D类功率放大器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103999363 A (43)申请公布日 2014.08.20 C N 1 0 3 9 9 9 3 6 3 A (21)申请号 201280062989.8 (22)申请日 2012.12.19 2011-278154 2011.12.20 JP H03F 3/217(2006.01) H03F 1/52(2006.01) H03F 3/68(2006.01) H04R 3/00(2006.01) (71)申请人雅马哈株式会社 地址日本静冈县 (72)发明人外川武史 (74)专利代理机构北京天昊联合知识产权代理 有限公司 11112 代理人陈源 李铭 (54) 发明。

2、名称 D类功率放大器 (57) 摘要 本发明设置有第一D类放大单元以对输入声 音信号的功率进行放大并且提供至音频输出端子 (22a)的正端，还设置有第二D类放大单元以对 由反转器(E1)进行反转后的输入声音信号的功 率进行放大并且提供至音频输出端子(22a)的负 端。模式控制单元(204)在第一模式被指定时激 活第一和第二D类放大单元并且将限流电路(I1、 I2)的最大电流值设定为第一电流值，而在第二 模式被指定时，激活第一D类放大单元但不激活 第二D类放大单元，将音频输出端子(22a)的负端 接地，并且将限流电路(I1)的最大电流值设定为 大于第一电流值的第二电流值。 (30)优先权数据 (。

3、85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.06.19 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2012/082872 2012.12.19 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/094626 JA 2013.06.27 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103999363 A CN 103999363 A 1/2页 2 1.一种D类功率放大器，包括： 音频输出端子； 模式指定单元，其指定第一模式和第二模式中的一个； 第一。

4、D类放大单元，其将输入的音频信号转换为脉冲宽度调制信号并对该信号进行功 率放大，并且将功率放大后的音频信号提供给所述音频输出端子的正端； 反转单元，其使所述输入的音频信号的极性反转； 第二D类放大单元，其将在所述反转单元内进行了极性反转的所述音频信号转换为脉 冲宽度调制信号并对该信号进行功率放大，并且将功率放大后的音频信号提供给所述音频 输出端子的负端； 第一模式控制单元，其在所述第一模式被指定时激活所述第一D类放大单元和所述第 二D类放大单元，并且执行保护使得所述第一D类放大单元和所述第二D类放大单元的输 出中的每一个输出变为等于或小于第一电流值；以及 第二模式控制单元，其在所述第二模式被指。

5、定时使所述第一D类放大单元和所述第二 D类放大单元中的一个不激活而使另一个激活，使所述音频输出端子的正端和负端中与未 激活的D类放大单元对应的一端接地，并且执行保护使得激活的D类放大单元的输出变为 等于或小于比所述第一电流值大的第二电流值。 2.一种D类功率放大器，包括： 第一音频输出端子； 第二音频输出端子； 模式指定单元，其指定第一模式和第二模式中的一个； 第一D类放大单元，其将输入的第一音频信号转换为脉冲宽度调制信号并对该信号进 行功率放大，并且将功率放大后的音频信号提供给所述第一音频输出端子的正端； 第一反转单元，其将输入的第一音频信号的极性反转； 第二D类放大单元，其将在所述第一反转。

6、单元内进行了极性反转的所述第一音频信号 转换为脉冲宽度调制信号并对该信号进行功率放大，并且将功率放大后的音频信号提供给 所述第一音频输出端子的负端； 第三D类放大单元，其将输入的第二音频信号转换为脉冲宽度调制信号并对该信号进 行功率放大，并且将功率放大后的音频信号提供给所述第二音频输出端子的正端； 第二反转单元，其将输入的第二音频信号的极性反转； 第四D类放大单元，其将在所述第二反转单元内进行了极性反转的所述第二音频信号 转换为脉冲宽度调制信号并对该信号进行功率放大，并且将功率放大后的音频信号提供给 所述第二音频输出端子的负端； 第一模式控制单元，其在所述第一模式被指定时激活所述第一D类放大单。

7、元至所述第 四D类放大单元中的全部，并且执行保护使得各个D类放大单元的输出中的每一个输出变 为等于或小于第一电流值；以及 第二模式控制单元，其在所述第二模式被指定时使所述第一D类放大单元和所述第四 D类放大单元激活而使所述第二D类放大单元和所述第三D类放大单元不激活，将所述第一 音频输出端子的负端和所述第二音频输出端子的正端中的每一个接地，并且执行保护使得 所述第一D类放大单元和所述第四D类放大单元的输出中的每一个输出变为等于或小于比 权 利 要 求 书CN 103999363 A 2/2页 3 所述第一电流值大的第二电流值。 3.如权利要求1或2所述的D类功率放大器， 其中，所述第一模式为针。

8、对将一套恒压扬声器系统连接至每个音频输出端子的情况所 配备的模式，以及 所述第一电流值为在所述恒压扬声器系统被连接时将所述D类功率放大器的最大输 出抑制为等于或小于与预定电源容量相对应的值的值。 4.如权利要求1或2所述的D类功率放大器， 其中，所述第二模式为针对将一个低阻抗扬声器连接至每个音频输出端子的情况所配 备的模式，以及 所述第二电流值为在所述低阻抗扬声器被连接时将所述D类功率放大器的最大输出 抑制为等于或小于与预定电源容量相对应的值的值。 权 利 要 求 书CN 103999363 A 1/10页 4 D 类功率放大器 技术领域 0001 本发明涉及D类功率放大器，被称为恒压系统的扬。

