减小d类音频放大器中的电力供应轨泵送的系统和方法与流程-j9九游会真人

减小d类音频放大器中的电力供应轨泵送的系统和方法
技术领域
1.本文中公开使用双重调节dc-dc转换器减小d类音频放大器中的电力供应轨泵送的系统和方法。


背景技术：

2.d类放大器用作开关接通或关断的开关放大器，这与具有较长时间周期(在所述较长时间周期期间开关在输出装置具有较高功耗的线性区中操作)的a类、a/b类或b类放大器设计形成对照。由于d类放大器使输出装置在关断状态与接通状态之间切换，因此所述d类放大器比其他放大器设计耗费的电力更少。
3.具有单端输出负载和分离电压轨的d类放大器在以低频率和高功率操作期间(尤其是当驱动低阻抗负载时)面临着被称为电力供应“轨泵送”(或“总线泵送”)的现象。此现象导致d类电力供应电压轨的量值增大。较高的电力供应电压轨导致d类放大器半导体上存在另外的损耗和电应力。因此使用具有较高电压额定值的电容器和半导体，这会增加系统的成本。另外，半导体电压额定值越高，其开关速度越慢，这会导致另外的损耗。在音频频率较低、功率操作较高和音频通道数目增大的情况下，总损耗增大。


技术实现要素：

4.一种放大器系统可包括：至少一个交流(ac)输入源；第一dc-dc转换器，所述第一dc-dc转换器被配置成将ac电压转换成第一轨电压；第二dc-dc转换器，所述第二dc-dc转换器被配置成将所述ac电压转换成第二轨电压；以及d类放大器，所述d类放大器被配置成在第一正轨上从所述第一dc-dc转换器接收所述第一轨电压并且在第二负轨上从所述第二dc-dc转换器接收所述第二轨电压以减小第一电压轨和第二电压轨的轨泵送。
5.一种d类音频放大系统可包括：至少一个ac输入源；第一dc-dc转换器，所述第一dc-dc转换器被配置成转换ac电压以调节正电压轨；第二dc-dc转换器，所述第二dc-dc转换器被配置成转换所述ac电压以调节负电压轨；d类放大器，所述d类放大器被配置成从所述第一dc-dc转换器接收所述正电压轨并且从所述第二dc-dc转换器接收所述负电压轨以减小所述d类放大器的轨泵送。
附图说明
6.参考以下图式和描述，可更好地理解所述系统。图中的组件不一定成比例，而是着重图解说明本发明的原理。此外，在图中，相似的参考编号贯穿不同的视图指示对应的部分。
7.图1图解说明d类放大器系统的实例性系统图；
8.图2图解说明图1的d类放大器系统的一部分的实例性实体图；
9.图3图解说明另一个d类放大器系统的实例性系统图；
10.图4图解说明图3的d类放大器系统的一部分的实例性实体图；
11.图5图解说明实例性曲线图，所述实例性曲线图图解说明图1的d类放大器系统的电压；并且
12.图6图解说明实例性曲线图，所述实例性曲线图图解说明图3的d类放大器系统的电压。
具体实施方式
13.根据需要，本文中公开本发明的详细实施方案；然而应理解，所公开的实施方案仅例示本发明，本发明可体现为各种替代形式。各图不一定成比例；一些特征可能被放大或最小化以示出特定组件的细节。因此，本文中所公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
14.d类放大器用作开关接通或关断的开关放大器，这与具有较长时间周期(在所述较长时间周期期间开关在输出装置具有较高功耗的线性区中操作)的a类、a/b类或b类放大器设计形成对照。具体来说，d类放大器可将不断改变的电压以矩形脉冲的形式递送到固定负载。呈半桥配置或全桥配置的d类放大器中使用成对的晶体管，并且防止每一对同时导电以防止电力供应电压轨发生任何短路。由于晶体管在接通与关断之间切换，因此晶体管耗费的电力非常少，从而使得d类放大器的效率更高。
15.在d类放大器具有单端输出和分离电力供应电压轨(即正电压轨和负电压轨)的情况下，源电流在音频信号的正半循环期间来自正电压轨并且灌电流在所述音频信号的负半循环期间去向负电压轨。在所述操作期间，可出现被称为电力供应“轨泵送”或“总线泵送”的现象。此种轨泵送问题在以低频率、高输出功率(电流)条件操作期间(尤其在驱动低阻抗负载时)尤其普遍。这些条件可导致放大器电力供应电压轨的电压量值增大。即，电压轨可超出其正常值被“泵送”。较高的电力供应电压轨导致d类放大器半导体上存在另外的损耗和电应力。因此需要具有较高电压额定值的电容器和半导体，这会增加系统的成本。另外，半导体电压额定值越高，其开关速度越慢，这导致另外的损耗并且可能会导致装置过热。在音频频率较低、功率操作较高和音频通道数目增大的情况下，总损耗增大。
