功放電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種功放電路，包括甲乙類功率放大電路、第一開關電源和第二開關電源，甲乙類功率放大電路包括對稱互補的NPN型功率管和PNP型功率管，第一開關電源的第一控制端與NPN型功率管的集電極連接，第二控制端與NPN型功率管的發射極連接，第一開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨NPN型功率管的輸出電壓而變化的正電源，第二開關電源的第一控制端與PNP型功率管的集電極連接，第二控制端與PNP型功率管的發射極連接，第二開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨PNP型功率管的輸出電壓而變化的負電源。本實用新型可以同時實現高保真度與高效率，可廣泛應用于音響行業中。
【專利說明】
功放電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及音響功放技術領域，特別是涉及一種功放電路。
【背景技術】
[0002]在目前流行的后級功率放大電路中，有較高保真的甲乙類(AB類)，還有高效的丁類(D類)。甲乙類功放電路中，采用兩個功率管推挽工作，并且對該兩個推挽功率管加入基本工作電流解決交越失真，保真度很高。但是該類電路效率較低，理論平均效率低于50%，這是因為功率管工作于線性方式，當將電壓輸出到負載時，更多的壓降需要功率管承受。而丁類功放電路用PWM方式工作，先將模擬量用脈沖方式表現，再將脈沖信號用無源器件進行濾波還原成平緩模擬量，輸出到喇叭，功率管只有開關狀態，故效率很高，理論上可接近100%。但是眾所周知該類方式的信號失真較為嚴重，包括畸變、噪音、殘留載波等等。總的來說，傳統的功放電路中，尚保真和尚效率之間存在矛盾，難以在保持$父尚保真度的如提下實現尚效率。
【實用新型內容】
[0003]為了解決上述的技術問題，本實用新型的目的是提供了一種新型的功放電路。
[0004]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0005]功放電路，包括甲乙類功率放大電路、第一開關電源和第二開關電源，所述甲乙類功率放大電路包括對稱互補的NPN型功率管和PNP型功率管，所述第一開關電源的第一控制端與NPN型功率管的集電極連接，第二控制端與NPN型功率管的發射極連接，所述第一開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨NPN型功率管的輸出電壓而變化的正電源，所述第二開關電源的第一控制端與PNP型功率管的集電極連接，第二控制端與PNP型功率管的發射極連接，所述第二開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨PNP型功率管的輸出電壓而變化的負電源。
[0006]進一步，所述第一開關電源包括第一光親合器、第一PWM控制芯片、第一功率開關管、第一電感、第一電容、第一二極管、第一穩壓二極管和第一電阻，所述第一光親合器的輸入端二極管的陽極與第一穩壓二極管的正極連接，所述第一穩壓二極管的負極連接第一電阻后作為第一開關電源的第一控制端，所述第一光親合器的輸入端二極管的陰極作為第一開關電源的第二控制端；
[0007]所述第一光耦合器的輸出端三極管的集電極與第一Pmi控制芯片的控制端連接，所述第一 PWM控制芯片的輸出端與第一功率開關管的柵極連接，所述第一功率開關管的漏極與正供電電源連接，源極分別與第一二極管的負極和第一電感的一端連接，所述第一二極管的正極與第一電容的一端連接且連接節點與負供電電源連接，所述第一電容的另一端與第一電感的另一端連接且連接節點作為第一開關電源的輸出端。
[0008]進一步，所述第二開關電源包括第二光耦合器、第二PWM控制芯片、第二功率開關管、第二電感、第二電容、第二二極管、第二穩壓二極管和第二電阻，所述第二光耦合器的輸入端二極管的陽極與第二穩壓二極管的正極連接，所述第二穩壓二極管的負極連接第二電阻后作為第二開關電源的第二控制端，所述第二光耦合器的輸入端二極管的陰極作為第二開關電源的第一控制端；
[0009]所述第二光耦合器的輸出端三極管的集電極與第二pmi控制芯片的控制端連接，所述第二 PWM控制芯片的輸出端與第二功率開關管的柵極連接，所述第二功率開關管的源極與負供電電源連接，漏極分別與第二二極管的正極和第二電感的一端連接，所述第二二極管的負極與第二電容的一端連接且連接節點與正供電電源連接，所述第二電容的另一端與第二電感的另一端連接且連接節點作為第二開關電源的輸出端。
[0010]進一步，所述甲乙類功率放大電路還包括第三二極管、第四二極管、第三電阻和第四電阻，所述第三二極管的正極與NPN型功率管的基極連接，負極與第四二極管的正極連接后接輸入信號，所述第四二極管的負極與PNP型功率管的基極連接，所述NPN型功率管的集電極與正電源連接，所述第三電阻的一端與NPN型功率管的發射極連接，另一端與第四電阻的一端連接后作為甲乙類功率放大電路的信號輸出端，所述第四電阻的另一端與PNP型功率管的發射極連接，所述PNP型功率管的集電極與負電源連接。
