CN1319269C - 转换功率放大器 - Google Patents

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Abstract

转换功率放大器被用于例如音频应用中。应用D类技术被用来获得效率特性。为了进一步改善转换功率放大器，建议将多个低功率转换功率级组合成一个较大的放大器。转换功率放大器的精度和效率得以提高，而没有恶化噪声和EMI。

Description

转换功率放大器
本发明涉及一种用来提供音频输出信号的转换功率放大器。
由欧洲专利申请EP-A-0930700可知一种所谓的D类放大器，该放大器在一个输入端接收所谓的PCM输入信号。
使用传统的D类技术，三种非理想的特性，即：效率、线性度或EMI中任何一种特性可以得到改善，其代价是其它两种非理想特性中的至少一种无法改善。转换频率与所要求的信号带宽成正比。此外，诸如DSD(直接流式数字(Direct Stream Digital))的高重复频率将转化为一种很高的转换噪声，导致效率降低。DSD信号表示使用下述参数的音频信号，采样频率＝44.1kHz的64或48倍，1位，经噪声整形，最大调制指数为50％，使用带宽60kHz，频谱信息高达100kHz。
本发明的目的是改善已知的转换功率放大器。
为达此目的，根据本发明的转换功率放大器包括独立权利要求的特征。
通过将多个低功率的转换功率级组合成一个较大的放大器，转换功率放大器的精度和效率得以改善。
这样，就可以提高转换功率放大器的效率而不会恶化其它的非理想特性。本发明的实施方案在从属权利要求中描述。
多相的优势在于：输出转换器仅需供给全部功率的一小部分，转换器较小因而转换较快，损耗低，输出转折点的数目分布于这些较小的转换器之间，定时误差在一次转换中的影响将是单级情况下的1/n。
一种特定的驱动方法用于考虑信号电压的低损耗混合。设计了一种感应混合器用来提供无误差混合。该方法用于低失真、高效率地将例如DSD信号直接转换成模拟功率。
本发明及其可选地用来实现本发明的优势的附加技术特征，将从下面和随后描述的参考实例加以描述并澄清，并且示于附图中。此处表示：
图1是根据本发明的转换功率放大器的方框示意图，
图2是根据本发明的带有DSD输入信号的转换功率放大器的更详细的方框示意图，
图3是根据本发明的带有PCM输入信号的转换功率放大器实例的方框示意图，
图4是转换功率放大器的一个模拟实现的方框示意图，
图5是一个感应器求和装置实例。
图1用方框示意图表示转换功率放大器SPA的一个实例。在输入端I转换功率放大器接收输入信号。输入端I耦合到输入单元INU，该输入单元INU用于将输入信号转换成可以用于多相驱动单元MPDU中的信号。多相驱动单元的输出耦合到功率级PS，功率级的输出耦合到求和单元SUMU，求和单元的输出经过一个低通滤波器耦合到转换功率放大器的输出0。
多相的优势在于：输出转换器仅需供给全部功率的一小部分，转换器较小因而转换较快，损耗低，输出转折点的数目分布于这些更小的转换之间，定时误差在一次转换中的影响将是单级情况的1/n。
图2表示转换功率放大器SPA2的一个实例，该放大器SPA2在其输入端I2接收一个所谓的DSD信号，输入端I2经过输入单元INU2耦合到一个多相驱动单元MPDU2。在本例中，也是多相驱动单元耦合到功率级PS2。功率级的输出耦合到求和单元SUMU2。求和单元的输出经过低通滤波器LPF2耦合到转换功率放大器的输出02。
在本例中，输入单元INU2对输入DSD信号进行滤波，并提供k个信号到多相驱动单元MPDU2。多相驱动单元提供n个驱动信号给功率级PS2，PS2在本例中是一个n相功率级。功率级的输出耦合到一个用来对n个不同输出信号求和的求和单元。求和单元的输出经过一个低通滤波器LPF2，如LC低通滤波器，耦合到该转换功率放大器SPA2的输出端02。
这种产生增益的方法允许DSD信号充分地调节放大器，即使它的调节电平太低。
图3表示根据本发明的转换功率放大器SPA3的另一个实例。在该实例中，输入端I3接收一个所谓的PCM信号，该输入端耦合到输入单元INU3。在本例中，也是输入单元耦合到多相驱动单元MPDU3。该多相驱动单元耦合到功率级PS3。功率级的输出耦合到求和单元SUMU3。求和单元经过低通滤波器LPF3耦合到转换功率放大器的输出端03。本例中使用一个PCM信号代替DSD信号。输入单元INU3在本例中包含一个前级采样器(upsamples)和一个噪声整形器，为多相驱动单元MPDU3提供k个信号。
图4表示转换功率放大器SPA4作为模拟放大器的实例。在本例中，输入端I4接收一个模拟输入信号。该输入端耦合到输入单元INU4。本例中，输入单元包含一个减法器SUB4，用来从所述输入信号中减去一个控制信号CS4。也可能从例如输出端04增加第二控制信号CS42。减法器的输出经过滤波单元FU4和AD转换器单元ADC4耦合到多相驱动单元MPDU4。在本例中也是多相驱动单元的输出耦合到功率级PS4。功率级的输出耦合到求和单元SUMU4。求和单元的输出经过低通滤波器LPF4耦合到转换功率放大器的输出端。
在本例中，转换功率放大器SPA4接收一个模拟输入信号。当强调经济性多于直接处理数字音频信号的能力时，为保证在一个模拟环境中的应用，多相操作的优势仍然是明显的。这一点是由模拟控制环路来实现的，如使用在过采样低比特ADC转换器中的那样，其输出馈送到具有与功率级同样多相数的快速ADC中。ADC的输出可以按前面所述进行处理。
控制环路的输入是输入与求和单元SUMU4之后的输出之间的差值，多余的反馈信号在输出滤波器的几点上也可以取消，包括输出端。
图5表示一个感应器求和单元SUMU5的实例。该求和单元SUMU5具有高精度地将信号求和(实际上是取平均)的方式，其使用的是自耦变压器。求和的精度不受铁芯特性的影响。信号通过放大器A1-A4供给线圈L1和L2。线圈L1和L2耦合到输出线圈L3。应当注意，通过增加一级求和可以使级数加倍，作为最大的优势之一，该方法具有很高的求和精度。求和网络求与输出滤波器隔离，输出电流不会使铁芯磁化。纹波电流可以做到很小。且线圈的大小与传递的功率大小无关。此外通过这种方式增加信号可以忽略感应器的公差。
以上根据一些实例对本发明进行了描述，本领域的技术人员将对本发明范畴之内许多变化很清楚。

