[发明专利]开关放大器和信号放大方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关放大器和一种信号放大方法。

背景技术

由控制开关装置的开关放大器组成音频放大器放大音频信号。

常规的开关放大器有以下需要解决的问题：

为了截止PWM信号的开关频率分量特别是具有高能量基波分量，高性能滤波器需要具有复杂的结构。

为了重现高保真的声音，需将开关放大器的带宽上限设定为等于或大于100kHz。为了建立和确保这个带宽上限，需要将开关频率设定为等于或大于2MHz。

但是，开关装置很难在2MHz或2MHz以上以一种稳态方式开关。例如，如果以常规的FET(场效应晶体管)用作开关装置，常规的FET不具备足够的能力在2MHz或大于2MHz时开关。因此，将开关频率设定为等于或大于2MHz会导致开关延迟和开关时间的偏移。这种延迟和偏移会影响为防止有一个直通电流流过多个开关装置而设置的停滞时间，造成较大的功率消耗，并使开关放大器的输出失真率恶化。

通过降低开关装置的源电压，开关频率可以设定在2MHz。然而，如果源电压降低，放大因数也会相应降低。由于以上原因，开关放大器不能产生较大的输出。

为了解决开关放大器不能产生较大输出的问题，可以在开关放大器中使用一种BTL(无平衡变压器)电路。该BTL电路是全桥电路，该电路通过推挽操作放大原始信号。那么即使在源电压相对较低的情况下，仍然可以从BTL电路获得较大的输出。

然而，即使开关放大器使用了BTL电路，仍然需要把开关装置的开关频率设定在2MHz或2MHz以上。因此，开关装置很难以一种稳态方式在开关放大器中进行开关，如果例如使用常规FET作为开关装置。

发明内容

本发明正是基于以上考虑而做出。因而本发明的目的是提供一种开关放大器和信号放大方法，它们具有相对较低的开关频率，并能够高保真地再现原信号。

本发明另一目的是提供一种开关放大器和信号放大方法，输出具有相对较低失真率的放大信号。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，这里提出了一种产生脉冲信号的开关放大器，它的每个脉冲信号的占空比根据要放大的原始信号的信号电平来设定，根据每一脉冲信号开关直流电压，以产生功率脉冲信号并滤波该功率脉冲信号，从而放大原始信号并提供功率脉冲信号给负载。

该放大器包括：一个用于产生脉冲信号的脉冲信号发生器，每个脉冲信号有与其原始信号的信号电平相对应的占空比，并且它们之间相互异相；多个放大部分，每一个具有开关装置，输入多个脉冲信号的每一个，并根据每个脉冲信号的占空比进行直流电压的开关，从而产生异相的多个功率脉冲信号；和一个滤波器，用来对由上述多个放大部分输出的多个功率脉冲信号进行组合和滤波，并将经过细合和滤波的功率脉冲信号提供给所说的负载。

滤波器可能包含多个电抗器，每个电抗器与各自对应的上述多个放大部分其中之一相连接以组合功率脉冲信号。

所说的多个放大部分的每一个可能包括多个开关装置，这些开关装置与一个应用直流电压的功率源相连接并对该直流电压进行开关。在这种情况下，脉冲信号发生器就可以对多个脉冲信号反相，然后向所说的多个放大部分输出多个脉冲信号和反相的多个脉冲信号。

所说的多个放大部分的每一个可能包括多个开关装置，这些开关装置与一个应用直流电压的功率源相连接并对该直流电压进行开关。脉冲信号发生器对多个脉冲信号反相，然后向所说的多个放大部分输出多个脉冲信号和反相的多个脉冲信号。

开关放大器还可以包括：一个可以以预定角度改变时钟信号相位的相移部分，由此可以产生相移时钟信号；一个参考信号发生器，根据所说的相移部分输出的相移时钟信号产生参考信号；一个调制器，通过比较要放大的原始信号和参考信号，调制多个脉冲信号中每一个的占空比，并向每个放大部分的开关装置提供脉冲信号；和一个反相器，对占空比经过调制的多个脉冲信号的每一个反相，并分别向每个放大部分的开关装置提供脉冲信号。