[发明专利]D类放大器及其无损驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种放大器，尤其是一种D类放大器及其无损驱动方法。

背景技术

D类放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号，然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通断，以驱动扬声器的放大器。

相比A类、B类及AB类等模拟放大器，D类放大器的一个突出优点是效率高。忽略掉所有寄生，理论上D类放大器可以达到100％的效率。但实际上，寄生是不能忽略的，D类放大器耗散的功率主要是在桥式功率管开关损耗上，功率管开关损耗主要体现在三个方面：导通时开关导通电阻上的损耗，导通关断过程对栅极充放电的损耗，导通关断过程开关漏源电流电压乘积损耗。

通常导通电阻损耗与栅极驱动损耗两者之间互为约束。为了减小开关导通电阻，需要加大开关尺寸，而开关的尺寸与栅极的寄生电容成正比关系，越大的尺寸引起越大的栅极驱动损耗。

传统对功率管栅极的驱动，以MOSfet为例，在把栅极从低电平驱动到高电平的过程中会有(1/2)*Cgs*Vgs*Vgs的能量消耗在驱动电路栅极对驱动电源通路的寄生电阻上(其中，Cgs为栅极对地的等效电容，Vgs为栅极相对于源极的驱动电平)，而在把栅极从高电平驱动到低电平的过程，会有(1/2)*Cgs*Vgs*Vgs的能量直接消耗在栅极对地通路的寄生电阻上。因此在一个完整的驱高及驱低过程中，会有Cgs*Vgs*Vgs的能量消耗在驱动通路内阻上。基于此，有必要提供一种快速、无损驱动开关功率管的方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种D类放大器及其无损驱动方法，以实现无损地把栅电容驱高及驱低。

为了达到上述目的，本发明提供了一种D类放大器，包括调制器、无损驱动电路和桥式电路，所述调制器通过无损驱动电路与所述桥式电路连接，所述无损驱动电路包括电源、多个开关、电感、用于控制所述开关的开关状态的时序产生器和用于测量所述桥式电路中的MOS管栅极及源极之间电压的电压探测器，所述电源通过所述开关及电感与所述桥式电路中MOS管的栅极连接，所述调制器和电压探测器均与所述时序产生器连接，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述电源通过电感与所述MOS管连接以为MOS管的栅极与源极之间的寄生电容充电或使得已储能的所述电感给所述MOS管的所述寄生电容充电，通过所述时序产生器控制所述开关的通断使得所述MOS管的所述寄生电容经所述电感接地放电或经所述开关、电感接电源放电给所述电源。

进一步地，所述时序产生器根据所述调制器输出的调制信号中的上跳沿产生对MOS管充电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到一设定值时产生切断MOS管充电过程的控制信号，所述时序产生器根据所述调制器产生的调制信号中的下跳沿产生对MOS管放电的控制信号，所述时序产生器获得所述电压探测器探测到的电压，并在MOS管的栅极及源极之间电压达到另一设定值时产生切断MOS管放电过程的控制信号。

进一步地，还包括用于测量所述电感电流的电流探测器，所述电流探测器与所述时序产生器连接，所述时序产生器能够根据所述电流探测器检测的电感电流信号控制所述开关的通断，进而使得所述电源为电感补充电流。

进一步地，所述桥式电路为半桥电路或全桥电路。

进一步地，所述桥式电路为全桥电路，且包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，多个所述开关包括第一 开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，所述电源通过所述第一开关、电感和第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第二开关的一端接地，另一端通过所述电感、第六开关与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感与第四开关的一端连接，所述第四开关的另一端接地，所述第一NMOS管的栅极通过所述第五开关、电感和第三开关与所述电源连接，所述电源通过所述第一开关、电感和第八开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第四开关通过所述电感、第七开关与第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感与第四开关的一端连接，所述第二NMOS管的栅极通过所述第七开关、电感和第三开关与所述电源连接。

进一步地，所述电感的一端通过所述第二开关接地，另一端通过所述第三开关接所述电源，用于将电感中电流回收给所述电源。