[0011]進一步，所述甲乙類功率放大電路還包括運算放大器、第九電阻和第十電阻，所述運算放大器的同相輸入端接輸入信號，輸出端與第三二極管的負極連接，所述第十電阻的一端與運算放大器的反相輸入端連接，另一端與信號輸出端連接，所述運算放大器的反相輸入端通過第九電阻接地。
[0012]進一步，所述第一開關電源包括第三光耦合器、第一半橋PWM控制芯片、第三功率開關管、第四功率開關管、第一變壓器、第三電感、第三電容、第三穩壓二極管、第七電阻和第一整流橋，所述第三光耦合器的輸入端二極管的陽極與第三穩壓二極管的正極連接，所述第三穩壓二極管的負極連接第七電阻后作為第一開關電源的第一控制端，所述第三光耦合器的輸入端二極管的陰極作為第一開關電源的第二控制端；
[0013]所述第三光耦合器的輸出端三極管的集電極與第一半橋PWM控制芯片的控制端連接，所述第一半橋PWM控制芯片的上半橋控制端與第三功率開關管的柵極連接，所述第三功率開關管的漏極與正供電電源連接，源極分別與第一半橋PWM控制芯片的橋接點和第四功率開關管的漏極連接且連接節點與第一變壓器的原邊繞組的一側連接，所述第一變壓器的原邊繞組的另一側分別與正供電電源和負供電電源連接，所述第一半橋PWM控制芯片的下半橋控制端與第四功率開關管的柵極連接，所述第四功率開關管的源極與負供電電源連接；
[0014]所述第一變壓器的副邊繞組的兩端與第一整流橋的兩輸入端連接，所述第一整流橋的正輸出端與第三電感的一端連接，負輸出端與第三電容的一端連接，所述第三電感的另一端與第三電容的另一端連接且連接節點作為第一開關電源的輸出端。
[0015]進一步，所述第二開關電源包括第四光耦合器、第二半橋PWM控制芯片、第五功率開關管、第六功率開關管、第二變壓器、第四電感、第四電容、第四穩壓二極管、第八電阻和第二整流橋，所述第四光耦合器的輸入端二極管的陽極與第四穩壓二極管的正極連接，所述第四穩壓二極管的負極連接第八電阻后作為第二開關電源的第二控制端，所述第四光耦合器的輸入端二極管的陰極作為第二開關電源的第一控制端；
[0016]所述第四光耦合器的輸出端三極管的集電極與第二半橋PWM控制芯片的控制端連接，所述第二半橋PWM控制芯片的上半橋控制端與第五功率開關管的柵極連接，所述第五功率開關管的漏極與正供電電源連接，源極分別與第二半橋PWM控制芯片的橋接點和第六功率開關管的漏極連接且連接節點與第二變壓器的原邊繞組的一側連接，所述第二變壓器的原邊繞組的另一側分別與正供電電源和負供電電源連接，所述第二半橋PWM控制芯片的下半橋控制端與第六功率開關管的柵極連接，所述第六功率開關管的源極與負供電電源連接；
[0017]所述第二變壓器的副邊繞組的兩端與第二整流橋的兩輸入端連接，所述第二整流橋的正輸出端依次通過第四電感和第四電容與負輸出端連接，且負輸出端作為第二開關電源的輸出端。
[0018]本實用新型的有益效果是:本實用新型的功放電路，包括甲乙類功率放大電路、第一開關電源和第二開關電源，甲乙類功率放大電路包括對稱互補的NPN型功率管和PNP型功率管，第一開關電源的第一控制端與NPN型功率管的集電極連接，第二控制端與NPN型功率管的發射極連接，第一開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨NPN型功率管的輸出電壓而變化的正電源，第二開關電源的第一控制端與PNP型功率管的集電極連接，第二控制端與PNP型功率管的發射極連接，第二開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨PNP型功率管的輸出電壓而變化的負電源，從而本功放電路的保真度將得到保證，同時實現了高效率，因此，本功放電路可以同時實現高保真度與高效率。
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0020]圖1是本實用新型的功放電路的實施例二的具體電路圖；
[0021 ]圖2是傳統的甲乙類功放電路的輸出電壓的波形圖；
[0022]圖3是本實用新型的實施例二的功放電路的輸出電壓的波形圖；
[0023]圖4是本實用新型的功放電路的實施例三的具體電路圖；
[0024]圖5是本實用新型的實施例三的功放電路的輸出電壓的波形圖。
【具體實施方式】
