[发明专利]多级D类音频功率放大器

说明书

本发明涉及一种用于将N级驱动信号提供至扬声器的多级D类音频功率放大器。该多级D类音频功率放大器进一步包括开关矩阵，该开关矩阵包括多个可控制的半导体开关，其中开关矩阵包括耦接至(N‑2)个直流输入电压节点中的相应的一个的至少(N‑2)个开关输入端，以及耦接至第一输出驱动器的2*(N‑2)个中间节点中的相应的一个的至少2*(N‑2)个开关输出端。控制电路被配置为根据第一输出驱动器的2*(N‑1)个调制控制信号中的一个或多个将(N‑2)个直流输入电压中的每个经由开关矩阵依次连接至第一输出驱动器的2*(N‑2)个中间节点的预定节点组。N是大于或等于3的正整数。

技术领域

本发明涉及一种用于将N级驱动信号提供至扬声器的多级D类音频功率放大器。多级D类音频功率放大器进一步包括开关矩阵，该开关矩阵包括多个可控制的半导体开关，其中开关矩阵包括耦接至(N-2)个直流输入电压节点的相应一个的至少(N-2)个开关输入端，以及耦接至第一输出驱动器的2*(N-2)个中间节点的相应一个的至少2*(N-2)个开关输出端。控制电路被配置为根据第一输出驱动器的2*(N-1)个调制控制信号中的一个或多个将(N-2)个直流输入电压中的每个经由开关矩阵依次连接至第一输出驱动器的2*(N-2)个中间节点中的预定节点组。N是大于或等于3的正整数。

背景技术

D类音频放大器是众所周知的并且被广泛公认为通过切换跨接扬声器负载的脉冲宽度调制(PWM)或脉冲密度调制(PDM)信号来提供各种类型的扬声器的节能音频驱动。D类音频放大器通常包括耦接至扬声器负载以跨接扬声器施加一对相反相位的或互补的脉冲宽度调制音频信号的H桥输出级。电感器-电容器(LC)低通滤波器通常介于基于H桥的输出级和扬声器负载之间以抑制PWM或PDM输出信号的载波分量。在现有技术的D类音频放大器中已利用了几种类型的脉冲宽度调制。在所谓的AD调制中，在H桥输出级的每个输出端子或节点处的脉冲宽度调制音频信号在反相的两个不同的电压电平之间被切换或转换。两个不同的电平通常分别与上部和下部电源轨对应，诸如D类音频放大器的正和负直流供电轨。在所谓的BD调制中，跨接扬声器负载的脉冲宽度调制信号在三个电压电平之间交替切换，其中两个电平对应于以上提及的上部和下部直流电源轨，而第三个电压电平是通过将扬声器负载的两端拉至直流电源轨中的一个而获得的零电平。这些调制方案中的两者在D类放大器空闲时在LC低通滤波器的输出电感器中产生相当大的波纹电流，从而造成大量的功率损耗。这个缺点通常被容忍并且通过利用LC低通滤波器的相对大的电感器来控制在某种程度。然而，这样的大的电感器导致D类放大解决方案或组件的成本和大小的显著增加。

所谓的多级PWM调制是D类音频放大器的脉冲宽度调制的有利形式并且具有优于传统的AD和BD调制的许多益处，如在申请人的PCT公开WO 2012/055968中详细描述的。这种多级PWM调制通常涉及各种类型的电路以产生一个或多个中间直流供电电压，例如位于所讨论的D类音频放大器的正和负直流供电轨或电压之间的中间供电电压级。一个或多个中间直流供电电压是施加至扬声器以用于声音再现的PWM驱动信号的第三电压电平和另外的电压电平的低阻抗源。多级D类音频放大器的输出驱动器或功率级至少包括四个串联连接或级联连接的可控制的半导体开关，例如MOSFET，其中至少两个中间电路节点位于一对可控制的半导体开关互连处。一个或多个中间直流供电电压必须与这些中间电路节点中的至少一些依次连接和断开以准确地产生所期望的多级PWM输出信号。因此，在本领域中需要用于将一个或多个中间直流供电电压与多级D类音频放大器的输出驱动器或功率级的一个或多个中间电路节点依次连接和断开的有效控制电路。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种用于将N级驱动信号提供至扬声器的多级D类音频功率放大器。该多级D类音频功率放大器包括：

-第一输出驱动器包括：至少2*(N-1)个可控制的半导体开关，串联耦接在第一直流供电轨和第二直流供电轨之间，其中至少2*(N-1)个可控制的半导体开关的控制端可连接至至少2*(N-1)个调制控制信号的相应的一个，

-2*(N-2)个中间节点，介于串联连接的2*(N-1)个半导体开关之间，