具有数字负反馈的数字功率放大器 本发明属于数字功率放大器。
本发明之前的功率放大器(简称功放)多为模拟功放，这种功放的共同特征是它的末级功放管工作在放大区，故这种功放的效率比较低。
本发明的目的是获得一种末级功放管工作在饱和区和截止区处于开关状态的数字功率放大器。
图1是采用电压数字负反馈的数字功放原理框图。
图2是图1所示数字功放模块化后的原理框图。
图3是输出为+E的可变电源原理框图。
图4是输出为-E的可变电源原理框图。
图5是电流数字负反馈原理框图。
图6是图5模块化后的原理框图。
图7是采用电流数字负反馈的数字功放原理框图。
图8是采用功率数字负反馈的数字功放原理框图。
图9是采用了可变电源供电的电压数字负反馈的数字功放的原理框图。
图10是采用了可变电源供电的电流数字负反馈的数字功放的原理框图。
图11是采用了可变电源供电的功率数字负反馈地数字功放的原理框图。
图12是采用直流电源供电的数字功放工作程序流程简图。
图13是采用可变电源供电的数字功放工作程序流程简图。
图14是图1所示的数字功放的工作程序流程图。
图15是图7所示的数字功放的工作程序流程图。
图16是图8所示的数字功放的工作程序流程图。
图17是采用可变电源供电的数字功放的工作程序流程图。
图18是具有对称三相输出的数字功放原理框图。
图19是具有对称三相输出的数字功放的工作程序流程图。
图14到图17流程图中各字母的含义如下：
a-模拟电压输出期望值
b-模拟电压输出实际值
c＝a-b
d、e-常数e＞d，例如d＝0.01 e＝0.02
a、b、c、d、e的单位是伏(V)
f-模拟电流输出期望值
i-模拟电流输出实际值
j＝f-i
h、n-常数n＞h例如h＝0.001 n＝0.002
f、i、j、h、n的单位是安(A)
p-模拟功率输出期望值
q-模拟功率输出实际值
k＝p-q
p、q、k的单位是瓦(w)
a1-下一采样周期模拟电压输出期望值。
+E-图3所示可变电源的输出电压
-E-图4所示可变电源的输出电压
本发明的核心采用了一种本发明称之为数字负反馈的技术。本发明认为功放的实质是一种能量的转换，即将一组直流电源转换成所需要的交流或直流电源供给负载转换成其他形式的能量，如声能、光能、机械能等。由于负载的性质不同，对功放输出的电压、电流和功率也有不同的要求，本发明采用不同的数字负反馈来进行控制，使功放输出的电压、电流和功率满足负载的要求。
以下结合附图对本发明予以详细说明。
实施例1，本实施例硬件结构如图1所示，按图14所示工作程序流程图工作。由图1可见，本实施例由输入电路1、A/D转换电路2、A/D转换接口电路3、运算单元4、驱动接口电路5、驱动电路6、驱动电路7、低通滤波器8、输入电路9、A/D转换电路10、A/D转换接口电路11、并行接口电路12、串行接口电路13、末级开关管BG1和BG2所构成。输入电路1、A/D转换电路2、A/D转换接口电路3顺序电连接；输入电路9、A/D转换电路10、A/D转换接口电路11顺序电连接；驱动接口电路5有两个输出端，一个输出端与驱动电路6、BG1的基极顺序连接；驱动接口电路5的另一个输出端与驱动电路7、BG2的基极顺序连接；BG1、BG2的集电极连接在一起后与低通滤波器8的输入端相连；低通滤波器8 的输出端与输入电路9的输入端相连；A/D转换接口电路3、A/D转换接口电路11、并行接口电路12、串行接口电路13的输出端通过数据总线与运算单元4相连；驱动接口电路5的输入端也通过数据总线与运算单元4相连；输入电路1、并行接口电路12、串行接口电路13的输入端分别与1、2、3号端子相连；正电源+Ee由BG1的发射极加入；负电源-Ee由BG2的发射极加入；功放的输出端为低通滤波器8的输出端。负栽RL一端与功放的输出端相连，另一端与“地”相连。输入电路的作用是把拟转换成数字量的模拟量调理到适合于A/D转换的形式和幅度上。A/D转换电路的作用是把模拟量转换成数字量。各种接口电路的作用是把各种数字信号的格式和幅度分别转换到适合运算单元4进行数据和信息交流的格式和幅度上。