定壓音頻功率放大器的製作方法
2023-05-20 12:55:41
專利名稱：定壓音頻功率放大器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子電路技術領域，具體地說，是涉及一種定壓音頻功率放大器。
背景技術：
音頻功率放大器簡稱「功放」，作用是放大調音臺或周邊設備(信號處理設備)送來的低電平音頻信號，使它的輸出功率足以驅動配接的揚聲器負載。目前，公知的定壓音頻功率放大器都根據外接4歐姆或者8歐姆負載時，額定輸出功率的普通揚聲器所需要的音頻驅動電壓來設計音頻功率放大器的輸出電壓，然後通過一個輸出耦合變壓器將輸出電壓變壓到廣播揚聲器需要的驅動電壓級別。公知的定壓音頻功率放大器，通常有4-16歐姆定阻揚聲器輸出、70V定壓揚聲器輸出以及100V定壓揚聲器輸出三組音頻功率輸出，這三組輸出唯一的不同就是為了適應不同的揚聲器驅動電壓。在實際應用中，我們發現用戶只會也只能使用其中的一種音頻輸出，因此，公知的定壓拼音功率放大器會造成很大的浪費。同時，由於開關電源技術的成熟， D類功放器件的成熟(主要是MOSFET器件)，音頻功率放大器可以按照較高工作電壓設計， 不需要如以往一樣音頻功率放大器按較低工作電壓設計，再由變壓器將輸出電壓提高。有鑑於此，現有技術還有待改進和提高。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種定壓音頻功率放大器，以解決現有技術中的定壓音頻功率放大器需要輸入電壓變壓器和輸出耦合變壓器，從而造成電路複雜、成本高的問題。為達到上述目的，本實用新型所採取的技術方案如下一種定壓音頻功率放大器，用於對一音頻輸入信號進行放大處理，並輸出一音頻輸出信號，其中，所述定壓音頻功率放大器包括開關電源供電單元、D類功率放大單元、電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元以及輸出濾波單元；其中，所述開關電源供電單元、D類功率放大單元和輸出濾波單元依次連接，所述電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元分別連接開關電源供電單元、D類功率放大單兀。所述的定壓音頻功率放大器，其中，所述開關電源供電單元包括一型號為頂2153 的驅動晶片。所述的定壓音頻功率放大器，其中，所述D類功率放大單元包括一型號為 IRS2092S的轉換晶片。所述的定壓音頻功率放大器，其中，所述音頻輸出信號為70V定壓輸出信號或 100V定壓輸出信號。所述的定壓音頻功率放大器，其中，所述溫度檢測和保護單元包括溫度開關和/ 或熱敏電阻。與現有技術相比，本實用新型提供的定壓音頻功率放大器包括開關電源供電單元、D類功率放大單元、電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元以及輸出濾波單元；所述開關電源供電單元、D類功率放大單元和輸出濾波單元依次連接，所述電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元分別連接開關電源供電單元、D類功率放大單元。通過本實用新型提供的定壓音頻功率放大器，節約了公知的定壓音頻功率放大器所採用方案通常使用的輸入電壓變壓器和輸出耦合變壓器，大幅提高了定壓音頻功率放大器的電源利用率，使得放大器效率總體效率達到75%_85% ；較大程度地降低了定壓音頻功率放大器的生產成本，極大地降低了定壓音頻功率放大器的體積和重量，從而直接降低了物流成本。
圖1為本實用新型的定壓音頻功率放大器的結構框圖。圖2為本實用新型實施例的D類功率放大單元的電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種定壓音頻功率放大器，為使本實用新型的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖，並舉具體實施例對本實用新型進一步詳細說明。請參閱圖1，其為本實用新型的定壓音頻功率放大器的結構框圖。如圖所示，本實用新型的定壓音頻功率放大器包括開關電源供電單元100、D類功率放大單元200、電流檢測和保護單元300、溫度檢測和保護單元400以及輸出濾波單元500 ；其中，所述開關電源供電單元100、D類功率放大單元200和輸出濾波單元500依次連接，所述電流檢測和保護單元300、溫度檢測和保護單元400分別連接開關電源供電單元100、D類功率放大單元200。具體來說，因為音頻輸出信號的驅動電壓通常有兩種，一種是70V，一種是100V， 其對應的音頻輸出信號就為70V定壓輸出信號和100V定壓輸出信號。在本實施例中，我們以70V定壓輸出信號為例來說明如果是70V定壓輸出信號，那麼我們根據市電波動餘量和D類放大死區等參數設計開關電源供電單元100的供電電壓為合適的母線電壓，D類功率放大單元200則根據音頻輸入的前級信號(即音頻輸入信號)將開關電源供電單元100提供的直流電壓轉換為PWM波形，再通過輸出濾波單元500濾除高頻載波成分，然後，可以通過BTL橋接方式直接輸出70V定壓輸出信號。電流檢測和保護單元300根據所設計的定壓音頻功率放大器的額定輸出功率檢測和限制功率放大器的輸出電流，以保護負載和所述定壓音頻功率放大器。而溫度檢測和保護單元400對開關電源供電單元100和D類功率放大單元200進行溫度檢測，如達到達其動作溫度，那麼市電將被從電路中斷離(即切斷電源)， 以確保定壓音頻功率放大器和負載的安全。同樣地，如果是100V定壓輸出信號，則根據D類設計參數和市電波動餘量設計合適的開關電源供電電壓，同樣經過後續放大直接提供100V定壓輸出信號。