[实用新型]脉冲宽度调制音频功率放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及大功率数字功放领域，特别是涉及一种脉冲宽度调制音频功率放大器。

背景技术

功率音频信号放大器是最重要的模拟电子器件之一，它可把低功率的音频信号放大为高功率信号。音频功放从放大原理上分为两大阵容：传统的模拟电路功放和近几年出现的数字电路功放。模拟电路功放包括了A类、B类、AB类型的音频信号放大器，它们以音质甜美和技术成熟的特点在音频领域内数十年里独领风骚。

但此类功率放大器最致命的缺点就是电源转换效率低。因为信号输出的能量由电源提供，所以两者之间存在转换效率问题。A类放大器的理论转换效率是25％。例如电源提供100W能量，仅有25W能够转换为有用信号，其它能量则转换为热能或无用信号(亦称干扰信号)。A类转换方式导致电源利用效率低、设备复杂、体积大、能耗严重等弊病，而且实际使用的A类功率放大器的效率仅在百分之十几。B类、AB类型的音频信号放大器的理论效率分别是50％和78.5％，实际使用只在40％和60％以下。

因此，提高现行功率音频放大器的效率是音频领域最重要的生存空间，随着A类、B类、AB类型的音频信号放大器生存空间的逐渐萎缩，近年来国外研究机构开始投巨资研发D类放大器，并占据了中国几乎全部的数字功放市场。

由于国内市场此类产品目前还基本停留在概念阶段，国内厂商很少有能力单独研发生产，部分厂商也只是照搬了国外的传统D类设计方案。

D类音频放大器即脉冲式开关量放大器，具有超过90％的电源能量转换效率，符合市场对绿色能源需求，造成近几年快速的发展。而且因为高效，D类放大器体积可以做得很小，可以减小散热器的体积甚至不用散热器，顺应了设备轻薄小的发展趋势。

D类放大器依靠其优势，正在迅速占领原来传统A类和AB类放大器的市场。这就是目前中国模拟电路设计企业所面临的困局：在高端领域无法与国际大厂竞争，在低端市场由于数字化技术的发展和国外厂商向低端侵袭而难以为继。

另外，时至今日，国际流行的A类、B类、AB类以及D类音频功率放大器，采用的都是将电源及放大器独立设计的方式，或者说功放、电源电路是按照各自给定的参数进行设计的两个独立子系统。由于整个系统的效率和各子系统效率之间是倍乘的关系。比如，设电源转换效率η1＝90％，功率放大器的转换效率η2＝80％，看起来两者效率比较高。但整机效率η＝η1×η2只有72％。若考虑到功放、电源电路之间的耦合，整机效率还会更低。现在市面上标榜的一体化机，也仅仅是将功放、电源电路做在一块电路板上而已，其各自仍然是独立的部分。

因此亟需提供一种新型的真正地将功放、电源一体化设计且功放效率高的音频功率放大器来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种脉冲宽度调制音频功率放大器，能够实现信号放大、驱动、功放输出以及供电电源真正意义上的一体化。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种脉冲宽度调制音频功率放大器，包括依次相连的线性隔离模块、PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，音频信号输入端连接线性隔离模块输入端，巴特沃斯滤波器输出端连接音频功率放大器的负载，音频功率放大器的供电电源分别经过桥式整流电路、LPF、双闭环APFC电路后送至PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥、巴特沃斯滤波器，PWM放大调制厚膜、悬浮驱动模块、高压功率桥及巴特沃斯滤波器构成D类桥式功放放大器拓扑结构。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述线性隔离模块包括线性光电隔离集成电路、精密隔离放大器集成电路。

线性光电隔离集成电路由依次相连的输入差分电路、偏置电路、输出跟随器组成，偏置电路由两个光耦电路并联组成，输入差分电路构成积分器，其输出端并联第一光耦电路、第二光耦电路，两个光耦电路的输出端并联连接输出跟随器的正输入端。线性光电隔离集成电路采用双通道光耦工作方式，在实现线性传输的同时，对高低压供电电源进行了隔离，且增宽了电路的线性输出范围。

精密隔离放大器集成电路由隔离放大器、高增益放大器组成，隔离放大器采用片内变压器耦合方式隔离，片内变压器输出端连接高增益放大器。精密隔离放大器集成电路对信号的输入和输出进行电气隔离。