驱动电路的作用是驱动开关管的饱和导通与截止。BG1和BG2是开关管起大功率开关的作用。低通滤波器的作用是滤除脉冲信号中的高次谐波。运算单元4是本发明的硬件核心，其实质是工作于数字状态的微处理器，具有数学运算和逻辑运算及对所有外围芯片进行逻辑控制的功能，它可以由德州仪器公司的DSP芯片或INTEL公司的电脑CPU来实现。模拟信号由1号端子输入、并行数字信号由2号端子输入，串行数字信号由3号端子输入，这些输入信号经运算单元4选择、混合、计算后得到a，模拟电压输出的实际值经输入电路9、A/D转换电路10、A/D转换接口电路11、反馈给运算单元4。运算单元4按图14所示程序流程控制BG1、BG2，使它们工作在饱和导通与截止两种状态之一，并且BG1导通时，BG2截止；BG2导通时，BG1截止，这样便在BG1、BG2的集电极上得到上升沿和下降沿都很陡峭的脉冲电压，经低通滤波器8滤去脉冲电压的高次谐波后就可得到模拟电压输出给负载RL。由上述工作过程可见，由于通过输入电路9把模拟输出电压取样后传送给A/D转换电路10，把模拟信号转换成数字信号后再给A/D转换接口电路11转换到运算单元4适合的格式和电平上并暂存于此供运算单元4随时读取。本发明把模拟输出电压经取样转换成数字信号供运算单元4读取的过程称为电压数字负反馈。由于采用了这一技术，使运算单元4能够了解识别实际输出值，并发出指令经驱动接口电路5、驱动电路6、驱动电路7分别控制BG1和BG2的导通和截止，使实际输出值与期望输出值之间的偏差保持在一个可以接受的范围内，简单地说偏差是受控的。为了便于以后的说明，把输入电路1、A/D转换电路2、A/D转换接口电路3合并为模拟信号输入模块14，其作用是把外部输入的模拟信号转换成可供运算单元4识别和使用的数字信号；把驱动接口电路5、驱动电路6、驱动电路7、BG1、BG2、低通滤波器8合并为驱动输出模块16，其作用是按运算单元4的指令，控制模拟输出满足设计者的使用要求；把输入电路9、A/D转换电路10、A/D转换接口电路11合并为电压数字负反馈模块17，其作用是把功放输出的模拟电压转换成可供运算单元4识别使用的数字信号，让运算单元4了解、识别功放的模拟输出，并根据偏差的大小发出控制指令控制驱动输出模块16，以此达到控制模拟输出的目的；把并行接口电路12、串行接口电路13合并成为数字信号输入模块15，其作用是使外部输入的数字信号能让运算单元4所接受。经上述合并后的原理框图如图2所示。
由图2可见，采用电压数字负反馈的数字功放由模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15、驱动输出模块16、电压数字负反馈模块17、运算单元4构成。模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15、电压数字负反馈模块17的输出端和驱动输出模块16的输入端通过数据总线与运算单元4相连，1号端子与模拟信号输入模块14的输入端相连，2、3号端子与数字信号输入模块15的输入端相连，电压数字负反馈模块17的输入端与驱动输出模块16的输出端相连，直流正电源与+Ee相连，直流负电源与-Ee相连，负载RL一端与驱动输出16的输出端相连，另一端与“地”相连。直流电源由+Ee、-Ee加入。模拟信号由1号端子输入，并行数字信号由2号端子输入、串行数字信号由3号端子输入。模拟信号的输出由驱动输出模块16完成。运算单元4具有数学运算和逻辑运算的功能和总线控制权，所有的外围芯片或模块都受它的控制。在图1和图2中对本发明所必须的电源、存贮器和系统时钟等没有表示出来。特别是存贮器，程序和数据(例如a、b、c、d等)都需要它存贮。图中箭头表示信号的流向。
