[发明专利]用于使用适应DV/DT控制的D类音频放大器的栅极驱动器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2005年4月5日提出的名为“用于使用适应DV/DT控制的D类音频放大器的栅极驱动器”的美国临时申请60/668,656的利益，并在此要求该申请的优先权，且其公开内容作为引用结合于此。

技术领域

本发明涉及D类放大器，更特别地，涉及在D类放大器上使用适应dV/dt控制。

背景技术

功率D类放大器，例如，图1中所示的放大器10将输入波形转换为连续的脉宽调制(PWM)模拟信号。可以重复产生具有恰好低于脉冲频率的带宽的信号。D类放大器的输出包括不需要的谱分量，例如，脉冲频率及其谐波，必须通过无源LC滤波器18将其移除。因而发生的滤波信号之后成为输入的放大复本。

通常地，如图1所示，功率晶体管14和16的开关级12在效率和作为功率晶体管正常工作的副产品发出的电磁干扰(EMI)间承担交换作用。EMI导致在电路中引入不需要的信号(干扰或噪声)。需要在所述开关级12中使用更高的dV/dt以便获得更好的效率。然而，因为dV/dt急剧变化的瞬态伪差(transient artifacts)，所以时间上更高的电压变化(dV/dt)能够成为导致EMI噪声的原因之一。

这本质上是音频信号在D类音频中的应用，音频信号的平均输出功率明显地小于其峰值。如果放大器具有在更低的输出功率级别上的低EMI噪声发射，以及在更高输出功率级别上的更高的效率，那么之后这两个对立的设计问题将能够被兼容。

发明内容

因此，本发明的目的是允许改变栅极操纵性能以便在开关节点依据输入占空比来控制dV/dt。

本发明提供用于使用适应dV/dt控制的D类音频放大器的栅极驱动器电路。所述电路包括输出开关级，能够使用可变的dV/dt驱动所述输出开关级的栅极驱动器；以及用于设置栅极驱动器的工作模式的模式控制电路，其中，所述工作模式选自多个工作模式、改变栅极驱动器的dV/dt、响应于功率输出级别、并提供在产生的电磁干扰(EMI)和开关级的效率间的平衡点。

在本发明的一个实施例中，所述栅极驱动器具有两个工作模式。一个用于高dV/dt，另一个用于相对低的dV/dt，以便减小EMI，同时作为折衷导致效率的降级。所述栅极驱动器依据估计的输出功率级别改变自身模式。所述栅极驱动器通过计算来自输入占空比的功率来估计对负载的输出功率的均值。

本发明的其它特征和优点将在以下本发明参考附图的描述中变得显而易见。

附图说明

图1是具有半桥拓扑的D类放大器的电路图；

图2A、2B和2C是显示了本发明的模式控制的各种实施例的D类放大器的电路图；

图3是本发明的D类放大器的模式控制逻辑的结构图；以及

图4A显示了包括本发明的模式控制逻辑的栅极驱动器的实施例，且相关的图4B-4D显示了占空检测、总谐波失真(THD)和死区时间图。

具体实施方式

图2A、2B和2C显示了本发明的栅极驱动器22。所述栅极驱动器22包括两种不同的工作模式。第一模式用于时间上的高电压变化(dV/dt)，且第二模式用于所述相对较低的dV/dt，以便以效率的降级作为折衷来减小电磁干扰(EMI)。所述栅极驱动器22被设计为依据估计的或计算的输出功率级别改变其模式。

估计输出功率

图2A中的所述发明的栅极驱动器22包括模式控制电路24，该电路能够执行通过计算输入28的占空比30的功率来估计对负载的平均输出功率级别32的功能。所述平均输出功率级别32能够由输入占空比的平方的积分获得，例如，(0.5-占空比)²，该计算方法表示对电阻负载(未示出)的输出功率级别。如果平均输出功率级别32超过了一定的预定级别，那么之后所述栅极驱动器22将所述模式由低dV/dt转变为高dV/dt。

所述平均输出功率级别的合适的阈值可以被设置为高于额定功率级别的12.5％，从而使栅极驱动器被允许在大部分时间中工作在低dV/dt模式下。额定功率的12.5％能够作为具有非限幅的音频信号输出的最大平均输出功率。所述限幅在试图在所述放大器的极限之上增加电压时发生。

按照损失和热量产生划分，最严重的D类级的EMI情况发生在额定功率级别。所述栅极驱动器22在该对EMI噪声折衷的情况下工作于高效率高dV/dt模式。然而，这种情况在实际应用中很少见。

计算输出功率