16.通常，为了消除轨泵送对d类放大器上的影响，将另外的电容器增加到电力供应电压轨。另一个方法涉及使用双向电力供应，所述双向电力供应达成从其输出端到其输入端的反向电流流动，因此将轨泵送最小化。此外，可使用具有较高电压额定值的半导体来适应增大的电力供应电压轨。然而，这些额定值较高的组件可导致开关速度降低，进而导致损耗增加。此外，将另外的电容器增加到电力供应电压轨可增大成本并且占据印刷电路板(pcb)的基板面。这些增加的电容器可需要特别注意以解决在短路期间的潜在安全问题。
17.轨泵送的其他j9九游会真人的解决方案可包括桥接输出信号。输出信号相对于彼此异相，并且因此一个通道中的电力供应泵送会抵消其他通道中的泵送。在多通道放大器中，两个通道可彼此异相地操作。因此，一个通道中发生的任何轨泵送可抵消其他通道中的泵送。然而，就所述j9九游会真人的解决方案来说，第二通道终端处的音频连接将需要相对于第一通道而具有相反的极性，以推动反相信号恢复成第一通道的相位。因此，针对轨泵送和降低的放大器效率的更常见的有成本效益的方式对于d类放大器来说仍是一个问题。此外，在音频频率较低、功率操作较高和音频通道数目增大的情况下，总损耗增大。
18.本文中公开一种具有两个单独调节的直流(dc)-dc转换器来生成放大器电压轨的
双重调节系统。转换器中的一者调节正供应电压轨( vcc)，而另一者调节负供应电压轨(-vcc)。通过调节电压轨中的每一者，明显地减轻轨泵送效应，正如次级侧上需要另外的电容器一样。使用两个较小的经过调节的dc-dc电力供应器而非单个较大的未经调节的电力供应器允许在不在尺寸和成本上做出让步的情况下简化布局并且促进更好的热设计。
19.图1图解说明d类放大器系统100的实例性系统图。系统100可包括从ac源105接收电力的交流(ac)-直流(dc)电力供应器。电磁干扰(emi)滤波器110可从ac源105接收电力。emi滤波器110可抑制系统中的各种电力供应电路所生成的电磁噪声。此可尤其重要，原因在于d类放大器的高频率组件往往会生成杂散emi，而所述杂散emi可扰乱其他组件、电路和系统的操作。
20.系统100可包括线路继电器115，所述线路继电器115被配置成从emi滤波器110接收经过滤波的ac输入。线路继电器115可将经过滤波的ac输入提供到桥整流器120。线路继电器115可将经过滤波的ac输入提供到整流器120。接着，整流器120可将ac电压输入转换成全波整流dc电压输出。
21.功率因数校正(pfc)电路125可接收全波整流dc电压。pfc电路125可执行pfc以使得输入电流与输入电压同相，从而使得接近满功率因数。pfc电路125也可减少线路谐波、失真和峰值电流。
22.dc-dc转换器130可接收经过功率因数校正的dc电力。上文所阐释的转换器130通常是单个隔离且未经调节的dc/dc转换器，所述dc/dc转换器将 /-vcc电压轨(例如，第一正电压轨( vcc)140a和第二负电压轨(-vcc)140b)供应到d类放大器135。接着，放大器135将电力提供到负载145或用于播放的扬声器。典型的转换器130可包括dc/dc转换器拓扑，诸如llc(半桥、全桥)、相移全桥、双有源桥等。
23.图2图解说明实例性dc-dc转换器130。在所示的实例中，转换器是单个未经调节的转换器，具体来说是半桥llc转换器。输出端可包括防止反向电流流动的至少一对二极管205。这些二极管导致上文所述的轨泵送现象。例如，在输出音频信号的正半循环期间，底部两个二极管d2和d4阻挡反向的电流流动。此导致负电压轨电容器c12被过度充电。类似地，在输出音频信号的负半循环期间，顶部两个二极管d1和d3阻挡反向的电流流动。此导致正电压轨电容器c6被过度充电。此实例图解说明半桥llc转换器210，但可使用其他实例性dc/dc转换器。
24.图3图解说明具有双重调节dc/dc转换器130a、130b的d类放大器系统300的另一个实例性系统图。图3可包括与图1的组件类似的组件，包括从ac源105接收电力的ac-dc电力供应器、被配置成抑制电磁干扰信号的emi滤波器110、和被配置成从emi滤波器110接收经过滤波的ac输入的线路继电器115。接着，整流器120可将经过滤波的ac输入电压转换成全波整流dc输出电压，并且pfc电路125可执行功率因数校正。