由於使用開關電源供電，具有體積小效率高的特點，而且不需要傳統模擬變壓器後的高耐壓大容量電解電容，使得高供電電壓時降低成本成為可能；使用D類功率放大器(D類功率放大單元200)， 在較高的供電電壓也能可靠工作，D類音頻放大器使用的MOSFET通常都具備200V的耐壓， 考慮到過衝和安全餘量，在供電電壓為92V能夠穩定工作。因為是小功率應用，在本實施例中，開關電源供電單元可以採用半橋式結構，設計和製作要求都相對較低(成本也相應降低很多)，比如使用頂公司的驅動晶片IR2153，一片就可以完成開關電源的驅動，設計和製作都非常簡單。通過電流取樣，也設計了簡單的開關電源控制和保護電路，在負載電流過大時，自動關閉開關電源的輸出，這樣同時保護了開關電源供電單元100和D類功率放大單元200的功率部分。請繼續參閱圖2，圖2為本實用新型實施例的D類功率放大單元的電路原理圖。如圖所示，其包括一轉換晶片IRS2092S，用於將輸入的模擬音頻信號與三角波信號比較後轉換為與模擬音頻輸入電平相關的PWM方波。所述PWM方波信號分配到轉換晶片^S2092S 的LO和HO輸出，驅動MOSFET將PWM方波放大到設計的電壓，再通過Ll和C8將高頻成分過濾後，直接驅動負載。兩個這樣的D類放大器模塊橋接，可以降低對MOSFET的耐壓要求， 也會大幅提升功率放大器的PSRR (電源抑制比)。另外，關於D類功率放大單元的其他保護部分，因其為現有技術，這裡不再一一贅述了。進一步地，由於採用了目前成熟可靠的國際整流器件公司(International Rectifier)的D類放大器的轉換晶片^S2092，其晶片具備模擬音頻輸入接口，可以將模擬音頻輸入直接轉換為對稱的PWM驅動脈衝，來驅動後面的功率M0SFET，並內置了 MOSFET 電流檢測和保護電路和驅動高壓側偏移電路。功率MOSFET在本實施例中，還採用了 IRFB4020PBF,導通電阻只有100毫歐姆，柵極電阻為18納法拉。耐壓達到了 200V，100攝氏度時容許負載的電流為13A，完全能夠滿足70V輸出負載500W的應用要求。另外，由於 IRS2092S內部具有保護，我們僅添加對開關電源供電單元100的開關MOSFET和D類功率放大單元200的開關MOSFET的溫度檢測，這裡可以採用溫度開關和/或熱敏電阻的方式。 熱敏電阻的動作溫度比溫度開關低10攝氏度，它只是關閉驅動晶片的輸出；而如果MOSFET 溫度到達溫度開關的動作溫度，那麼市電將被從電路中斷離，以確保本實用新型的定壓音頻功率放大器和負載的安全。綜上所述，本實用新型提供的定壓音頻功率放大器包括開關電源供電單元、D類功率放大單元、電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元以及輸出濾波單元；所述開關電源供電單元、D類功率放大單元和輸出濾波單元依次連接，所述電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元分別連接開關電源供電單元、D類功率放大單元。通過本實用新型提供的定壓音頻功率放大器，節約了公知的定壓音頻功率放大器所採用方案通常使用的輸入電壓變壓器和輸出耦合變壓器，大幅提高了定壓音頻功率放大器的電源利用率，使得放大器效率總體效率達到75%-85% ；較大程度地降低了定壓音頻功率放大器的生產成本，極大地降低了定壓音頻功率放大器的體積和重量，從而直接降低了物流成本。可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本實用新型所附的權利要求的保護範圍。
權利要求1.一種定壓音頻功率放大器，用於對一音頻輸入信號進行放大處理，並輸出一音頻輸出信號，其特徵在於，所述定壓音頻功率放大器包括開關電源供電單元、D類功率放大單元、 電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元以及輸出濾波單元；其中，所述開關電源供電單元、D類功率放大單元和輸出濾波單元依次連接，所述電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元分別連接開關電源供電單元、D類功率放大單元。
2.根據權利要求1所述的定壓音頻功率放大器，其特徵在於，所述開關電源供電單元包括一型號為頂2153的驅動晶片。
3.根據權利要求1所述的定壓音頻功率放大器，其特徵在於，所述D類功率放大單元包括一型號為IRS2092S的轉換晶片。
4.根據權利要求1所述的定壓音頻功率放大器，其特徵在於，所述音頻輸出信號為70V 定壓輸出信號或100V定壓輸出信號。
5.根據權利要求1所述的定壓音頻功率放大器，其特徵在於，所述溫度檢測和保護單元包括溫度開關和/或熱敏電阻。
專利摘要本實用新型公開了一種定壓音頻功率放大器，包括開關電源供電單元、D類功率放大單元、電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元和輸出濾波單元；所述開關電源供電單元、D類功率放大單元和輸出濾波單元依次連接，所述電流檢測和保護單元、溫度檢測和保護單元分別連接開關電源供電單元、D類功率放大單元。通過本實用新型提供的定壓音頻功率放大器，節約了公知的定壓音頻功率放大器所採用方案通常使用的輸入電壓變壓器和輸出耦合變壓器，大幅提高了定壓音頻功率放大器的電源利用率，使得放大器效率總體效率達到75%-85%；較大程度地降低了定壓音頻功率放大器的生產成本，極大地降低了定壓音頻功率放大器的體積和重量，從而直接降低了物流成本。
文檔編號H03F3/20GK202261176SQ201120391480
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月14日 優先權日2011年10月14日
發明者張巍 申請人:張巍