[0025]本實用新型提供了一種功放電路，包括甲乙類功率放大電路、第一開關電源和第二開關電源，參照圖1和圖4，所述甲乙類功率放大電路包括對稱互補的NPN型功率管Q3和PNP型功率管Q4，所述第一開關電源的第一控制端與NPN型功率管Q3的集電極連接，第二控制端與NPN型功率管Q3的發射極連接，所述第一開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨NPN型功率管Q3的輸出電壓而變化的正電源VD+，所述第二開關電源的第一控制端與PNP型功率管Q4的集電極連接，第二控制端與PNP型功率管Q4的發射極連接，所述第二開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨PNP型功率管Q4的輸出電壓而變化的負電源VD — ο功率管Q3、Q4的發射極為信號輸出端，輸出電壓指發射極輸出的電壓，功率管Q3、Q4工作在放大區而非飽和區時，發射極的電位是變化的，而集電極-發射極之間的電壓相對穩定，因此，集電極跟隨發射極變化，只是高出一個固定值。為了保證功率管Q3、Q4的集電極-發射極電壓相對穩定而且使得功率管工作在放大區，第一開關電源和第二開關電源分別為功率管提供跟隨功率管的輸出電壓而變化的電源。
[0026]進一步作為優選的實施方式，參照圖1，所述第一開關電源包括第一光耦合器U2、第一PWM控制芯片Ul、第一功率開關管Ql、第一電感L1、第一電容Cl、第一二極管Dl、第一穩壓二極管Zl和第一電阻R1，所述第一光耦合器U2的輸入端二極管的陽極與第一穩壓二極管Zl的正極連接，所述第一穩壓二極管Zl的負極連接第一電阻Rl后作為第一開關電源的第一控制端，所述第一光耦合器U2的輸入端二極管的陰極作為第一開關電源的第二控制端；
[0027]所述第一光耦合器U2的輸出端三極管的集電極與第一PffM控制芯片Ul的控制端連接，所述第一 PWM控制芯片Ul的輸出端與第一功率開關管Ql的柵極連接，所述第一功率開關管Ql的漏極與正供電電源VS+連接，源極分別與第一二極管Dl的負極和第一電感LI的一端連接，所述第一二極管Dl的正極與第一電容Cl的一端連接且連接節點與負供電電源VS—連接，所述第一電容Cl的另一端與第一電感LI的另一端連接且連接節點作為第一開關電源的輸出端。
[0028]進一步作為優選的實施方式，所述第二開關電源包括第二光耦合器U4、第二PffM控制芯片U3、第二功率開關管Q2、第二電感L2、第二電容C2、第二二極管D2、第二穩壓二極管Z2和第二電阻R2，所述第二光耦合器U4的輸入端二極管的陽極與第二穩壓二極管Z2的正極連接，所述第二穩壓二極管Z2的負極連接第二電阻R2后作為第二開關電源的第二控制端，所述第二光耦合器U4的輸入端二極管的陰極作為第二開關電源的第一控制端；
[0029]所述第二光耦合器U4的輸出端三極管的集電極與第二PffM控制芯片U3的控制端連接，所述第二 PWM控制芯片U3的輸出端與第二功率開關管Q2的柵極連接，所述第二功率開關管Q2的源極與負供電電源VS+連接，漏極分別與第二二極管D2的正極和第二電感L2的一端連接，所述第二二極管D2的負極與第二電容C2的一端連接且連接節點與正供電電源VS+連接，所述第二電容C2的另一端與第二電感L2的另一端連接且連接節點作為第二開關電源的輸出端。
[0030]進一步作為優選的實施方式，所述甲乙類功率放大電路還包括第三二極管D3、第四二極管D4、第三電阻R3和第四電阻R4，所述第三二極管D3的正極與NPN型功率管Q3的基極連接，負極與第四二極管D4的正極連接后接輸入信號，所述第四二極管D4的負極與PNP型功率管Q4的基極連接，所述NPN型功率管Q3的集電極與正電源連接VD+，所述第三電阻R3的一端與NPN型功率管Q3的發射極連接，另一端與第四電阻R4的一端連接后作為甲乙類功率放大電路的信號輸出端，所述第四電阻R4的另一端與PNP型功率管Q4的發射極連接，所述PNP型功率管Q4的集電極與負電源VD —連接。
[0031]進一步作為優選的實施方式，參照圖4，所述甲乙類功率放大電路還包括運算放大器U、第九電阻R9和第十電阻R10，所述運算放大器U的同相輸入端接輸入信號，輸出端與第三二極管D3的負極連接，所述第十電阻RlO的一端與運算放大器U的反相輸入端連接，另一端與信號輸出端連接，所述運算放大器U的反相輸入端通過第九電阻R9接地。
[0032]進一步作為優選的實施方式，所述第一開關電源包括第三光親合器U5、第一半橋PWM控制芯片U7、第三功率開關管Q5、第四功率開關管Q6、第一變壓器Tl、第三電感L3、第三電容C3、第三穩壓二極管Z3、第七電阻R7和第一整流橋，所述第三光耦合器U5的輸入端二極管的陽極與第三穩壓二極管Z3的正極連接，所述第三穩壓二極管Z3的負極連接第七電阻R7后作為第一開關電源的第一控制端，所述第三光親合器U5的輸入端二極管的陰極作為第一開關電源的第二控制端；
[0033]所述第三光耦合器U5的輸出端三極管的集電極與第一半橋PffM控制芯片U7的輸入端連接，所述第一半橋PWM控制芯片U7的上半橋控制端與第三功率開關管Q5的柵極連接，所述第三功率開關管Q5的集電極與正供電電源VS+連接，源極分別與第一半橋PffM控制芯片U7的橋接點和第四功率開關管Q6的集電極連接且連接節點與第一變壓器Tl的原邊繞組的一側連接，所述第一變壓器Tl的原邊繞組的另一側分別與正供電電源VS+和負供電電源VS —連接，所述第一半橋PWM控制芯片U7的下半橋控制端與第四功率開關管Q6的柵極連接，所述第四功率開關管Q6的發射極與負供電電源VS—連接；
