D类功率放大器、音频功率放大系统
本实用新型提供一种D类功率放大器以及一种音频功率放大系统，无需针对增益的变化设计不同的输入级钳位电路，可以简化电路结构。D类功率放大器包括输入级钳位电路、D类调制电路、两个可变输入电阻RIN1、两个固定输入电阻RIN2以及输出驱动级电路；D类调制电路的其中一个差分输入端接入串联的一可变输入电阻RIN1和一固定输入电阻RIN2，另一个差分输入端接入串联的另一可变输入电阻RIN1和另一固定输入电阻RIN2，所述输入级钳位电路位于可变输入电阻RIN1和固定输入电阻RIN2之间，两个可变输入电阻RIN1分别输出差分信号VINP和VINN至输入级钳位电路，输入级钳位电路输出两路钳位后差分信号VINP和VINN，分别通过两个固定输入电阻RIN2至D类调制电路的两个输入端。
实用新型
CN202021527688.6
2020-07-28
CN212572487U
2021-02-19
H03F3/217(2006.01)
上海艾为电子技术股份有限公司
胡孔生;杨志飞;张海军
201100 上海市闵行区秀文路908弄2号1201室
深圳市嘉勤知识产权代理有限公司
王敏生
上海;31
1.一种D类功率放大器，其特征在于，包括输入级钳位电路、D类调制电路、两个可变输入电阻RIN1、两个固定输入电阻RIN2以及输出驱动级电路； 所述D类调制电路的其中一个差分输入端接入一可变输入电阻RIN1和一固定输入电阻RIN2，另一个差分输入端接入另一可变输入电阻RIN1和另一固定输入电阻RIN2，所述输入级钳位电路位于可变输入电阻RIN1和固定输入电阻RIN2之间，两个可变输入电阻RIN1分别将差分信号VINP和VINN输至所述输入级钳位电路，所述输入级钳位电路输出两路钳位后差分信号VINP和VINN，分别通过两个固定输入电阻RIN2传输至D类调制电路的两个输入端，所述D类调制电路对信号进行放大和调制，将两路脉宽调制信号输至输出驱动级电路；所述输出驱动电路用于响应于所述两路脉宽调制信号输出电压至扬声器。 2.根据权利要求1所述的D类功率放大器，其特征在于，所述D类调制电路包括第一积分器、第二积分器、第一脉宽调制器和第二脉宽调制器； 所述第一积分器AMP1的正输入端和负输入端作为所述D类调制电路的两个输入端，其中负输入端用于接入钳位后的信号VIPN，正输入端用于接入钳位后的信号VINN，所述第一积分器AMP1的第一输出端连接第二运算放大器AMP2的正输入端，所述第一积分器AMP1的第二输出端连接第二积分器AMP2的负输入端，所述第二积分器AMP2的第一输出端连接第一脉宽调制器的第一输入端，所述第一脉宽调制器的第二输入端用于接入锯齿波信号，所述第二积分器AMP2的第二输出端连接第二脉宽调制器的第一输入端，所述第二脉宽调制器的第二输入端用于接入锯齿波信号，所述第一脉宽调制器的输出端作为所述D类调制电路的一输出端连接所述输出驱动级电路的一输入端，所述第二脉宽调制器的输出端作为所述D类调制电路的另一输出端连接所述输出驱动级电路的另一输入端。 3.根据权利要求1所述的D类功率放大器，其特征在于，所述输入级钳位电路包括分压参考电路、差分比较器以及开关电路，所述差分比较器包括四个输入端，所述开关电路包括第一端、第二端和控制端，所述开关电路的第一端、第二端均分别对应连接在一路可变输入电阻RIN1和固定输入电阻RIN2之间，所述开关电路的控制端连接所述差分比较器的输出端； 所述分压参考电路用于输出两个不同的参考电压； 所述差分比较器的四个输入端分别与分压参考电路的两个输出端、两个可变输入电阻RIN1连接，分别对应用于接入所述两个参考电压、所述差分信号VINP和VINN，所述差分比较器用于在差分信号VINP减去VINN的差值绝对值大于所述两个参考电压的差值时输出导通控制信号； 所述开关电路的第一端、第二端分别用于接入差分信号VINP、VINN，响应于所述差分比较器输出的导通控制信号导通，从而接通所述开关电路的第一端和第二端，以对差分信号VINP和VINN进行钳位。 4.根据权利要求3所述的D类功率放大器，其特征在于，所述差分比较器还包括两个输出端，均连接所述开关电路的控制端以提供输出电压VP和VN； 所述差分比较器用于比较差分信号VINP、VINN的差值与所述两个参考电压的差值，在判定差分信号VINP减去VINN的差值大于参考电压的差值时，将输出电压VP置为高电平，判定差分信号VINN减去VINP的差值大于参考电压的差值时，将输出电压VN置为高电平； 所述开关电路用于在输出电压VP或VN为高电平时导通，以对差分信号VINP和VINN进行钳位。 5.根据权利要求4所述的D类功率放大器，其特征在于，所述开关电路包括两个控制端，分别为第一控制端和第二控制端，所述开关电路包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管的栅端作为所述第一控制端连接差分比较器的其中一个输出端以接入输出电压VP，所述第二NMOS管的栅端作为所述第二控制端连接差分比较器的另一个输出端以接入输出电压VN，所述第一NMOS管和第二NMOS管的漏端均作为所述开关电路的第一端以接入差分信号VINP，第一NMOS管的源端和第二NMOS管的源端均作为所述开关电路的第二端以接入差分信号VINN。 6.