实施例2 实施例1是采用电压数字负反馈的例子。本实施例是采用电流数字负反馈的例子。为此，先说明电流数字负反馈的原理。电流数字负反馈的原理框图如图5所示；由图5可见，电流传感器21、输入电路24、A/D转换电路25、A/D转换接口电路26顺序连接并完成电流负反馈，电流传感器21与负载RL相串联，因此流过负载RL与流过电流传感器21的电流相等，电流传感器21可以是电阻、电流互感器，变压器或光电耦合器件等，电流传感器21与输入电路24相配合，把负载电流转换成适合于A/D转换的信号，经A/D转换电路25转换成数字信号，再经A/D转换接口电路26传送给运算单元4，完成电流数字负反馈。为了简化起见，把输入电路24、A/D转换电路25、A/D转换接口电路26，合并为电流数字负反馈模块23。图5模块化后的框图如图6所示。采用电流数字负反馈的数字功放的原理框图如图7所示。图7是模块化后的框图。由图7可见，本实施例由模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15、运算单元4、驱动输出模块16、电流传感器21、电流数字负反馈模块23所构成，直流电源分别由+Ee、-Ee加入。外部信号由1、2、3号端子输入经模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15传送给运算单元4选择、混合、计算后得到f，再与同时刻的i相减得到偏差j，并据此按照图15所示的工作流程工作，将j控制在一个可以接受的范围内。对比图2和图7可见，本实施例即以实施例1为基础，取消和去除电压数字负反馈模块17，增加电流传感器21和电流数字负反馈模块23而成。图7中各部分的连接也以图2为基础，电流传感器21为一电阻，一端与RL原来的接“地”端相连，另一端与“地”相连。电流负反馈模块23的输入端与RL和电流传感器21的连接点相连；电流负反馈模块23的输出端通过总线与运算单元4相连。
实施例3 本实施例的原理框图如图8所示。由图8可见，本实施例由模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15、运算单元4、驱动输出模块16、电压数字负反馈模块17、电流传感器21、电流负反馈模块23所构成。由图8可见，本实施例的连接与构成都是图2与图7的叠加而成。换句话说，本实施例是以实施例1为基础，增加电流负反馈而成。其工作原理与过程也是实施例1和实施例2的综合。外部信号由1、2、3号端子输入，直流电源分别由+Ee、-Ee加入。本实施例按图16所示的工作程序流程图工作。由于本实施例同时采用电压数字负反馈和电流数字负反贵，同一时刻电压与电流的积等于这时刻的功率，因此本实施可称为功率数字负反馈数字功放。
实施例4 本实施例是采用了可变电源供电的电压数字负反馈的数字功放，原理框图如图9所示。由图9可见，本实施例由模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15、运算单元4、驱动输出模块16、驱动输出模块18、驱动输出模块20、电压数字负反馈模块17、电压数字负反馈模块19、电压数字负反馈模块22、正负直流电源+Ee、-Ee由相应端子输入。外部信号由1、2、3号端子输入。本实施例实质上是由图2所示数字功放与图3、图4所示的可变电源组合而成。本实施例与前3个实施例的本质上的区别是本实施例采用了可变电源为其供电。把图3和图4的组成元件和模块以及接法作一对比可见，两者的对应部分，除了编号不同以外，元件和模块以及接法都是一样的，把图2和图3的组成元件和模块以及接法作一对比，图2比图3只是多了模拟信号输入模块和数字信号输入模块，其余都一样。由图9可见，驱动输出模块1 8的输出端与驱动输出模块16的正电源输入端(这个端子在图2中是+Ee)连接在一起；驱动输出模块20的输出端与驱动输出模块16的负电源输入端(这个端子在图2中是-Ee)连接在一起。
