[发明专利]减小方波脉冲失真和噪音的方法,生成最少失真脉冲的电路及该方法和电路的使用

说明书

本发明涉及减小方波脉冲失真和噪音以及限制在双端口系统开关电路的切换顺序期间产生的峰值电流的方法，该开关电路所具有的可切换端口具有能够在第二电路端点之间进行切换的切换端点。

此外，本发明涉及与双端口类型开关电路组合使用的电路类型，该开关电路能够生成具有最小噪音的最少失真方波脉冲以及限制在方波脉冲的切换顺序期间产生的峰值电流，所述开关电路具有一个能够在第二电路的两个端点之间进行切换的端点。

最后，本发明涉及该方法和电路的使用。

功率电子学所用传统开关电路要求一个延迟时间以便避免大的接通和关断电流，以便部分地限制电路中所包括的半桥中的开关损耗，部分地消除输出信号中的环流而不需附加会增加损耗的并行缓冲器。

然而，在放大器尤其是HI-FI的D放大器中所用开关电路中附加延迟时间将会造成调制的输出信号中不可容忍的失真。因此，长期以来一直试图寻找一种原理，能够减小半桥中的延迟时间而不产生以上所述缺点。

开关放大器的原理是双端口类型的一个或多个开关电路中的一个或多个开关分别通过脉宽或脉密(pulse-density)调制被切换为接通和关断，脉宽或脉密调制的使用取决于信号例如音频信号的幅值。

此处音频信号的信息转换为一串确切地对应于音频信号信息的脉冲。

脉冲调制放大器的主要优点是很高的效率，理论上它是100％，这意味着理论上该放大器没有损耗。在脉冲调制放大器的实际实现中，通常可以达到90％至98％之间的效率。理论上脉冲调制放大器也是全部线性的，因而失真很低，但实际使用中发现，非线性使它不适用于音频信号的高保真放大器。其主要原因是由于使用非理想开关而无法提供理想方波脉冲，这些非理想开关具有开关元件周围的寄生电容性和电感性分量。

在其他原因中，无法理想地生成脉冲的主要原因是开关的接通和关断所引起的。由于开关的接通和关断时间变化而引起脉宽变化，与此同时两个开关的接通和关断之间的必要延迟时间则保持恒定。接通和关断时间的变化受到数个因素影响，其中最重要的是负载电流的变化和输出级之中及其周围的元件特性的变化。元件特性的最重要变化是由于温度变化，但也由于元件的批号不同和老化现象而引起的元件特性变化，这也认为是应该考虑的重要因素。因此希望将脉冲调制放大器中的接通和关断时间以及延迟时间减至最小。

相反，减小的接通和关断时间以及减小的延迟时间会造成功耗增加的问题，以及因而造成开关中破坏性峰值电流及输出信号中强环流的问题，因为两个开关必须同时接通。

此外，已知在接通和关断负载电流时会造成环流，从而使脉冲高度改变，这造成音频信号失真。

可以建立一个已知类型的并行缓冲器电路来部分地限制环流，它可以使开关电路的寄生电感和电容所造成的振荡衰减。然而这一电路的缺点是增加了接通和关断时间以及开关损耗，因而增加放大器的无功损耗，其结果是减低放大器效率和增加脉宽失真。

但现有实际线路中仍然使用并行缓冲器电路，因为开关电路中和周围的环流意味着这些电路发出如此强烈的高频信号以致根据该领域内的标准不能使用这些电路。

因此已知的在开关放大器中生成方波脉冲的方法涉及调制信号的失真。这些方法特别不适用于开关放大器，例如HI-FI的D放大器，其中设计指标例如低失真、低噪音和高效率都是重要的。

有两类用于音频信号的开关放大器。一类是具有模拟输入信号的开关放大器。另一类是具有数字输入信号的开关放大器。

后一种放大器唯一地运用于数字领域内，因此被称为全数字功率放大器。

因为输出级周围的减小失真反馈无法实现，因此在全数字功率放大器中特别重要的是能够生成几乎理想的方波脉冲而不偏离数字领域。

这对于输出级的线性要求，也对生成最少失真和噪音的方波脉冲都非常严格，

因此，本发明的一个目的是提供一种能够在输出级生成具有最小噪音和最小损耗的最少失真的方波脉冲以及在开关电路的切换顺序期间减小峰值电流的方法。

本发明的目可以通过权利要求1的叙述部分中所述方法来达到，该方法的特征在于开关电路中第一组端点中的两个端点连至第二电路的一组输出端点，以及在于第二电路具有一个短路阻抗，从开关电路看来，它所提供的特性是在低频时具有低阻抗，而在高频时具有高阻抗及主要是电阻性的。

该电路的优点因此是能够通过电阻性阻尼使正常时由于开关电路中寄生电感和电容所引起的高频环流显著地衰减。