[0034]所述第一變壓器Tl的副邊繞組的兩端與第一整流橋的兩輸入端連接，所述第一整流橋的正輸出端與第三電感L3的一端連接，負輸出端與第三電容C3的一端連接，所述第三電感L3的另一端與第三電容C3的另一端連接且連接節點作為第一開關電源的輸出端。
[0035]進一步作為優選的實施方式，所述第二開關電源包括第四光耦合器U6、第二半橋PWM控制芯片U8、第五功率開關管Q7、第六功率開關管Q8、第二變壓器T2、第四電感L4、第四電容C4、第四穩壓二極管Z4、第八電阻R8和第二整流橋，所述第四光耦合器U6的輸入端二極管的陽極與第四穩壓二極管Z4的正極連接，所述第四穩壓二極管Z4的負極連接第八電阻R8后作為第二開關電源的第二控制端，所述第四光耦合器U6的輸入端二極管的陰極作為第二開關電源的第一控制端；
[0036]所述第四光耦合器U6的輸出端三極管的集電極與第二半橋PffM控制芯片U8的輸入端連接，所述第二半橋PWM控制芯片U8的上半橋控制端與第五功率開關管Q7的柵極連接，所述第五功率開關管Q7的集電極與正供電電源VS+連接，源極分別與第二半橋PffM控制芯片U8的橋接點和第六功率開關管Q8的集電極連接且連接節點與第二變壓器T2的原邊繞組的一側連接，所述第二變壓器T2的原邊繞組的另一側分別與正供電電源VS+和負供電電源VS —連接，所述第二半橋PWM控制芯片U8的下半橋控制端與第六功率開關管Q8的柵極連接，所述第六功率開關管Q8的發射極與負供電電源VS —連接；
[0037]所述第二變壓器T2的副邊繞組的兩端與第二整流橋的兩輸入端連接，所述第二整流橋的正輸出端依次通過第四電感L4和第四電容C4與負輸出端連接，且負輸出端作為第二開關電源的輸出端。
[0038]以下結合具體實施例對本實用新型做詳細說明。
[0039]實施例一
[0040]一種功放電路，包括甲乙類功率放大電路、第一開關電源和第二開關電源，甲乙類功率放大電路包括對稱互補的NPN型功率管Q3和PNP型功率管Q4，第一開關電源的第一控制端與NPN型功率管Q3的集電極連接，第二控制端與NPN型功率管Q3的發射極連接，第一開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨NPN型功率管Q3的輸出電壓而變化的正電源VD+，第二開關電源的第一控制端與PNP型功率管Q4的集電極連接，第二控制端與PNP型功率管Q4的發射極連接，第二開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨PNP型功率管Q4的輸出電壓而變化的負電源VD —。本實施例中，第一開關電源和第二開關電源的輸入變量來自甲乙類功率放大電路的功率管的輸出電壓，從而分別輸出電壓可變的正電源VD+或負電源VD —作為甲乙類功率放大電路的正電源VD+和負電源VD —，進而控制甲乙類功率放大電路的功率管的集電極-發射極之間的電壓維持在穩定且低值的狀態。第一開關電源和第二開關電源可以是各種形式的開關電源單元或模塊，只要能實現跟隨甲乙類功率放大電路的功率管的輸出電壓而調整開關電源的輸出電壓即可。為了將本功放電路與現有的甲類功放、乙類功放、甲乙類功放、丁類功放等功放電路相區別，本功放電路定義為M類功放。
[0041]本實用新型中，功率管也可以采用場效應管等效替代，只要將場效應管的柵極、源極和漏極分別對應功率管的基極、發射極和集電極即可，并依據現有技術調整外圍電路使其適應場效應管的特性。
[0042]實施例二
[0043]本實施例是實施例一的M類功放的一具體實施電路，參照圖1，本實施例中，第一開關電源包括第一光耦合器U2、第一 PffM控制芯片Ul、第一功率開關管Ql、第一電感L1、第一電容Cl、第一二極管Dl、第一穩壓二極管Zl和第一電阻Rl，第一光親合器U2的輸入端二極管的陽極與第一穩壓二極管Zl的正極連接，第一穩壓二極管Zl的負極連接第一電阻Rl后作為第一開關電源的第一控制端，第一光親合器U2的輸入端二極管的陰極作為第一開關電源的第二控制端；
[0044]第一光耦合器U2的輸出端三極管的集電極與第一PWM控制芯片Ul的控制端連接，第一 PWM控制芯片Ul的輸出端與第一功率開關管Ql的柵極連接，第一功率開關管Ql的漏極與正供電電源VS+連接，源極分別與第一二極管Dl的負極和第一電感LI的一端連接，第一二極管DI的正極與第一電容Cl的一端連接且連接節點與負供電電源VS —連接，第一電容Cl的另一端與第一電感LI的另一端連接且連接節點作為第一開關電源的輸出端。
[0045]第二開關電源包括第二光耦合器U4、第二 PWM控制芯片U3、第二功率開關管Q2、第二電感L2、第二電容C2、第二二極管D2、第二穩壓二極管Z2和第二電阻R2，第二光耦合器U4的輸入端二極管的陽極與第二穩壓二極管Z2的正極連接，第二穩壓二極管Z2的負極連接第二電阻R2后作為第二開關電源的第二控制端，第二光耦合器U4的輸入端二極管的陰極作為第二開關電源的第一控制端；
