[发明专利]D类音频放大器及其输出非线性改善方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及音频放大器领域，特别是关于一种改进由死区时间导致的输出 非线性的D类音频放大器结构及其输出非线性改善方法。

【背景技术】

由于人耳对音频信号的非线性非常敏感，在音频放大器设计中，输出线性 是一个重要考量，通常高质量的音频放大器都要求有100dB以上的线性度。目 前的音频放大器的种类通常包括A类放大器、B类放大器、AB类放大器以及D 类放大器等。现有的各种音频放大器中，D类音频放大器虽然在输出效率上有 明显优势，但是在输出线性指标上，比A类放大器、B类放大器等其他类放大 器线性功放要差。解决D类音频放大器的输出线性是设计中的一个具挑战性的 课题。

如图1所示，其显示现有的D类音频放大器的半桥拓扑结构，如图1所示， 现有的D类音频放大器，其包括由晶体管P1、N1、P2、N2构成的全桥调制结 构，其中晶体管N1、P2在输入信号的正半周导通，晶体管N2、P1在输入信号 的负半周导通，晶体管输出的信号经过一个LC振荡电路之后驱动负载发声。

为避免N1、P2和N2、P1两组晶体管在切换时，由于延迟等原因发生两组 晶体管同时导通的情况。人为地在两组晶体管的导通时间之间设置一个时间差， 在这个时间差阶段，两组晶体管都不导通，因此这段时间称为死区时间。影响D 类音频放大器输出线性的因素有很多种，其中死区时间就是一个主导因素。

在理想状态下，D类音频放大器在输入信号为0的时候输出为0，输出信号 中间有一段输出为0的死区时间，其输出波形应当如图2所示，在输出信号的 正半周和负半周之间有一段输出电压为0的不连续的波形，这段输出电压为0 的波形的宽度即为死区时间的长度。如果在前述理想状态下，则可以采用补偿 的方式弥补死区时间造成的波形非线性。

但现有的D类音频放大器电路，经晶体管放大输出的音频信号需要通过LC 振荡电路滤波，在第一晶体管关断时，由于LC振荡电路的电感储存的能量释放， 会出现负载电流反向流动的情形，导致所谓的电源逆充电效应(Power Bus  Pump)，此时输出电压的波形如图3所示，输出电压波形的非连续阶段并非理想 状态的输出电压为0的阶段，而是对应于正负两个有限值，这两个电压有限值 的大小不仅依赖于晶体管的开关频率，还依赖于外置的滤波电感的大小，所以 该电压有限值的大小无法确定，也即输出电压波形非连续的位置不确定，其导 致的非线性很难用补偿的方法消除。

由于无法采用补偿的方法消除非线性，现有的改善方法通常是尽量减小死 区时间，但由于死区时间是保证D类音频放大器输出可靠性的重要因素，过分 减小死区时间则可能导致两个晶体管同时导通，正负电压直接流经两个晶体管 则可能会烧坏晶体管，所以靠减小死区时间来改进放大器线性有其局限性。

因此，确有必要对现有的D类音频放大器进行改进，进而使改善由于死区 时间造成的输出非线性变的更加容易。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种音频放大器，其可以有效抑制电源逆充电效应， 以为改善音频放大电路的输出非线性提供方便。

本发明的另一目的在于提供一种改善音频放大器输出非线性的方法。

本发明的再一目的在于提供一种音频放大电路，其可以有效抑制电源逆充 电效应，以为改善音频放大电路的输出非线性提供方便。

为了实现上述目的，本发明一种D类音频放大器，其包括脉宽调制单元以 及功率放大单元以及通过补偿的方法消除死区时间导致的输出信号非连续性的补偿单元，所述功率放大单元包括在输入信号正半周导通以输出信号的第一开 关电路以及在输入信号负半周导通以输出信号的第二开关电路；其中第一开关 电路的第一端连接于第一电源，第二端连接于输出节点，并由前述脉宽调制单 元输出的脉宽调制信号控制导通与关断，第二开关电路的第一端连接于第二电 源，第二端连接于输出节点，并由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制， 该音频放大器的功率放大单元还包括一个第三开关电路，其第一端连接于前述 第一电源和第二电源的中间电压点，第二端连接于第一开关电路与第二开关电 路的输出节点，该第三开关电路由前述脉宽调制单元输出的脉宽调制信号控制， 在第一开关电路与第二开关电路发生切换时导通。