根据权利要求3所述的D类功率放大器，其特征在于，所述分压参考电路包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，所述第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻依次串联，其中，所述第一分压电阻接入供电电压，所述第三分压电阻接地，所述第一分压电阻和第三分压电阻阻值相等；所述第一分压电阻和第二分压电阻连接节点处的电压作为其中一个参考电压，所述第二分压电阻和第三分压电阻连接节点处的电压作为另一个参考电压。 7.根据权利要求3所述的D类功率放大器，其特征在于，所述差分比较器包括第一转置电路和第二转置电路； 所述第一转置电路包括两个输入端和一个输出端，两个输入端分别用于相应接入所述两个不同的参考电压，所述转置电路用于将参考电压差值转换为参考电流； 所述第二转置电路与所述第一转置电路连接，所述第二转置电路包括两个输入端和两个输出端，所述两个输出端分别用于接入差分信号VINP和VINN，所述两个输出端分别用于输出所述输出电压VP或VN，所述第二转置电路用于将所述差分信号VINP、VINN转换为电流信号IP、IN，并用于在所述电流信号IP大于参考电流时，将输出电压VP置为高电平，在所述电流信号IN大于参考电流时，将输出电压VN置为高电平。 8.根据权利要求7所述的D类功率放大器，其特征在于，所述差分比较器还包括偏置电流输入电路，所述偏置电流输入电路包括NMOS管MN1和NMOS管MN2；所述第一转置电路包括NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5、NMOS管MN6、NMOS管MN7、NMOS管MN8、PMOS管MP1、PMOS管MP2、PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5和PMOS管MP6；所述第二转置电路包括NMOS管MN9、NMOS管MN10、NMOS管MN11、NMOS管MN12、NMOS管MN13、NMOS管MN14、NMOS管MN15、NMOS管MN16、PMOS管MP7、PMOS管MP8、PMOS管MP9、PMOS管MP10、PMOS管MP11、PMOS管MP12、PMOS管MP13和PMOS管MP14； 在所述偏置电流输入电路中，NMOS管MN1的漏端用于接入偏置电流IB，栅端和漏端连接在一起，源端连接NMOS管MN2的漏端；NMOS管MN2的栅端和漏端连接在一起，源端接地；NMOS管MN1的栅端和NMOS管MN3的栅端、NMOS管MN11的栅端连接，NMOS管MN2的栅端和NMOS管MN4的栅端、NMOS管MN12的栅端连接； 在所述第一转置电路中，PMOS管MP1的源端用于接入供电电压，栅端和漏端连接在一起，漏端与PMOS管MP2的源端连接；PMOS管MP2的栅端和漏端连接在一起，漏端与NMOS管MN7的漏端连接；NMOS管MN7的源端与NMOS管MN3的漏端连接，栅端接入其中一个参考电压；PMOS管MP3的源端用于接入供电电压，栅端和漏端连接在一起，漏端与PMOS管MP4的源端连接；PMOS管MP4的栅端和漏端连接在一起，漏端与NMOS管MN8的漏端连接，NMOS管MN8的源端与NMOS管MN3的漏端连接，栅端接入另一个参考电压；NMOS管MN3的源端与NMOS管MN4的漏端连接，NMOS管MN4的源端接地；PMOS管MP5的源端用于接入供电电压，栅端与PMOS管MP3的栅端连接，漏端与PMOS管MP6的源端连接；PMOS管MP6的栅端与PMOS管MP4的栅端连接，漏端与NMOS管MN5的漏端连接，NMOS管MN5的栅端和漏端连接在一起，NMOS管MN5的源端与NMOS管MN6的漏端连接，NMOS管MN6的源端接地； 在所述第二转置电路中，PMOS管MP9的源端用于接入供电电压，栅端和漏端连接在一起，漏端与PMOS管MP10的源端连接；PMOS管MP10的栅端和漏端连接在一起，漏端与NMOS管MN15的漏端连接；NMOS管MN15的源端与NMOS管MN11的漏端连接，栅端接入差分信号VINN；PMOS管MP11的源端用于接入供电电压，栅端和漏端连接在一起，漏端与PMOS管MP12的源端连接；PMOS管MP12的栅端和漏端连接在一起，漏端与NMOS管MN16的漏端连接，NMOS管MN16的源端与NMOS管MN11的漏端连接，栅端接入差分信号VINP；NMOS管MN11的源端与NMOS管MN12的漏端连接，NMOS管MN12的源端接地；PMOS管MP7的源端用于接入供电电压，漏端与PMOS管MP8的源端连接，PMOS管MP8的漏端与NMOS管MN9的漏端连接，PMOS管MP8的漏端还提供开关控制电压VN，NMOS管MN9的栅端与NMOS管MN5的栅端连接，NMOS管MN9的源端与NMOS管MN10的漏端连接，NMOS管MN10的源端接地，NMOS管MN10的栅端与NMOS管MN6的栅端连接，NMOS管MN9的漏端通过电容C1接地；PMOS管MP13的源端用于接入供电电压，漏端与PMOS管MP14的源端连接，PMOS管MP14的漏端与NMOS管MN13的漏端连接，PMOS管MP14的漏端还提供开关控制电压VP，NMOS管MN13的栅端与NMOS管MN9的栅端连接，NMOS管MN13的源端与NMOS管MN14的漏端连接，NMOS管MN14的源端接地，NMOS管MN14的栅端与NMOS管MN10的栅端连接，NMOS管MN13的漏端通过电容C2接地。 9.一种音频功率放大系统，其特征在于，包括扬声器和如权利要求1-8任一项所述的D类功率放大器，所述D类功率放大器的输出端与所述扬声器的输入端连接。 10.根据权利要求9所述的音频功率放大系统，其特征在于，还包括外部LC滤波电路，所述D类功率放大器的输出端通过所述外部LC滤波器与扬声器连接。