功放的实质是能量转换，如果负载是扬声器，即将一组直流电源转换为一种交流电源，推动负载实现电能——声能的转换；如果负载是电动机则实现电能——机械能的转换。不同的负载对功放有不同的技术要求。例如当负载是扬声器时，对功放的各种失真有比较严格的要求，设功放最大不失真功率电平为0db，功放的动态范围为80db，则功放的最低输出电平为-80db，再设采样频率为100KHz即采样周期为10μs。容易知道数字功放高电平输出时为了保证不产生截顶失真，功放的直流电源的电压必须足够高；如果功放低电平输出时且采样点位于正弦波过零点附近，那么直流电源在单位采样周期内向负载RL提供的能量必须很小，在直流电源电压很高的条件下，直流电源提供的是很窄的能量脉冲。换句话说，如果图1所示的数字功放由很高的直流电压+Ee和-Ee供电，可确保高电平输出时不产生截顶失真；当低电平输出且采样点位于正弦波过零点附近时，由于在本采样周期内直流电源的向负载RL提供的能量很小，那么BG1和BG2必须以很高的开关频率工作才能满足工作要求，如果BG1、BG2的性能不能满足要求时，失真将不可避免。反言之，如果输出高电平时由高电压供电，则可避免截顶失真；输出低电平时由低压供电，则可避免由于BG1、BG2开关频率过高引起的失真。因此大动态高保真功放最好采用可变电源供电。图3、图4分别是输出为+E、-E的可变电源的原理框图。把图3、图4与图2对比可知，图3、图4只比图2少了模拟信号输入模块和数字信号输入模块，其余的各功能模块都一样。名称相同的模块说明两模块的物理功能是相同的，编号不同则表示内部参数可能不同。例如驱动输出模块16和驱动输出模块18就是名称相同编号不同的两个模块，那么它们的物理功能是一样的，而内部参数可能不同。因此它们的工作原理与过程与图2所示的数字功放极为相似：即以电压数字负反馈监测模拟输出，由运算单元4发出控制指令，把模拟输出控制在一个可以接受的范围内。本实施例按图17所示的工作程序流程工作。由于本实施例是图2、图3、图4所示的数字功放与可变电源的组合，因此工作程序流程在完成系统初始化后随即执行图14所示的工作程序流程，在图17中这段工作程序流程由“数字功放工作程序流程”表示，执行完图14所示的工作程序流程后，并不是立即返回数字功放工作程序流程的循环体的入口，而是顺序执行可变电源的工作程序流程，执行完后再返回数字功放工作程序流程的循环体的入口进行新的循环。
实施例5 本实施例是采用了可变电源供电的电流数字负反馈的数字功放，其原理框图如图10所示。由图10可见本实施例由模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15、运算单元4、电流数字负反馈模块23、驱动输出模块18、驱动输出模块16、电压数字负反馈模块19、驱动输出模块20、电流传感器21、电压数字负反馈模块22组成，直流电源由+Ee、-Ee加入，外部信号由1、2、3号端子输入。本实施例其实就是以图7所示的电流数字负反馈功放为基础，增加图3、图4所示的可变电源为驱动输出模块16供电组合而成，其连接关系是：驱动输出模块18的输出端与驱动输出模块16的正电源端(即图7中的+Ee)相连；驱动输出模块20的输出端与驱动输出模块16的负电源端(即图7中的-Ee)相连。本实施例按图17所示的工作程序流程工作，与实施例4不同的是：图17中“数字功放工作程序流程”表示的是图15所示的工作程序流程。本实施例的工作原理和过程和前面几个实施例极为相似。
实施例6 本实施例是采用了可变电源供电的功率数字负反馈的数字功放，其硬件原理框如图11所示。由图11可见，本实施例由模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15、运算单元4、驱动输出模块16、电压数字负反馈模块17、电流传感器21、电流数字负反馈模块23、电压数字负反馈模块19、电压数字负反馈模块22、驱动输出模块18、驱动输出模块20所构成。正负直流电源由+Ee、-Ee加入，外部信号由1、2、3号端子输入，输出信号由驱动输出模块16输出给负载RL。由图11可见，本实施例是以实施3为基础增加可变电源供电而成，其连接关系是驱动输出模块18的输出端子与驱动模块16的正电源端(即图8中的+Ee)相连，驱动输出20的输出端子与驱动模块16的负电源端(即图8中的-Ee)相连。本实施例的工作过程和工作原理与前面几个实施例颇为相似。本实施例按图17所示的工作程序流程图工作。本实施例在执行图17的工作程流程时，图中“数字功放工作程序流程”表示的是图16所示的工作程序流程。