Claims (7)

1.一种音频转换功率放大器，它包括：
-输入单元(INU；INU3；INU4)，用来转换音频输入信号，
-多个并联的转换功率级(PS；A1，A2)，用来输出多个输出信号，
-驱动单元(MPDU)，用来响应于所述输入单元的输出信号而驱动所述的多个转换功率级(PS)，以及
-求和单元(SUMU5)，用来对所述的转换功率级(PS；A1，A2)的多个输出信号进行求和，
其特征在于求和单元(SUMU5)包括一自耦变压器(L1)，该变压器具有：
-铁芯，
-一端，它耦合到所述多个并联的转换功率级(A1)的第一个，
-另一端，它耦合到所述多个并联的转换功率级(A2)的第二个，以及
-中心抽头，用于供给对自耦变压器(L1)的铁芯不生磁化的输出电流。
2.如权利要求1所述的音频转换功率放大器，其特征在于所述求和单元包括：
-另一自耦变压器(L2)，它具有：
-另一铁芯，
-一端，它耦合到所述多个并联的转换功率级(A3)的第三个，
-另一端，它耦合到所述多个并联的转换功率级(A4)的第四个，以及
-中心抽头，用于供给对所述的另一铁芯不生磁化的另一输出电流，以及
-再另一自耦变压器(L3)，它具有：
-再另一铁芯，
-一端，它耦合到上面首次提到的自耦变压器(L1)的中心抽头，
-另一端，它耦合到所述的另一自耦变压器(L2)的中心抽头，以及
-中心抽头，用于供给对所述的再另一铁芯不生磁化的再另一输出电流。
3.如权利要求1所述的音频转换功率放大器，其特征在于驱动单元(DR)是一个多相驱动单元。
4.如权利要求1所述的音频转换功率放大器，其特征在于多个并联的转换功率级(PS；A1，A2)是一个N相功率级。
5.如权利要求1所述的音频转换功率放大器，其特征在于输入单元(INU3)包含一个前级采样器和一个噪声整形器，且输入信号是一个PCM信号。
6.如权利要求1所述的音频转换功率放大器，其特征在于输入单元(INU4)包含一个滤波单元(FU4)和一个AD转换器(ADC4)，且输入信号是模拟信号。
7.用来驱动音频转换功率放大器的方法，所述放大器包括多个并联的、用来输出多个输出信号的转换功率级(PS；A1，A2)，所述方法包括以下步骤：
-转换(INU；INU3；INU4)音频输入信号，
-响应于所述输入单元的输出信号而驱动(MPDU)所述的多个转换功率级(PS)，以及
-对所述的转换功率级(PS；A1，A2)的多个输出信号进行求和，其特征在于所述的求和(SUMU5)步骤使用自耦变压器(L1)，该自耦变压器具有：
-铁芯，
-一端，它耦合到所述多个并联的转换功率级(A1)的第一个，
-另一端，它耦合到所述多个并联的转换功率级(A2)的第二个，以及
-中心抽头，用于供给对自耦变压器(L1)的铁芯不生磁化的输出电流。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7116956B2 (en) * 2001-02-16 2006-10-03 Cubic Corporation Power oscillator for control of waveshape and amplitude
US7200187B2 (en) * 2001-07-26 2007-04-03 O'brien Thomas J Modulator for digital amplifier
US6982662B2 (en) * 2003-03-06 2006-01-03 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for efficient conversion of signals using look-up table
US7053700B2 (en) * 2003-06-02 2006-05-30 Nortel Networks Limited High-efficiency amplifier and method
JP4817890B2 (ja) * 2005-03-17 2011-11-16 パナソニック株式会社 増幅装置、ポーラ変調送信装置及び無線通信装置
JP4710870B2 (ja) * 2007-05-10 2011-06-29 ヤマハ株式会社 デジタルアンプ装置およびスピーカ装置
US7629840B2 (en) * 2007-10-22 2009-12-08 Freescale Semiconductor, Inc. Digital pulse width modulated feedback system for a switching amplifier and method therefor
US7847433B2 (en) * 2007-11-27 2010-12-07 Rain Bird Corporation Universal irrigation controller power supply
KR20100008749A (ko) * 2008-07-16 2010-01-26 삼성전자주식회사 스위칭 파워 증폭 장치 및 그 제어 방법
US8174333B1 (en) * 2011-01-04 2012-05-08 Nxp B.V. Power-efficient spectrum shaping for a magnetic link
EP2770634B1 (en) * 2013-02-25 2018-09-19 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Distributed power amplifier circuit
FR3023089B1 (fr) * 2014-06-30 2016-07-22 Devialet Amplificateur audio tres haute fidelite

