CN201594809U - 一种闭环d类音频功放***及一种音频功放 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于音频功放领域，提供了一种闭环D类音频功放结构，包括：前置放大器电路，对输入信号进行适当调整；积分电路，与所述前置放大器电连接；比较器，与所述积分电路电连接，将所述积分电路输出的信号与脉宽调制载波进行比较；驱动电路，用于调整PWM信号，驱动后级电路；作为功率输出级的H-桥电路；以及反馈回路，将H-桥电路的输出反馈至前置放大器运放的输入端。本实用新型改进的闭环***结构为功放带来更加良好的性能，在消除***噪声、增强共模抑制以及减小失调电压等方面都有更好的表现。
Description
技术领域
本实用新型属于音频功放领域，尤其涉及一种D类音频功放***。
背景技术
D类音频功放是一种生成脉冲序列并通过脉冲序列驱动负载的放大器，脉冲序列的脉冲宽度根据输入信号进行调制。D类音频功放的功率器件始终工作在开关状态，理论上其效率可达100％。这种高效率不仅意味着节能，而且高效率代表着少热量，为很多产品免去或减少了对散热的投入。
D类音频功放***一般有开环结构和闭环结构，开环***由输入信号直接控制输出信号，结构简单，易于实现，但开环***对***内的扰动无能为力，很难实现高的控制精度。常见的开环***结构如图1所示，输入信号经前置放大器调整后和脉宽调制载波比较得到PWM波输出，再经过驱动电路驱动H-桥电路，最后由低通滤波器还原波形推动扬声器发出声音。这种开环***结构简单，但对电源和***噪声的抑制能力有限，为了改善***性能，我们引入了D类音频功放的闭环结构。
传统的闭环D类音频功放***，如图2所示，它的闭环反馈是将功率输出级的输出信号通过反馈电阻R7，R8反馈到积分器U2的输入端，输入信号和积分信号的差值经过积分器U2进行积分，积分输出信号再输入到后面的比较器与三角波进行比较形成PWM波形。这种D类音频功放***虽然可以但对电源和***噪声的有一定的抑制能力，大大改善了***的性能，但是此闭环***由于没有把前置放大器包含在闭环***之内，因而对***的抗干扰能力和抑制噪声的能力，仍然不够理想。
本实用新型提供了一种新型的D类音频功放闭环***，可以有效的改善传统D类音频功放***的不足之处，并且还具有其独特的性能优点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种D类音频功放闭环***，旨在解决开环***对电源和***噪声抑制能力有限的问题。
本实用新型是这样实现的，一种闭环D类音频功放***，所述***包括：
对输入信号进行调整的前置放大器；
积分电路，与所述前置放大器电连接；
比较器，与所述积分电路电连接，将所述积分电路输出的信号与脉宽调制载波进行比较；
驱动电路，用于调整PWM信号，驱动后级电路；
H-桥电路，作为***功率输出级；以及
反馈回路，将H-桥电路的输出反馈至前置放大器运放的输入端。
本实用新型还提出了一种音频功放，包括一闭环D类音频功放***，该***包括：
对输入信号进行调整的前置放大器；
积分电路，与所述前置放大器电连接；
比较器，与所述积分电路电连接，将所述积分电路输出的信号与脉宽调制载波进行比较；
驱动电路，用于调整PWM信号，驱动后级电路；
H-桥电路，作为***功率输出级；以及
反馈回路，将H-桥电路的输出反馈至前置放大器运放的输入端。
本实用新型通过对开环***增加积分环节并构成负反馈闭环，对闭环内电源噪声和其它***噪声构成高通滤波，再结合闭环外低通滤波器16，通过适当设计参数可以滤除绝大部分的电源和***噪声，增强了对电源和***噪声的抑制能力，并提高了控制精度。
附图说明
图1是开环D类音频功放***一般的电路结构图；
图2是传统的闭环D类音频功放***电路结构图；
图3是本实用新型提供的闭环D类音频功放***结构图；
图4是本实用新型提供的闭环D类音频功放***中的比较器的结构图；
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型通过改善的***结构，增强了对电源和***噪声的抑制能力，并提高了控制精度。
本实用新型提供的闭环D类音频功放***的结构如图3所示，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
闭环D类音频功放***包括前置放大器11，积分电路12，比较器13，驱动电路14，H-桥电路15，低通滤波器16，反馈电路17；其中，前置放大器11对输入信号进行调整；积分电路12与前置放大器11电连接；比较器13与积分电路12电连接，将积分电路输出的信号与脉宽调制载波进行比较；驱动电路14与比较器13电连接；H-桥电路15与驱动电路14电连接；反馈电路17连接至H-桥电路15的输出端以及前置放大器运放的输入端，将H-桥电路15的输出信号反馈给前置放大器的运放。
本实用新型中，前置放大器11包括：运算放大器U1、U2，电阻R3、R4、R5和R6，电容C1和C2；运算放大器U1的反相输出端通过电阻R3连接至运算放大器U1的同相输入端；运算放大器U1的同相输出端通过电阻R4连接至运算放大器U1的反相输入端。运算放大器U2的反相输出端通过电阻R5和电容C1连接至运算放大器U2的同相输入端；运算放大器U2的同相输出端通过电阻R6和电容C2连接至运算放大器U2的反相输入端。作为本实用新型的一个实施例，前置放大器11还包括电阻R1和R2；电阻R1连接至运算放大器U1和U2的同相输入端；电阻R2连接至运算放大器U1和U2的反相输入端。