实施例1、实施例2、实施例3由于采用直流电源供电，故只需执行“数字功放工作程序流程”即可。按图12所示的数字功放工作程序流程简图工作；实施例4、实施例5、实施例6分别是在实施例1、实施例2、实施例3的基础上改直流电源供电为可变电源供电而成，故在执行完“数字功放工作程序流程”后，尚需执行“可变电源工作程序流程”，然后再返回至“数字功放工作程序流程”的循环体入口处执行下一个循环，故须按图13所示的数字功放工作程序流程简图工作。
由于本发明的核心运算单元4的实质是工作于数字状态的微处理器。微处理器在本发明的采用，并且在存贮器等其它器件的配合下，其实质体现了计算机技术在功率放大器中的应用，使得本发明在功能和概念上突破了原来的模拟功放的功能和概念，原来的模拟功放基本上是一线性时不变系统，有输入才有输出，而本发明因为应用了计算机技术，使得可以将模拟输出期望值事先存于存贮器中，而不是必须经过1、2、3号端子实时地输入模拟输出期望值功放才能有所输出。当模拟输出期望值为一常数时，本发明通过数字负反馈的作用具有稳压、稳流和稳功率的功能，使得本发明可以成为一种稳压(或稳流、稳功率)电源；当模拟输出为一周期性函数(如正弦函数)时，本发明还可以作为信号发生器。由于计算机技术和数字负反馈技术的采用，使得本发明不光可以作为传统意义上的功放，而且还可以作为具有稳定输出的电源以及作为信号发生器使用，另外本发明还可以有多个模拟输出端。图18是具有对称三相输出的数字功放原理框图。
由图18可见，具有对称三相输出的数字功放由运算单元4，驱动输出模块27、驱动输出模块28、驱动输出模块29、电压数字负反馈模块30、电压数字负反馈模块31、电压数字负反馈模块32、RA、CA、RB、CB、RC、CC等构成。RACA、RBCB、RCCC分别组成A相、B相、C相的低通滤波器。+Ee、-Ee是直流电源。驱动输出模块27、驱动输出模块28、驱动输出模块29的输入端，电压数字负反馈模块30、电压数字负反馈模块31、电压数字负反馈模块32的输出端通过数据总线与运算单元4相连。驱动输出模块27、驱动输出模块28、驱动输出模块29内的低通滤波器取消后用短接线代替。驱动输出模块27、驱动输出模块28、驱动输出模块29的输出端分别与电阻RC、RB、RA的一端相连。CARLA、CBRLB、CCRLC分别并联后一端与RA、RB、RC的另一端分别相连，另一端与“地”相连。电压数字负反馈模块30、电压数字负反馈模块31、电压数字负反馈模块32的输入端分别与RLA、RLB、RLC的非接地端相连。
以下符号的定义，仅适用于具有对称三相输出的数字功放及其工作程序流程图：
Um 对称三相交流输出的最大值，单位为伏(V)
ω 对称三相交流输出的角频率，单位为弧度/秒(rad/s)
RLA、RLB、RLC分别为A、B、C三相的负载，单位为欧(Ω)
RA、RB、RC 分别为A、B、C三相低通滤波器的电阻。单位为欧(Ω)
CA、CB、CC 分别为A、B、C三相低通滤波器的电容。单位为法(F)
uA(t)、uB(t)、uC(t) 分别为A、B、C三相的电压瞬时值，单位为伏(V)
PA、PB、PC 分别为本循环周期内(从t0到t0+t1时间内)，RLA、RLB、RLC消耗的电功(或电能)期望值，单位为焦(J)
t0图19所示程序上一循环周期末本循环周期开始的时刻。
t1图19所示程序一个循环周期所用的时间，单位为秒(s)。
t2A、t2B、t2C 分别为本周期内A、B、C三相末级功管的导通时间，单位为秒(s)。
EA、EB、EC 分别是直流电源在本循环周期内(从t0到t0+t1内)向A相、B相、C相输出的电功，单位是焦(J)。
XA、XB、XC 分别是本循环周期内(从t0到t0+t1周期内)滤波电阻RA、RB、RC消耗的电功，单位是焦(J)。
YA、YB、YC 分别是本循环周期内(从t0到t0+t1周期内)滤波电容CA、CB、CC贮能的增量，单位是焦(J)。
