[发明专利]三电平半桥脉宽调制放大器及其驱动方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2009年3月3日向韩国专利局提交的申请号为 10-2009-0018097的韩国专利作为本申请的优先权，该申请的内容全部通过 引用而全部并入此处。

技术领域

本申请涉及一种放大器，具体来说，涉及一种半桥脉宽调制(PWM) 放大器。

背景技术

PWM是一种根据输入信号幅度来改变脉宽的技术。PWM具有高效、高 分解力以及低功耗等优点。所以，PWM通常用于如D类放大器这样的放大 器以及音频系统。因而，PWM放大器被称为D类放大器。使用PWM的音 频系统在传输音频信号时，通常将音频信号嵌入到一个频率相对于音频信号 的采样率更高的PWM信号中。PWM放大器将音频信号变换成数字PWM 信号，放大该PWM信号以及将其输出到扬声器或听筒，例如耳机或耳塞。

通常使用全桥PWM放大器来驱动扬声器。半桥PWM放大器则通常用 来驱动头戴式耳机等装置，基于零电压或地电平将输入信号施加到这些装 置。由于PWM信号通常为二电平信号，因而在二电平PWM驱动方法中根 据PWM信号来切换一个预定的正(+)电压和地电平或一个正电压和一个 负电压。

在二电平PWM驱动方法中，即使当输入信号为零时，输出端还是保持 50∶50的PWM占空比和执行切换。结果是，除了音频信号消耗动态电流外， 静态电流也一直在作不必要的消耗，从而降低了输出效率。

发明内容

本发明构思的示范性实施例提供一种通过减少静态电流消耗来提高效 率的三电平半桥脉宽调制PWM放大器及其驱动方法。

根据本发明构思的示范性实施例的一个方面，提供一种包含有PWM发 生器以及输出级的三电平半桥PWM放大器。PWM发生器被配置为根据输 入信号的幅度来改变第一电平和第二电平处的脉宽，以及输出具有第一电 平、第二电平和参考电平的三电平PWM输出信号。输出级被配置为基于三 电平PWM输出信号，将连接于负载的一端的输出节点驱动至第一电源电压、 第二电源电压或第三电源电压中的一个电压。

在一个示范性实施例中，PWM发生器可以通过将第一PWM信号和第 二PWM信号相加来输出三电平PWM输出信号，第一PWM信号是通过根 据大于输入信号的参考电平的、输入信号的第一输入信号的幅度来改变第一 电平处的脉宽而获得的，第二PWM信号是通过根据小于输入信号的参考电 平的、输入信号的第二输入信号的幅度来改变第二电平处的脉宽而获得的。

在一个示范性实施例中，参考电平可以是地电平，第一输入信号可以是 正输入信号，第二输入信号可以是负输入信号。在另一个示范性实施例中， PWM发生器可以包括第一比较器和第二比较器，第一比较器被配置为将正 输入信号和第一锯齿波信号进行比较以及产生第一PWM信号，该第一锯齿 波信号在第一电平和参考电平之间摆动，第二比较器被配置为将负输入信号 和第二锯齿波信号进行比较以及产生第二PWM信号，该第二锯齿波信号在 参考电平和第二电平之间摆动。第二锯齿波信号可以是比第一锯齿波信号的 电平下降一个摆动宽度并且具有与第一锯齿波信号相同波形的信号。在另一 个实施例中，第三电源电压具有地电平，第一电源电压具有比第三电源电压 高的正电压，第二电源电压具有比第三电源电压低的负电压。

在一个示范性实施例中，输出级可以包括上拉单元、下拉单元和转换单 元，上拉单元被配置为响应于第一使能信号，驱动输出节点至第一电源电压， 下拉单元被配置为响应于第二使能信号，驱动输出节点至第二电源电压，转 换单元被配置为响应于第三使能信号，驱动输出节点至第三电源电压。在另 一个示范性实施例中，上拉单元包含连接于输出节点和第一电源电压之间并 响应于第一使能信号导通的上拉晶体管，下拉单元包含连接于输出节点和第 二电源之间并响应于第二使能信号导通的下拉晶体管，转换单元包括至少一 个连接于输出节点和第三电源之间并响应于第三使能信号导通的开关。

根据本发明构思的示范性实施例的另一个方面，一种音频系统包括三电 平半桥PMW放大器。三电平半桥PWM放大器包括PWM发生器和输出级。 PWM发生器被配置为根据输入信号的幅度改变第一电平或第二电平处的脉 宽，并输出具有第一电平、第二电平和参考电平的三电平PWM输出信号。 输出级被配置为基于三电平PWM输出信号，将连接于负载的一端的输出节 点驱动至第一电源电压、第二电源电压或第三电源电压。