25.与图1中的实例不同，系统300可实施双重调节dc/dc转换器。每一个转换器可分别调节 vcc电压轨和-vcc电压轨。如图所示，包括用于第一正电压轨( vcc)140a的第一转换器130a，并且包括用于第二负电压轨(-vcc)140b的第二转换器130b。如上文所阐释，通过单独地调节电压轨中的每一者，明显地减轻电力供应轨泵送效应，正如次级侧上需要另外的电容器一样。对电压轨的所述调节也允许在不在尺寸和成本上做出让步的情况下简化布局并且促进更好的热设计。
26.图4图解说明图3的双重转换器130a、130b的另一个实例性实体图。转换器130a、130b中的每一者可从pfc电路125接收dc电力输入。pfc电路125可将体电压(v
体
)提供到每一个转换器130a、130b。接着，转换器130a、130b可调节此输入以使得单独地调节每一个电压轨140a、140b。第一转换器130a和第二转换器130b被图解说明为半桥llc转换器，但可以是任何其他拓扑(诸如，上文所提及的全桥、相移全桥、双有源桥等)。第一转换器130a可调节第一电压轨140a的dc电压( vcc)并且第二转换器130b可调节第二电压轨140a的dc电压(-vcc)。接着，d类放大器135可接收第一电压轨140a和第二电压轨140b。
27.llc dc/dc转换器130需要脉冲频率调制来调制开关频率以调节其输出电压。转换器反馈电路136可利用恒定k来缩放 vcc和-vcc电压轨值并且利用频率补偿网络将信号施加到误差放大器。转换器反馈136可包括电压受控振荡器(vco)150，所述电压受控振荡器150使用误差放大器输出来确定每一个llc dc/dc转换器的开关频率。
28.转换器反馈136可包括调制器160以用于实施脉冲频率调制以输出一系列脉冲。所示的llc dc/dc转换器130的实例采用脉冲频率调制来调节电压轨的电压。在其他拓扑(诸如半桥、全桥、相移全桥等)中，使用脉冲宽度调制(pwm)来调节输出电压。hi_dr和lo_dr信号可以是mosfet或igbt晶体管的控制栅极信号。
29.d类放大器可以是用于音频系统中的有成本效益的组件。如此，减轻电力供应轨泵送可有益处并且增大高效使用d类放大器的能力。通过单独地控制每一个电压轨上的电压来减小轨泵送，d类放大器可在应力更小且热量更少的情况下更高效地执行，因此使得总音频系统总体上得以提高。
30.图5图解说明实例性曲线图，所述实例性曲线图图解说明图1和图2的使用未经调节的单向dc-dc转换器的d类放大器系统100的电压和电流。d类放大器将电压505输出到2ohm的扬声器负载(图4中所示的电阻器r1)，所述电压505在20hz的频率下具有约50v的峰值。对应电流510在图4的电阻器r1处获取的20hz频率下具有约25a的峰值。
31.曲线图示出正电压轨140a处的第一轨电压515。如图解说明，在音频电压/电流输出的正半循环期间，正轨电压515大致恒定在大约120v。在音频输出的负循环期间，正轨电压的量值由于轨泵送现象而开始增大。负电压轨140b处的第二轨电压520可具有与第一轨电压515类似的趋势，即电压的量值在音频电压/电流输出的正半循环期间可增大，随后具有大约-120v的大致恒定量值。图解说明电压差530以示出 vcc与-vcc之间的差。在此实例中， vcc可具有最大值145v并且-vcc可具有最大值-145v。( vcc)
–
(-vcc)的差可等于260v。此外，在此实例中，每一个电压轨上使用3mf(即 vcc电压轨上使用3mf并且-vcc电压轨上使用3mf)。
32.图6图解说明实例性曲线图，所述实例性曲线图图解说明图3和图4的d类放大器系统300的电压，其中系统300包括双重调节电力供应器。类似于图5中的曲线图，在图4的电容器c13处获取放大器电压605。在此实例中，在2ohm的负载下可以是放大器电压605。如实例性图表中所图解说明，放大器电压605将电压605输出到2ohm的扬声器负载(图4中所示的电阻器r1)，所述电压605在20hz的频率下具有约50v的峰值。对应电流610在图4的电阻器r1处获取的20hz频率下具有约25a的峰值。
33.曲线图示出正电压轨140a处的第一轨电压615。与图5的正轨电压515不同，图6中的正轨电压615大致恒定在大约120v。负电压轨140b处的第二轨电压620可具有类似的趋势
并且恒定在大约-120v。图解说明电压差625以示出 vcc与 vcc之间的差。在此实例中， vcc可具有最大值约118v并且-vcc可具有最大值约-117v。( vcc)
–