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5617058A (en) * 1995-11-13 1997-04-01 Apogee Technology, Inc. Digital signal processing for linearization of small input signals to a tri-state power switch

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4164714A (en) * 1977-09-26 1979-08-14 Harris Corporation Polyphase PDM amplifier
US4614901A (en) * 1985-10-15 1986-09-30 Kennedy Company Servo power amplifier having load equalization
US5099203A (en) * 1990-06-05 1992-03-24 Continental Electronics Corporation Power amplifier having multiple switched stages and method of operating same
GB9027503D0 (en) * 1990-12-19 1991-02-06 Sandler Mark B Improvements in or relating to digital to analogue conversion
FR2692092B1 (fr) * 1992-06-05 1994-07-22 Thomson Csf Dispositif de traitement et de precorrection d'un signal audiofrequence avant son amplification dans une chaine d'amplification d'un emetteur a modulation d'amplitude.
US5339041A (en) * 1993-07-06 1994-08-16 The Boeing Company High efficiency power amplifier
US5734565A (en) * 1996-08-16 1998-03-31 American Superconductor Corporation Reducing switching losses in series connected bridge inverters and amplifiers
JPH1141078A (ja) * 1997-07-16 1999-02-12 Wako Giken:Kk 半導体装置並びにｐｗｍインバータのデッドタイム短縮方法及び装置
US5959501A (en) 1998-01-14 1999-09-28 Harris Corporation Class D amplifier with scaled clock and related methods
US6107876A (en) * 1999-04-13 2000-08-22 Ravisent Technologies, Inc. Digital input switching audio power amplifier

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5617058A (en) * 1995-11-13 1997-04-01 Apogee Technology, Inc. Digital signal processing for linearization of small input signals to a tri-state power switch

Also Published As

Publication number Publication date
EP1323230B1 (en) 2007-04-25
US20020053945A1 (en) 2002-05-09
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CN1561573A (zh) 2005-01-05
JP2004509548A (ja) 2004-03-25
US6803816B2 (en) 2004-10-12
ATE360916T1 (de) 2007-05-15
EP1323230A2 (en) 2003-07-02
DE60128117T2 (de) 2007-12-27
WO2002025809A3 (en) 2002-06-06
DE60128117D1 (de) 2007-06-06
WO2002025809A2 (en) 2002-03-28

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