[0046]第二光耦合器U4的輸出端三極管的集電極與第二PWM控制芯片U3的控制端連接，第二 PWM控制芯片U3的輸出端與第二功率開關管Q2的柵極連接，第二功率開關管Q2的源極與負供電電源VS+連接，漏極分別與第二二極管D2的正極和第二電感L2的一端連接，第二二極管D2的負極與第二電容C2的一端連接且連接節點與正供電電源VS+連接，第二電容C2的另一端與第二電感L2的另一端連接且連接節點作為第二開關電源的輸出端。
[0047]本實施例的甲乙類功率放大電路除了對稱互補的NPN型功率管Q3和PNP型功率管Q4外，還包括第三二極管D3、第四二極管D4、第三電阻R3和第四電阻R4，第三二極管D3的正極與NPN型功率管Q3的基極連接，負極與第四二極管D4的正極連接后接輸入信號，第四二極管D4的負極與PNP型功率管Q4的基極連接，NPN型功率管Q3的集電極與正電源連接VD+，第三電阻R3的一端與NPN型功率管Q3的發射極連接，另一端與第四電阻R4的一端連接后作為甲乙類功率放大電路的信號輸出端，第四電阻R4的另一端與PNP型功率管Q4的發射極連接，PNP型功率管Q4的集電極與負電源VD—連接。為了防止NPN型功率管Q3和PNP型功率管Q4的交越失真，還包括第五電阻R5和第六電阻R6，R5的一端與NPN型功率管Q3的基極連接，另一端與正電源VD+連接，R6的一端與PNP型功率管Q4的基極連接，另一端與負電源VD —連接。
[0048]本實施例中，輸入信號從“IN”處輸入到甲乙類功率放大電路，經過由功率管Q3、Q4構成的射極跟隨器，輸出端“OUT”就能帶動更大的負載。圖中，R3、R4、R5、R6、D3、D4、Q3、Q4構成一個甲乙類功率放大電路，從“IN”輸入信號，甲乙類功率放大電路對輸入信號無電壓放大，但有電流放大，放大后的信號從“OUT”輸出。通過選擇合適的D3和D4，使得R3、R4在無信號時仍有一定電流，保證Q3、Q4在零電壓附近有基本電流，以防止交越失真。使用中，正供電電源VS+、負供電電源VS—為直流電源，電壓是相對穩定的(相對于參考地GND)，如果VS+和VD+直接短接，VS—和VD—也直接短接，則圖1中的甲乙類功率放大電路就是一個普通而典型的甲乙類電路，它將擁有較高的保真但同時擁有較低的效率。本專利中，正電源VD+、負電源VD —的電壓(相對于GND)將是隨條件變動的。第一開關電源和第二開關電源分別是一個電壓可變的降壓型的開關電源，Q1、Q2為開關管，D1、D2為續流二極管，L1、L2為儲能電感，C1、C2為濾波電容(為了保證電壓快速變化，該兩電容的容量不大)。先以第一開關電源來說明，第一開關電源的輸入變量來自后級NPN型功率管Q3的集發電壓(即集電極-發射極之間的電壓)，當Q3的集發電壓升高到一個閥值Vt時(Vt值可通過Rl、ZI參數的選取獲得)，該電壓通過R1、Z1、到達光耦U2的LED側，使LED導通。U2的LED導通時，UI的控制端SEN電平被拉低，Ul的P麗腳輸出的脈沖將減弱(這里采用的Ul是個未指定型號的P麗控制芯片，且其SEN內部有上拉電阻，并假定了控制方式是當SEN低電平，輸出PffM的脈寬將減弱，當SEN高電平，輸出PffM的脈寬將加強)，電容Cl上的電壓將降低，Q3的集電極電壓將降低，其集發電壓也降低。相反地，如果Q3的集發電壓低于Vt，通過反饋控制，Cl上的電壓將升高。這樣Q3的集發電壓穩定于Vt值上。同理地，通過第二開關電源的控制，Q4的集發電壓也穩定于Vt值上。通過判斷功率管集發電壓是否超過設定值并將結果信號發送到開關電源控制端進行反饋控制的方式，并不限定本實施例中所采用的光耦的形式，可以采用現有技術的任何技術，本申請中不再贅述。
[0049]兩個開關電源輸出電壓的變動和調整就是為了保持功率管的集發電壓相對穩定而且低值，低值的選取原則是:該值能保證功率管處于放大區而非飽和區。當功率管工作于放大區時，集發電壓越低時，功率管的效率越高，從而甲乙類功率放大電路的效率越高，因此，通過兩個開關電源的輸出電壓的反饋控制，保證了甲乙類功率放大電路的高效率。為了對比，圖2表示了一個傳統的典型甲乙類功放電路的輸出電壓隨時間變化的波形圖，就是圖1中假設了 VS+和VD+短接，VS-和VD-短接的情況。當輸入電壓IN變化時，輸出電壓跟隨變化，Vout是輸出電壓，交流峰值接近供電電壓VS+和VS—。圖中Vce表示Q3的集發電壓，它決定著消耗功率。
[0050]圖3表示了使用本實施例的情況下的功放電路的輸出電壓波形的變化規律情況，當輸出電壓Vout變化時，Q3、Q4的集電極電壓VD+、VD-也將跟隨變化，它們與輸出信號分別保持著相對穩定的兩極性的正負壓差。圖中Vce表示Q3與信號的正極性壓差，它決定著該管的功耗。Q4的也類似，不贅述。顯然，與圖2相比，這個Vce小得多了。因此本功放電路的效率比圖2中的傳統甲乙類功放電路高的多。
[0051]與丁類(S卩D類)功放的噪音原理一樣，開關式工作的開關電源電壓同樣會有一定的波動或者噪音，但是與丁類的直接輸出到負載的不同，這種波動是加于功率管的集電極上，它并不會傳輸到發射極上去，這是射極跟隨器的原理所決定，也即射極的輸出只跟基極相關，跟集電極幾乎不相關。因此，它的保真度將得到保證，此外它也實現了高效率，因此本功放電路可以同時實現高保真度與高效率。