KA、KB、KC 分别是A、B、C三相本循环周期内(从t0到t0+t1周期内)输出电功的期望值与实际值之间的偏差，单位是焦(J)。
KA0、KB0、KC0 分别是A、B、C三相上周期内(t0-t1到t0)输出电功的期望值与实际值之间的偏差，单位是焦(J)。
VA(t0)、VB(t0)、VC(t0) 分别是A、B、C三相上周期末模拟电压输出的实际值，单位为伏(V)。
VA(t0+t1)、VB(t0+t1)、VC(t0+t1) 分别是A、B、C三相本周期末模拟电压输出的实际值，单位为伏(V)。
VA(t0+t2)、VB(t0+t2)、VC(t0+t2) 分别是A、B、C三相本周期内末级功放管由导通转为截止时模拟电压输出的实际值，单位为伏(V)。PA≈{Umsinωt0+Umsinω(t0+t1)2}2RLA·t1]]>QA≈{VA(t0)+VA(t0+t1)2}2RLA·t1]]>EA≈+Ee·[+Ee-VA(t0)]+[+Ee-VA(t0+t2A)]2RA·t2A]]>≈+Ee·[+Ee-VA(t0)]RA·t2A]]>XA={[+Ee-VA(t0)]+[+Ee-VA(t0+t2A)]2}2RA·t2A]]>≈[+Ee-VA(t0)]2RA·t2A]]>YA=12CA[V(t0+t1)]2-12CA[V(t0)]2]]>≈0]]>
KA＝PA-QA根据能量守恒有：
EA＝PA+KA0+XA+YA≈PA+KA0+XA因此：t2A≈{Umsinωt0+Umsinω(t0+t1)}2RLA·t1+KA0+Ee[+Ee-VA(t0)]-[+Ee-VA(t0)]2RA]]>“≈”表示“近似于”，以上数学表达式的近似条件为t1<<2πω]]>和C足够大，并以+Ee供电为条件定义或导出的。B相和C相以及由-Ee供电有类似的表达式。由EA的数学表达式可知，EA＝f(t2A)。控制t2A即控制了在本周期内电源向A相提供的能量，这是非常重要的，也是本发明的精髓所在，即控制末级功放管(电源调整管)在一个周期内的导通时间也就控制了本周期内电源向负载提供的能量，这正是本发明所追求的技术目标。
显然，具有对称三相输出的数字功放还可以采用电流数字负反馈和功率数字负反馈与采用可变电源分别为A相、B相、C相的末级功放管供电。
具有对称三相输出的数字功放的工作过程和原理如下：在存贮器中存有可供图19所示流程图调用的数据，这些数据有些是实时数据而有些则是非实时的，非实时数据可以通过键盘等设备输入存贮器供运算单元4调用。并且按图19所示的工作程序流程图工作。
以上本发明描述了实施例1至实施例6和具有对称三相输出的数字功放，虽然它们之间存在区别与不同，但有以下几点是共同的：1、采用了工作于数字状态(而非摸拟状态)并具有数学运算和逻辑运算功能的运算单元4，运算单元4的采用标志了计算机技术在本发明的应用。2、把拟控制的模拟量(电压、电流、功率)通过A/D转换传送至运算单元4完成数字负反馈。3、末级功放管工作于开关状态。具有对称三相输出的数字功放，也可以采用实施例1到实施例6的思想和方案编写工作程序流程。实施例1至实施例6也可以采用具有对称三相输出的数字功放工作原理和过程并套用具有对称三相输出的数字功放的编程思想方法。实施例之间、实施例与具有对称三相输出的数字功放在硬件和软件的具体方法和具体思想上是完全可以互相借鉴、互相套用乃至互相模仿的。
还需说明的是运算单元4是本发明的核心，所有的外围芯片在逻辑上都受它的控制，它可以用所有具有逻辑运算功能，并符合性能要求的芯片实现，例如美国的德州仪器公司的dsp芯片和intel公司的电脑cpu都具有这种功能。本发明各硬件图中的各个功能框只是为了表达的方便而设，实际上它们完全可以根据需要集成于一至数片芯片中，有些功能框的名称相同(例如输入电路1和输入电路9等)只是说明它们的功能相同，并不代表参数和芯片相同。图中的BG1 BG2用的是双极型晶体管共射接法，实际上也可以用场效应管、IGBT管或其它功率器件，也可以用共集(或共源、共漏)等接法。本发明数字功放和可变电源共同用一个运算单元，也可以数字功放部份的运算单元作为主运算单元，两个可变电源(即图3和图4所示部份)的运算单元作为从运算单元，两个可变电源(即图3和图4所示部份)各用一个运算单元，组成主从运算单元的多运算单元结构。本发明也可以个人电脑、工控机和工作站为基础配上合适的接口板卡实现。
