[发明专利]一种D类放大器及使用其驱动三线双声道扬声器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种D类放大器(Class D amplifier)以及其方法，并且特别地，本发明系关于一种以三相全桥架构(Full-bridge)为基础的D类放大器以及使用其驱动三线双声道扬声器(Tri-wired stereo amplifier)的方法。

背景技术

音频放大器的应用极为广泛，各种具有音频输出需求的电子产品，例如，随身听、音响、MP3播放器、PDA、手机等，皆有音频放大器的存在。习知的音频放大器可分为A类、B类、AB类以及D类等。其中，A类、B类以及AB类放大器即为所谓的线性放大器，而D类放大器则为非线性放大的脉冲宽度调变(Pulse width modulation，PWM)放大器。

A类放大器通常只有一个主动组件，如晶体管。该晶体管需要偏压电路，因此不管输入信号有多大，它都无法彻底导通或彻底截止。这一非截止/非导通区域就是所谓的线性区域。A类放大器的优点在于其响应线性度高，因此其输出失真极小，适合高保真音响系统。然而，A类放大器的效率也很低，其理论功率效益约为25％，但实际功率效益仅约15％至20％。此外，A类放大器在功率较大时会产生很大热量，不适合用于可携式设备。

B类放大器通常由两个相互推挽的晶体管构成，一个输出电流，而另一个吸收电流，藉由两个晶体管轮流导通完成放大的功效。B类放大器的功率效益较A类放大器更大，其理论功率效益为78％，实际功率效益则介于50％至70％之间。然而，当输入讯号小于晶体管的导通电压时，两晶体管皆为截止状态，即所谓的交越失真，因此B类放大器在整个动态范围内并非都是线性的。

此外，AB类放大器是A类和B类放大器的组合。其结构很像B类放大器，但采用了一种可向每个晶体管提供小偏压电流的电路，因此每个晶体管都不会彻底截止。其功耗会大一些，但几乎可消除交越失真。其运作类似B类放大器，两个晶体管配合完成任务，然而整体性能要B类放大器好一些。AB类放大器的理论功率效益为78％，实际值则介于50％至70％之间。

前述的A类、B类以及AB类放大器的共同缺点是需要良好的散热设备以及空间，因此体积多较庞大，而运作也比较耗电。在多数消费性电子产品追求低耗电高功率以及轻薄短小的趋势下，该等线性放大器也因此较不适合被应用于这些电子产品中。

因此，工作效率高于前述的线性放大器的D类放大器便被开发(D类放大器的理论功率效益为100％，实际功率效益则高于85％)，以符合前述需求。由于D类放大器功率高，因此其较省电，也能延长电池使用寿命。此外，D类放大器于运作时所产生的热能较低，因此能降低热能控制的成本。甚至，某些D类放大器不需要任何散热装置，因此能大幅缩小采用该等放大器的设备体积。

目前已有许多文献揭露各种改良的D类放大器，意图使D类放大器的功率更高、更稳定，并且使其电路更简化、体积更小、失真更少。例如，美国专利号第4,689,819号系揭露如何于更小的体积与兼容的电池组下，执行更有效率的D类放大的CMOS装置；美国专利号第5,317,640号系揭露当D类放大器于输入讯号为零时，其减小电流以压低功率消耗的方法，其适用于单一声道或助听器的驱动；美国专利第6,016,075号系揭露一种可降低成本以及直流成分误差的D类放大器；美国专利第6,924,700号系揭露一种具有校正电路(Correction circuit)的D类放大器；美国专利第7,078,964号系揭露一种具有直流电流侦测电路的D类放大器。

然而，于习知技艺中，采用D类放大器驱动双声道的三线扬声器时，必须以半桥的电路架构实现，此方式需要提供双极电源使其运作，因此无法应用于可携式产品。若要应用于可携式产品而以单极电源，如电池，进行供电，则需一个半电源电压点(Half voltage point)的产生电路以便驱动该放大器，由于该半电源电压点产生电路属于模拟电路，于设计上必须考虑温度漂移、输入电压漂移以及制程漂移等问题，因此其输出电压容易因为工作环境不同而改变，导致除了需要额外的电路造成电力的消耗之外，也影响整个系统的声音输出品质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能免除习知的半桥电路架构，因此能节省制造成本，并且提升效率；以最佳化回授方式进行，可压低两声道交互影响的效应，也可避免两个扬声器的不匹配性的D类放大器及使用其驱动三线双声道扬声器的方法。