[0052]本實用新型中，功率管也可以采用場效應管等效替代，只要將場效應管的柵極、源極和漏極分別對應功率管的基極、發射極和集電極即可，并依據現有技術調整外圍電路使其適應場效應管的特性。
[0053]實施例三
[0054]本實施例是實施例一的M類功放的另一具體實施電路，參照圖4，本實施例中，第一開關電源包括第三光耦合器U5、第一半橋PWM控制芯片U7、第三功率開關管Q5、第四功率開關管Q6、第一變壓器Tl、第三電感L3、第三電容C3、第三穩壓二極管Z3、第七電阻R7和第一整流橋，第三光耦合器U5的輸入端二極管的陽極與第三穩壓二極管Z3的正極連接，第三穩壓二極管Z3的負極連接第七電阻R7后作為第一開關電源的第一控制端，第三光親合器U5的輸入端二極管的陰極作為第一開關電源的第二控制端;1?7、23、1]5、1]7、05、06、1'1、1^3工3等構成一個電壓可調的開關電源電路，第三光親合器U5的輸入端調節著C3的電壓，U5的輸入端來自Q3的集電極和發射極之間的電壓，使它保持相對穩定。假設Q3的集電極和發射極之間電壓為Vce，輸出信號電壓為Vout，Q3的集電極的供電電壓為VD+，那么它們之間的關系為:VD+=Vout + Vce，由于Vce為常數，所以VD+恒比Vout高，并且隨著Vout變化而變化，如圖5所示；
[0055]圖4中，第一半橋P麗控制芯片U7和第二半橋P麗控制芯片U8的HP端口表示上半橋控制端，BG端口表示橋接點，LP端口表示下半橋控制端;第三光耦合器U5的輸出端三極管的集電極與第一半橋PWM控制芯片U7的輸入端連接，第一半橋PffM控制芯片U7的上半橋控制端與第三功率開關管Q5的柵極連接，第三功率開關管Q5的集電極與正供電電源VS+連接，源極分別與第一半橋PWM控制芯片U7的橋接點和第四功率開關管Q6的集電極連接且連接節點與第一變壓器Tl的原邊繞組的一側連接，第一變壓器Tl的原邊繞組的另一側分別與正供電電源VS+和負供電電源VS -連接，第一半橋PffM控制芯片U7的下半橋控制端與第四功率開關管Q6的柵極連接，第四功率開關管Q6的發射極與負供電電源VS—連接；
[0056]第一變壓器Tl的副邊繞組的兩端與第一整流橋的兩輸入端連接，第一整流橋的正輸出端與第三電感L3的一端連接，負輸出端與第三電容C3的一端連接，第三電感L3的另一端與第三電容C3的另一端連接且連接節點作為第一開關電源的輸出端。
[0057]進一步作為優選的實施方式，第二開關電源包括第四光耦合器U6、第二半橋PffM控制芯片U8、第五功率開關管Q7、第六功率開關管Q8、第二變壓器T2、第四電感L4、第四電容C4、第四穩壓二極管Z4、第八電阻R8和第二整流橋，第四光耦合器U6的輸入端二極管的陽極與第四穩壓二極管Z4的正極連接，第四穩壓二極管Z4的負極連接第八電阻R8后作為第二開關電源的第二控制端，第四光耦合器U6的輸入端二極管的陰極作為第二開關電源的第一控制端；
[0058]第四光耦合器U6的輸出端三極管的集電極與第二半橋PffM控制芯片U8的輸入端連接，第二半橋PWM控制芯片U8的上半橋控制端與第五功率開關管Q7的柵極連接，第五功率開關管Q7的集電極與正供電電源VS+連接，源極分別與第二半橋PffM控制芯片U8的橋接點和第六功率開關管Q8的集電極連接且連接節點與第二變壓器T2的原邊繞組的一側連接，第二變壓器T2的原邊繞組的另一側分別與正供電電源VS+和負供電電源VS—連接，第二半橋PffM控制芯片U8的下半橋控制端與第六功率開關管Q8的柵極連接，第六功率開關管Q8的發射極與負供電電源VS —連接;圖4中，正供電電源VS+和負供電電源VS —之間串聯有兩分壓電容，第二變壓器T2的原邊繞組的另一側與分壓電容中點連接；
[0059]第二變壓器T2的副邊繞組的兩端與第二整流橋的兩輸入端連接，第二整流橋的正輸出端依次通過第四電感L4和第四電容C4與負輸出端連接，且負輸出端作為第二開關電源的輸出端，且第四電感L4和第四電容C4之間的連接節點還與第一整流橋的負輸出端連接。
[0060]如圖4中所示，本實施例的甲乙類功率放大電路除了對稱互補的NPN型功率管Q3和PNP型功率管Q4外，還包括第三二極管D3、第四二極管D4、第三電阻R3和第四電阻R4，第三二極管D3的正極與NPN型功率管Q3的基極連接，負極與第四二極管D4的正極連接后接輸入信號，第四二極管D4的負極與PNP型功率管Q4的基極連接，NPN型功率管Q3的集電極與正電源連接VD+，第三電阻R3的一端與NPN型功率管Q3的發射極連接，另一端與第四電阻R4的一端連接后作為甲乙類功率放大電路的信號輸出端，第四電阻R4的另一端與PNP型功率管Q4的發射極連接，PNP型功率管Q4的集電極與負電源VD —連接。