本实用新型中，积分电路12包括：运算放大器U3、电容C3和C4；运算放大器U3的反相输出端通过电容C3连接至运算放大器U3的同相输入端；运算放大器U3的同相输出端通过电容C4连接至运算放大器U3的反相输入端。作为本实用新型的一个实施例，积分电路12进一步包括：电阻R7、R8、R9和R10；其中，电阻R7和R9连接至运算放大器U1、U2的反相输出端和运算放大器U3的同相输入端；电阻R8和R10连接至运算放大器U1、U2的同相输出端和运算放大器U3的反相输入端。
本实用新型中，比较器13的结构如图4所示，包括：比较器U4和U5，比较器U4的同相输入端a与运算放大器U3的反相输出端连接；比较器U5的同相输入端与运算放大器U3的同相输出端连接；比较器U4的反相输入端和比较器U5的反相输入端均与外接的脉宽调制载波连接。
本实用新型中，反馈电路17包括：电阻R11、R12、R13、R14和电容C5、C6。电阻R11、R12和电容C5将H-桥电路的一路输出反馈至前置放大器运放的同相输入端，电阻R13、R14和电容C6将H-桥电路的另一路输出反馈至前置放大器运放的反相输入端。
作为本实用新型的一个实施例，该闭环D类音频功放***还进一步包括驱动电路14，H-桥电路15和低通滤波器16。其中，驱动电路14用来增加驱动能力，驱动H-桥电路工作；H-桥电路15作为次闭环D类音频功放***的功率输出级；低通滤波器16用来还原音频信号，驱动负载扬声器。
本实用新型的闭环***结构，将功率输出级的输出信号通过反馈电路17直接反馈到由双运放构成的前置放大器的输入端，形成了一个大的负反馈闭环***结构。这样，就把前置放大器也包含在了闭环***之内，将反馈信号直接反馈到前置放大器的输入端就可以有效的减小由前置放大器产生的失调和误差，而传统的D类音频功放闭环***却达不到这种效果。
此外，将反馈信号直接反馈到前置放大器的输入端，就可以提高闭环***的输入阻抗，从而进一步减小失真和误差。
本使用新型的前置放大器采用两个运算放大器并联构成的双运放，双运放前置放大器可以有效的减小由前置放大器引进的噪声，并且增大了前置放大器的输出电流，可以有效的减小输入音频信号的失真，提高输出信号的THD+N(总谐波失真)和SNR(信噪比)。
反馈电路17，电阻R12和电容C5，电阻R14和电容C6，分别构成滤波器，可以有效衰减反馈信号的高频载波成分，增加低频反馈量，尤其是直流成分，可以有效的改善零输入时的输出PWM波形的占空比误差，从而减小零输入时输出的失调电压。同时，反馈电路17，还起到移相的作用，防止闭环***的自激震荡，保证整个闭环***的稳定性。
本实用新型的闭环***结构，增强了对电源和***噪声的抑制能力，并提高了控制精度。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种闭环D类音频功放***，其特征在于，所述***包括：
对输入信号进行调整的前置放大器；
积分电路，与所述前置放大器电连接；
比较器，与所述积分电路电连接，将所述积分电路输出的信号与脉宽调制载波进行比较；
驱动电路，用于调整PWM信号，驱动后级电路；
H-桥电路，作为***功率输出级；以及
反馈回路，将H-桥电路的输出反馈至前置放大器运放的输入端。
2.如权利要求1所述的音频功放***，其特征在于，所述***还包括：
低通滤波器，与所述模拟开关电连接，将所述模拟开关输出的脉冲信号进行滤波。
3.如权利要求1所述的音频功放***，其特征在于，所述前置放大器包括：
第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容以及第二电容；
所述第一运算放大器的反相输出端通过第一电阻连接至所述第一运算放大器的同相输入端；
所述第一运算放大器的同相输出端通过第二电阻连接至所述第一运算放大器的反相输入端。
所述第二运算放大器的反相输出端通过第三电阻和第一电容连接至所述第二运算放大器的同相输入端；
所述第二运算放大器的同相输出端通过第四电阻和第二电容连接至所述第二运算放大器的反相输入端。
4.如权利要求3所述的音频功放***，其特征在于，所述积分电路包括：
第三运算放大器、第三电容以及第四电容；
所述第三运算放大器的反相输出端通过第三电容连接至所述第三运算放大器的同相输入端；
所述第三运算放大器的同相输出端通过第四电容连接至所述第三运算放大器的反相输入端。
5.如权利要求4所述的音频功放***，其特征在于，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器和所述第三运算放大器均为全差分运算放大器。
6.如权利要求4所述的音频功放***，其特征在于，所述比较器包括：第一比较器和第二比较器；
所述第一比较器的同相输入端与所述第三运算放大器的反相输出端连接；
所述第二比较器的同相输入端与所述第三运算放大器的同相输出端连接；
所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的反相输入端均与所述脉宽调制载波连接。
7.一种音频功放，其特征在于，包括一闭环D类音频功放***，该***包括：
对输入信号进行调整的前置放大器；
积分电路，与所述前置放大器电连接；
比较器，与所述积分电路电连接，将所述积分电路输出的信号与脉宽调制载波进行比较；
驱动电路，用于调整PWM信号，驱动后级电路；
H-桥电路，作为***功率输出级；以及
反馈回路，将H-桥电路的输出反馈至前置放大器运放的输入端。
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