运算单元4在计算模拟电压输出期望值a、模拟输出电流期望值f、模拟功率输出期望值p、可变电源输出+E、-E时充分考虑了低通滤波器和负载RL的电抗部分产生的信号迟延时间以及负载的反电势影响和数字负反馈的采样频率高于输入信号的采样频率的超取样情况所产生的影响，使数字功放稳定工作，这层考虑在工作程序流程中由初始化来体现。
模拟输出的期望值和实际值是同一时刻的瞬时值，它们之间没有时间上的迟延。各实施例中电流传感器是以电阻为例，设它的阻值为R，R≤12RL.]]>RL两端的电压URL＝a-iR。流程图中的各种常数和关系式可以根据需要作适当的调整。
关于功放的输入信号，除了传统的外部输入外，本发明还可将模拟输出期望值存贮于内存中，供运算单元4读取，如果模拟输出期望值为一常数，则本功放成为一台有稳定电压、电流或功率的稳定电源，本发明的实质是利用数字负反馈对模拟输出在一个采样周期内功放输出供给负载的电能多少进行监测，若这一采样周期供给负载的能量偏多，则下一周期适当减少，反之亦然。保持在一定时间内，功放供给负载能量的实际值与期望值之间的偏差的绝对值非常小，以此来满足实际应用的要求，工作流程亦据此编写。由于本发明较为复杂，为避免图中元素过小而不清晰，说明书采用了分图和组合图的处理方法。说明书附图中各元素间内部连接由各分图表示清楚，各分图的外部连接则由组合图表示，并在说明书中说明各实施例的构成元素。
实施例1、实施例2、实施例3分别采用了电压数字负反馈、电流数字负反馈和功率数字负反馈。本发明把这三种负馈统称为数字负反馈。输入电路的作用是把模拟量调理到适合于A/D转换的形式和幅度上，各种接口电路的作用是把各种数字信号的格式和幅度转换到适合于与运算单元4进行数据和信息的交流的格式和幅度上，驱动电路的作用是驱动开关管的饱和导通与截止，BG1、BG2是开关管，起大功率开关的作用。如果芯片间的数字信号的交流能顺利进行，即芯片能实现无缝连接，则接口电路并非必需，输入电路也同此例。
输入电路可用比例放大电路或电阻衰减网络实现。各个实施例和具有对称三相输出的数字功放的负载都有一端(或通过电流传感)器接“地”，如果把接“地”端由另一驱动输出模块驱动，并且电信号与原非接“地”端驱动输出模块的输出信号反相，则可构所“桥”式驱动。
实施例6硬件框图如图11所示，其连接关系前面已有说明，再用另一种方式说明于下：
以运算单元4为硬件核心，模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15、电压数字负反馈模块17、电压数字负反馈模块19、电压数字负反馈模块22、电流数字负反馈模块23的输出端通过数据总线与运算单元4连接，驱动输出模块16、驱动输出模块18、驱动输出模块20的输入端也通过数据总线与运算单元4连接，模拟信号输入模块14、数字信号输入模块15的输入端分别与1、2、3号端子相连，电流传感器21与负载RL串联，电流传感器21一端与“地”相连，另一端与RL相连，RL的另一端与驱动输出模块16的输出端相连，驱动输出模块18的输出端与驱动输出模块16的正电源输入端相连，驱动输出模块20的输出端与驱动输出模块16的负电源输入端相连，电压数字负反馈模块17的输入端与驱动输出模块16的输出端相连，电压数字负反馈模块19的输入端与驱动输出模块18的输出端相连，电压数字负反馈模块22与驱动输出模块20的输出端相连，电流数字负反馈模块23的输入端与电流传感器21的非接“地”端相连。实施例6采用了电压数字负反馈、电流数字负反馈和可变电源其连接关系也最复杂，其它实施例的连接关系如有不清楚的地方，也可以以它为准。
A/D转换的采样频率在1KHz到800KHz之间；采样位数在8位到24位之间。