制驱动输出端SPWM2_P，MOS场效应管M4源极接电源-Vss，MOS场效应管M4漏极接MOS场效应管M3源极和电感器L2的一端，电感器L2另一端接金属化薄膜电容C2和MOS场效应管Q2漏极；
所述音频处理器模块设置有9个ADC通道用于实时监视和2个DAC通道用于控制电流喷射式功率放大器的工作状态，上述9个ADC通道分别为ADC1、ADC2、ADC3、ADC4、ADC5、ADC6、ADC7、ADC8和ADC9，上述2个DAC通道分别为DAC1通道和DAC2通道；音频处理器模块ADC1连接MOS场效应管Q1漏极用于监视MOS场效应管Q1漏极电压，音频处理器模块ADC4连接MOS场效应管Q2漏极用于监视MOS场效应管Q2漏极电压，音频处理器模块ADC2连接MOS场效应管Q1源极用于监视MOS场效应管Q1的Ids电流，音频处理器模块ADC3连接MOS场效应管Q2源极用于监视MOS场效应管Q2的Ids电流，音频处理器模块ADC5和ADC6分别用于探测MOS场效应管Q1和MOS场效应管Q2结温Tj；音频处理器模块DAC1由音频处理器输出用于控制MOS场效应管Q1、MOS场效应管Q2的动态偏置电流，音频处理器模块DAC2由音频处理器输出用于控制功率放大器输出的中点电位；工作时音频处理器模块根据电流喷射放大器的工况，按设定的算法动态调整输入MOS场效应管Q1、Q2漏极的电功率，使MOS场效应管Q1、Q2的管压降Vds始终保持相对恒定，保证流过MOS场效应管Q1、Q2的工作电流产生的结温在可控的正确范围内。
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