[发明专利]高效音频放大器系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请申明享有2010年6月14日申请的号码为61/354565的美国临时专利申请和2011年6月10日申请的序号为13/158250的美国专利申请的优先权，所述专利申请都以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明总体涉及音频放大器，更具体地涉及高效音频放大器系统。

背景技术

放大器用于放大输入信号并产生放大的输出信号。在某些应用中，起音频放大器作用的放大器用于接收作为输入信号的音频信号，并产生作为输出信号的放大音频信号。基于其工作特性，可将放大器分为不同种类。放大器的示例分类包括A类、B类、AB类、C类和D类。A类、B类和AB类放大器通常被视为模拟设计。D类放大器由于其开关模式工作而通常被视为开关设计。A类、B类和AB类放大器运行时通常比D类放大器有更高损耗，因此效率更低。当为放大器供电的电源有限时，运行效率可能是重要的考虑因素。此外在设计放大器时，制造放大器的部件的成本可能是关注点。

发明内容

高效音频放大器可实现为专用集成电路(ASIC)。该放大器可以是音频放大器，包括并联耦合的第一输出级和第二输出级。第一输出级可以是耗散输出级，例如AB功率级(power stage)。第二输出级可以是开关模式功率级，例如电流波形优化的开关模式级或D类功率级。开关模式输出级可通过使用脉宽调制器来以脉宽调制(PWM)运行。第一和第二输出级可协同运行以用放大的输出信号驱动负载。在一实例中，输入信号可以是音频信号，而放大的输出信号可驱动诸如一个或多个扩音器的负载。

为了获得高效的工作，第一输出级可在任意输入信号幅度处运行，而第二输出级可被选择性地停用和启动。可基于第一输出级的工作，选择性地启动和停用第二输出级。可基于放大输出信号的预定的阈值幅度或大小来控制第二输出级的工作。工作期间，当输入音频信号不存在或非常小时，例如静态期间，第二输出级可被停用而第一输出级可独立运行以提供放大的输出信号。当放大的输出信号超过预定阈值时，可启动第二输出级的工作以与第一输出级协同运行。当启动第二输出级时，第二输出级可交叉运行以最小化放大输出信号中的纹波电流。当启动第二输出级时，第一输出级可继续作为有源滤波器工作，以去除放大输出信号中的误差。当输入信号再次下降到阈值以下时，可再次停用第二输出级，而负载仅由第一输出级供电。

第二输出级可具有多个开关输出级，每一输出级具有多个开关。开关输出级中的开关可交叉运行以最小化放大输出信号中的纹波电流。包含在高效率音频放大器系统中的调制器，例如脉宽调制器，可从至少一个电流感测器中接收电流信号。该电流信号可指示各开关输出级中相应至少一个开关输出级的电流。可处理该电流信号，以提供表示包括在每个开关输出级中的开关的切换转换周期以外在开关输出级中的电流的电流信号的平均值。为了平衡各个开关输出级中每一个的输出电流，所处理的电流信号可由调制器用于控制包含在开关输出级中的开关的切换。

本发明的其他系统、方法、特征和优点在本领域技术人员研究了下列附图和详细说明后会或将变得显而易见。打算将所有这些另外的系统、方法、特征和优点包含于此说明书中，包含于本发明的范围内，并由下列权利要求所保护。

附图说明

参考下列附图和描述可更好地理解本发明。图中的组件并不一定依比例绘制，而重点放置在说明本发明的原理上。此外，在图中，同样的参考标号在所有不同视图中一直表示对应的部件。

图1是具有多个输出级的音频放大器的第一实例。

图2是具有多个输出级的音频放大器的第二实例。

图3是具有多个输出级的音频放大器的第三实例，其中某些输出级使用交叉操作。

图4是音频放大器的各种交叉阶数的峰值纹波电流相对于占空比的标准曲线图。

图5是具有N＝2的交叉运行输出级的音频放大器的第四实例。

图6是具有N＝4的交叉运行输出级的音频放大器的第五实例。

图7是N＝2交叉开关模式音频放大器所用的调制器的实例。

图8是N＝4交叉开关模式音频放大器的调制器的实例。

图9是高效音频放大器系统的操作流程图实例。

图10是图9操作流程图实例的第二部分。

具体实施方式