(-vcc)可等于约232v。因此，每一个电压轨上的特定电压相对恒定并且轨泵送现象得以明显地减轻。在去向d类放大器的电力供应展现出轨泵送的情况下，这些电压615、620相对恒定并且明显地低于图5中的实例的电压。此外，在此实例中，每一个电压轨上使用等于1.5mf的更小电容(即 vcc电压轨上使用1.5mf并且-vcc电压轨上使用1.5mf)。
34.因此，使用双重调节dc-dc转换器方式有助于通过单独地调节正放大器电压轨和负放大器电压轨来减小d类放大器轨泵送。较低的放大器电压供应轨峰值使得d类放大器半导体上的损耗和电(过电压、开关损耗)应力减小。因此，可使用具有较低电压额定值的电容器和半导体以有助于降低系统成本。此外，使用较低电压额定值的半导体意味着相对较快的开关速度，从而使得损耗降低并且效率提高。在音频频率较低、功率操作较高并且音频通道数目增大的情况下，总损耗明显减小。
35.对各种实施方案的描述已出于图解说明目的而呈现，但不旨在穷举或仅限于所公开的实施方案。本领域技术人员将明白很多修改和变化，而此并不脱离所述实施方案的范围和精神。
36.本发明实施方案的各方面可体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的各方面可呈全硬件实施方案、全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合有软件和硬件方面的实施方案的形式，以上所有实施方案在本文中通常可被称为“模块”或“系统”。此外，本公开的各方面可呈计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品包含在一个或多个计算机可读介质中，所述计算机可读介质上包含有计算机可读程序代码。
37.可利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外线或半导体的系统、设备或装置或前述各项的任何适合的组合。计算机可读存储介质的更具体实例(非详尽列表)包括以下各项：具有一个或多个配线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光学存储装置、磁性存储装置或前述各项的任何适合的组合。在此文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可含有或存储程序的任何有形介质，所述程序由指令执行系统、设备或装置使用或与指令执行系统、设备或装置结合。
38.上文参考根据本公开的实施方案的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图解说明和/或框图描述本公开的各方面。将理解，流程图图解说明和/或框图的每一个框以及流程图图解说明和/或框图中的框的组合可由计算机程序指令实施。可将这些计算机程序指令提供到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，以使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令能够实施流程图和/或框图的一个或多个框中所规定的功能/动作。所述处理器可以是但不限于通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或现场可编程处理器。
39.图中的流程图和框图图解说明根据本公开的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方案的架构、功能和操作。就此来说，流程图或框图中的每一个框可表示模块、片段或代码的一部分，所述模块、片段或代码的一部分包括用于实施规定的逻辑功
能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代实施方案中，框中所述的功能可不按照图中所述的次序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个框事实上可基本上同时执行或所述框有时可按照相反的次序执行。还将注意，框图和/或流程图图解说明的每一个框以及框图和/或流程图图解说明的框的组合可由执行规定的功能或动作的专用基于硬件的系统或由专用硬件和计算机指令的组合来实施。
40.虽然上文描述了示例性实施方案，但这些实施方案并不旨在描述本发明的所有可能形式。更确切地说，在说明书中使用的措词是用于描述而非限制，并且应理解可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可组合各种实施的实施方案的特征以形成本发明的其他实施方案。