[0061]優選的，本實施例中，對輸入信號進行放大后再與第三二極管D3的負極連接，具體的，甲乙類功率放大電路還包括運算放大器U、第九電阻R9和第十電阻R10，運算放大器U的同相輸入端接輸入信號，輸出端與第三二極管D3的負極連接，第十電阻RlO的一端與運算放大器U的反相輸入端連接，另一端與信號輸出端連接，運算放大器U的反相輸入端通過第九電阻1?9接地。本實施例中，1]、1?9、1?10、1?11、1?12、1?、1?4、03、04構成一個甲乙類功率放大電路，信號從“IN”輸入，“OUT”輸出，本實施例的甲乙類功率放大電路可以對輸入信號的電壓和電流都進行放大。圖4中，VCC3和VSS3為穩定的供電電源。
[0062]圖4的電路中，第一變壓器Tl和第二變壓器T2的原邊繞組分別接于串聯的工頻濾波電容的串接點處以及半橋功率管的橋接點處，如圖4中所示，其中(:11、(:12、(:13、(:14是濾波電容。電阻R11、R12為上下拉電阻，給功率管Q3和Q4提供電流，因為D3、D4存在，運算放大器U已經沒法為功率管Q3和Q4提供電流，因此，通過設置電阻R11、R12后為功率管Q3和Q4提供電流。D3、D4是為了使R3、R4在信號過零點時仍有一定壓降，也就是仍有一定電流，防止交越失真。假設D3、D4選取時已確保了單個二極管的導通壓降大于單個三極管Q3、Q4的基極發射極壓降。
[0063]圖4中，輸入信號從“IN”處輸入到甲乙類功率放大電路，經過由功率管Q3、Q4構成的射極跟隨器，輸出端“OUT”就能帶動更大的負載。本實施例中，甲乙類功率放大電路的放大倍數由R1與R9的比值決定。運算放大器U與功率管Q3、Q4構成形成深度負反饋結構，保真度高。本實施例使用了市電供電，圖中左側是整流電路，整流后給第一開關電源和第二開關電源供電，通過整流橋將市電整流后，整流橋的正輸出端為兩個開關電源提供正供電電源，負輸出端為兩個開關電源提供負供電電源，U7、U8是半橋驅動的半橋PffM控制芯片，其PffM的輸出寬度與輸入控制腳SEN電平成正比，也即SEN電平越低，P麗輸出越小，反之亦然。由于SEN電平盯住的是功率管Q3的集電極和發射極，所以Q3的集發電壓被保持相對恒定。當PWM的輸出電壓變化時，Q3的集電極電壓(相對于參考地電壓)也跟著亦步亦趨地同步變化。Q4的情況也類似。使用本實施例的情況下的功率管電壓波形的變化規律情況如圖5所示，圖中的Vcel是Q3的集發壓降，Vce2是Q4的集發壓降。本實施例中，由于電路結構的關系，VD+不會出現負極性(相對于地電位GND而言)，同樣VD—也不會出現正極性。這跟圖3有些不同，不過這并不會明顯削弱原來的高效率，比如當圖5中，Vce2值比較大時是出現在輸出為正極性的時刻，而正極性驅動時刻Q3才是主力電流供給者，Q4的電流并不大，只是一些維持防止交越失真的基本電流而已，也可能隨著負載電流加大，Q3發射極電阻R3的壓降也加大，而由于Q3、Q4基極的電壓差相對恒定，因此Q4發射極電阻R4的電壓將減小，Q4電流可以減小到零，所以Q4的功耗并不大。同樣地，在負極性輸出期間，即使Q3的集發壓降可能會大，但是此時Q4才是主力電流供應者，所以Q3的弱電流同樣不會形成大功耗。本實施例與實施例二相比，雖然效率略小，但是好處是輸出可以不需要電容耦合，在OUT與GND兩端直接接入負載即可，低頻特性好。這些電路很適合應用于音響驅動電路上，在可調交流電源設備上甚至電壓可調的直流線性電源上也可獲得很好的低熱和低噪聲效果。
[0064]同實施例二相同，兩個開關電源輸出電壓的變動和調整就是為了保持功率管的集電極-發射極之間的電壓(即集發電壓)相對穩定而且低值，低值的選取原則是:該值能保證功率管處于放大區而非飽和區。當功率管工作于放大區時，集發電壓越低時，功率管的效率越高，從而甲乙類功率放大電路的效率越高，因此，通過兩個開關電源的輸出電壓的反饋控制，保證了甲乙類功率放大電路的高效率。本實用新型中，功率管也可以采用場效應管等效替代，只要將場效應管的柵極、源極和漏極分別對應功率管的基極、發射極和集電極即可，并依據現有技術調整外圍電路使其適應場效應管的特性。
[0065]以上是對本實用新型的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【主權項】
1.功放電路，其特征在于，包括甲乙類功率放大電路、第一開關電源和第二開關電源，所述甲乙類功率放大電路包括對稱互補的NPN型功率管和PNP型功率管，所述第一開關電源的第一控制端與NPN型功率管的集電極連接，第二控制端與NPN型功率管的發射極連接，所述第一開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨NPN型功率管的輸出電壓而變化的正電源，所述第二開關電源的第一控制端與PNP型功率管的集電極連接，第二控制端與PNP型功率管的發射極連接，所述第二開關電源的輸出端為甲乙類功率放大電路提供電壓跟隨PNP型功率管的輸出電壓而變化的負電源。2.