[发明专利]采用闭环功率输出级的音频放大器电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率放大器，尤其涉及音频放大器的输出级。

背景技术

音频放大器，尤其是数字音频放大器在电视、汽车音响、DVD播放器等数字化电子产品中得到了广泛的应用。通常采用脉宽调制(PWM)输入式音频功率级作为数字音频放大器的输出级。传统的PWM输入式音频功率级均为开环结构，如图1所示为基于半桥结构（half-bridge）开环音频功率级的单端音频放大器100。该音频放大器100包括：功率输出级101，用于接收PWM输入信号，并产生方波信号；滤波级102用于接收该方波信号，并产生输出信号以驱动负载103（例如扬声器）工作。在如图1所示的例子中，功率输出级101为半桥结构，其包括以串联方式耦接于供电电压Vcc和地之间的开关管M1和M2，以及驱动电路104，其中驱动电路104接收PWM输入信号并产生驱动M1和M2的栅极的驱动信号，M1和M2受所述驱动信号控制而周期性地导通或者关断，并在其公共节点SW处输出方波信号A_SW。该方波信号A_SW经滤波级102滤波而产生输出信号OUT1，在这个例子中，滤波级102由低通滤波电感L₁、低通滤波电容C₁以及隔直输出电容C_OUT1构成。由于该功率输出级101为开环结构，其输出的方波信号A_SW的占空比与PWM输入信号的占空比一致，并且当供电电压Vcc变化时，输出信号OUT1将随Vcc变化而变化。因此，采用开环音频功率级的单端音频放大器的增益不稳定，并且电源电压抑制性能很弱，即电源电压抑制比（PSRR）比较低。

电源电压抑制比（PSRR）反应了放大器抑制输出电压随电源电压变化的能力，通常分别采用直流电源电压抑制比（PSRR_DC）和交流电源电压抑制比（PSRR_AC）来分别衡量放大器对于供电电压的直流量和交流量变化所引起的输出电压变化的抑制能力。一般PSRR_DC和PSRR_AC分别可用如下两式表示，其单位为分贝（dB）：

；

；

其中V_S为放大器的供电电压，V_OUT 为放大器的输出电压。对于采用开环音频功率级的单端音频放大器而言，在音频输入信号为零的条件下，亦即PWM输入信号的占空比为设定值，比如50%时，功率输出级产生的方波信号的占空比亦为50%，因而此时单端音频放大器对供电电压的DC和AC变化抑制能力通常仅仅为-6dB。

另外，对于桥接负载式（BTL）音频放大器，其通常基于两个对称的且以互补方式驱动的半桥结构开环音频功率级而构成。在零音频输入信号的条件下，由于桥接负载式（BTL）音频放大器的输出为差分形式的，所以对于由供电电压变化而在两个半桥结构功率级的输出电压上引起的纹波可以相互抵消，因而其本身已经具有较好的电源电压抑制能力。然而，这种采用开环结构音频功率级的桥接负载式（BTL）音频放大器并不能保证在供电电源电压发生跃变时仍保持其输出电压稳定。

针对以上现有技术的音频放大器中存在的问题，本发明提出了一种可以用作音频放大器的输出级的闭环功率输出级电路，并提出了采用闭环功率输出级的音频放大器电路及其控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供采用闭环功率输出级的音频放大器电路及其控制方法，并提供应用于音频放大器的闭环功率输出级电路。该闭环功率输出级电路接收PWM输入信号，输出方波信号，并且提供反馈环路用于调整所述方波信号的占空比随该音频放大器的供电电压的变化而变化，并且所述方波信号的频率跟随所述PWM输入信号的频率。

为了达到上述目的，根据本发明的第一方案，提供一种音频放大器电路，包括闭环功率输出级，用于接收PWM输入信号，并输出方波信号；滤波级，用于接收所述方波信号，对其滤波，以产生输出信号；以及负载，其两个输入端分别耦接到所述输出信号和地；其中，所述闭环功率输出级包括反馈环路以根据该音频放大器电路的供电电压的变化调整所述方波信号的占空比。

根据本发明第一方案的音频放大器电路，优选地，除所述方波信号的占空比为100% 或者 0%的情况外，所述方波信号的频率跟随所述PWM输入信号的频率。