根據權利要求1所述的功放電路，其特征在于，所述第一開關電源包括第一光耦合器、第一 PffM控制芯片、第一功率開關管、第一電感、第一電容、第一二極管、第一穩壓二極管和第一電阻，所述第一光耦合器的輸入端二極管的陽極與第一穩壓二極管的正極連接，所述第一穩壓二極管的負極連接第一電阻后作為第一開關電源的第一控制端，所述第一光耦合器的輸入端二極管的陰極作為第一開關電源的第二控制端； 所述第一光耦合器的輸出端三極管的集電極與第一 PBi控制芯片的控制端連接，所述第一PffM控制芯片的輸出端與第一功率開關管的柵極連接，所述第一功率開關管的漏極與正供電電源連接，源極分別與第一二極管的負極和第一電感的一端連接，所述第一二極管的正極與第一電容的一端連接且連接節點與負供電電源連接，所述第一電容的另一端與第一電感的另一端連接且連接節點作為第一開關電源的輸出端。3.根據權利要求1所述的功放電路，其特征在于，所述第二開關電源包括第二光耦合器、第二 PffM控制芯片、第二功率開關管、第二電感、第二電容、第二二極管、第二穩壓二極管和第二電阻，所述第二光耦合器的輸入端二極管的陽極與第二穩壓二極管的正極連接，所述第二穩壓二極管的負極連接第二電阻后作為第二開關電源的第二控制端，所述第二光耦合器的輸入端二極管的陰極作為第二開關電源的第一控制端； 所述第二光耦合器的輸出端三極管的集電極與第二 pmi控制芯片的控制端連接，所述第二 PffM控制芯片的輸出端與第二功率開關管的柵極連接，所述第二功率開關管的源極與負供電電源連接，漏極分別與第二二極管的正極和第二電感的一端連接，所述第二二極管的負極與第二電容的一端連接且連接節點與正供電電源連接，所述第二電容的另一端與第二電感的另一端連接且連接節點作為第二開關電源的輸出端。4.根據權利要求1所述的功放電路，其特征在于，所述甲乙類功率放大電路還包括第三二極管、第四二極管、第三電阻和第四電阻，所述第三二極管的正極與NPN型功率管的基極連接，負極與第四二極管的正極連接后接輸入信號，所述第四二極管的負極與PNP型功率管的基極連接，所述NPN型功率管的集電極與正電源連接，所述第三電阻的一端與NPN型功率管的發射極連接，另一端與第四電阻的一端連接后作為甲乙類功率放大電路的信號輸出端，所述第四電阻的另一端與PNP型功率管的發射極連接，所述PNP型功率管的集電極與負電源連接。5.根據權利要求4所述的功放電路，其特征在于，所述甲乙類功率放大電路還包括運算放大器、第九電阻和第十電阻，所述運算放大器的同相輸入端接輸入信號，輸出端與第三二極管的負極連接，所述第十電阻的一端與運算放大器的反相輸入端連接，另一端與信號輸出端連接，所述運算放大器的反相輸入端通過第九電阻接地。6.根據權利要求1所述的功放電路，其特征在于，所述第一開關電源包括第三光耦合器、第一半橋PWM控制芯片、第三功率開關管、第四功率開關管、第一變壓器、第三電感、第三電容、第三穩壓二極管、第七電阻和第一整流橋，所述第三光耦合器的輸入端二極管的陽極與第三穩壓二極管的正極連接，所述第三穩壓二極管的負極連接第七電阻后作為第一開關電源的第一控制端，所述第三光耦合器的輸入端二極管的陰極作為第一開關電源的第二控制端； 所述第三光耦合器的輸出端三極管的集電極與第一半橋PWM控制芯片的控制端連接，所述第一半橋PWM控制芯片的上半橋控制端與第三功率開關管的柵極連接，所述第三功率開關管的漏極與正供電電源連接，源極分別與第一半橋PWM控制芯片的橋接點和第四功率開關管的漏極連接且連接節點與第一變壓器的原邊繞組的一側連接，所述第一變壓器的原邊繞組的另一側分別與正供電電源和負供電電源連接，所述第一半橋PWM控制芯片的下半橋控制端與第四功率開關管的柵極連接，所述第四功率開關管的源極與負供電電源連接； 所述第一變壓器的副邊繞組的兩端與第一整流橋的兩輸入端連接，所述第一整流橋的正輸出端與第三電感的一端連接，負輸出端與第三電容的一端連接，所述第三電感的另一端與第三電容的另一端連接且連接節點作為第一開關電源的輸出端。7.根據權利要求1所述的功放電路，其特征在于，所述第二開關電源包括第四光耦合器、第二半橋PWM控制芯片、第五功率開關管、第六功率開關管、第二變壓器、第四電感、第四電容、第四穩壓二極管、第八電阻和第二整流橋，所述第四光耦合器的輸入端二極管的陽極與第四穩壓二極管的正極連接，所述第四穩壓二極管的負極連接第八電阻后作為第二開關電源的第二控制端，所述第四光耦合器的輸入端二極管的陰極作為第二開關電源的第一控制端； 所述第四光耦合器的輸出端三極管的集電極與第二半橋PWM控制芯片的控制端連接，所述第二半橋PWM控制芯片的上半橋控制端與第五功率開關管的柵極連接，所述第五功率開關管的漏極與正供電電源連接，源極分別與第二半橋PWM控制芯片的橋接點和第六功率開關管的漏極連接且連接節點與第二變壓器的原邊繞組的一側連接，所述第二變壓器的原邊繞組的另一側分別與正供電電源和負供電電源連接，所述第二半橋PWM控制芯片的下半橋控制端與第六功率開關管的柵極連接，所述第六功率開關管的源極與負供電電源連接； 所述第二變壓器的副邊繞組的兩端與第二整流橋的兩輸入端連接，所述第二整流橋的正輸出端依次通過第四電感和第四電容與負輸出端連接，且負輸出端作為第二開關電源的輸出端。
【文檔編號】H03F1/02GK205545154SQ201620101666
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月1日
【發明人】陸東海
【申請人】廣州市微龍電子科技有限公司