9、声器系统、 0002 或低阻抗(4、8)扬声器等设备可连接至该D类功率放大器。 背景技术 0003 通常已知如下的D类功率放大器，该D类功率放大器通过D类操作方法来执行功 率放大，该D类操作方法将输入的模拟信号转换为脉冲宽度调制(PWM)信号，并且通过该脉 冲宽度调制信号对输出级的开关元件进行开-关控制。 0004 图4和图5示出了作为传统的D类功率放大器的示例的D类放大器的结构。图4 中示出了半桥连接的示例，图5中示出了全桥连接的示例。 0005 首先，在半桥连接的情况下，如图4所示，一个扬声器SPx连接至一个D类功率放 大单元Dx。 0006 随后，在D类功率放大单元Dx中，待放大的模拟音。

10、频信号作为输入信号IN被输 入，其电压由PWM调制器X进行PWM调制，从而转换为PWM信号。随后，将此PWM信号提供 给设置在正端电源(+V)和输出信号线之间的开关元件Sxa和设置在负端电源(-V)和输出 信号线之间的开关元件Sxb中的每一个，以互补地驱动开关元件Sxa和Sxb。即，开关元件 Sxa和Sxb被驱动为(例如)当PWM信号为高电平时，开关元件Sxa接通并且同时开关元件 Sxb关断，并且相反的，当PWM信号为低电平时，开关元件Sxa关断并且同时开关元件Sxb接 通。 0007 以此方式，在开关元件Sxa导通时电流由正端电源流向输出信号线，在开关元件 Sxb导通时电流由输出信号线流向负。

11、端电源。通过使随着PWM信号的高/低而改变的电流 流过由线圈Lx和电容器Cx形 成的低通滤波器，使得用于PWM转换的载波信号能够被移除， 由此将该电流解调为模拟音频信号，该模拟音频信号为经过功率放大的输入信号IN(其可 以输出的最高电压依赖于电源的电压)。因此，通过将通过低通滤波器的信号经过音频输出 端子提供给扬声器SPx，可以利用模拟音频信号(其为放大后的输入信号IN)来驱动扬声器 SPx。注意，由扬声器返回至D类功率放大单元Dx的信号流向放大器的地。 0008 此外，在全桥连接的情况下，如图5所示，一个扬声器SPx连接至两个D类功率放 大单元Dx、Dy。 0009 随后，在D类功率放大单元。

12、Dx中，类似于图4中的情况，作为功率放大后的输入信 号IN的模拟音频信号被提供至扬声器SPx。 0010 另一方面，输入信号IN通过反转器E在正和负之间反转，并且被输入至D类功率 放大单元Dy。随后，类似于D类功率放大单元Dx中的情况，该反转后的信号在PWM调制器 Y中被进行PWM调制，并且利用作为调制结果的PWM信号来互补地驱动开关元件Sya和Syb。 因此，经由通过由线圈Ly和电容器Cy形成的低通滤波器，除了正负被反转以外与D类功率 放大单元Dx侧的模拟音频信号完全相同的模拟音频信号能够被提供至扬声器SPx。注意， D类功率放大单元Dx和D类功率放大单元Dy之间具有共同的电源。 说 明 书。

13、CN 103999363 A 2/10页 5 0011 此处，通过将扬声器SPx的两个端子分别连接至D类功率放大单元Dx和Dy，使得 能够利用分别由D类功率放大单元Dx和Dy提供的模拟音频信号的差异信号来驱动扬声器 SPx。分别由D类功率放大单元Dx和Dy提供的模拟音频信号为在正和负之间进行了反转 了的两个信号(如上所述)，因此采用这种差异信号可以使得扬声器SPx由作为在半桥连接 情况下的电压的两倍的电压来驱动。 0012 这样的D类功率放大器被认为是相当高效的放大器。此外，作为与这种D类功率 放大器相关的技术，例如，PTL1和PTL2中描述的技术也被人们所熟知。 0013 此外，广泛采用了(。

14、例如)阻抗为4或8的低阻抗单扬声器作为连接至D类 功率放大器的扬声器。但是，除了上述扬声器以外，通过被称为恒压系统的系统来将多个扬 声器并行地连接也是可行的。 0014 这种恒压系统将具有高电压和低电流的音频信号由放大器传输至各个扬声器，通 过在每个扬声器的输入单元中提供的降压变压器将其变换为低压信号，并且采用该低压信 号来驱动扬声器。即，高阻抗的信号线被用作将放大器和每个扬声器连接起来的主要信号 线，并且多个扬声器经过各降压变压器分别与放大器并行连接。 0015 这种恒压系统在(例如)NPL1中进行了描述。 0016 引用列表 0017 专利文献 0018 PTL1JP2010-41474A。

15、 0019 PTL2JP2009-200551A 0020 非专利文献 0021 NPL1Constant voltage speaker system,Online,November29,2011,Wikipedi a.org,2011年12月18日检索,互联网 发明内容 0022 技术问题 0023 此时，可想而知上述D类功率放大器被构造为能够通过相同音频输出端子连接至 低阻抗扬声器或恒压系统的多个扬声器。 0024 首先，在考虑要使其兼容恒压系统时，虽然要取决于所采用的标准，但是(例如) 在100V系统的情况下，需要最高为100Vrms(有效电压为100伏)的输出。随后，在采用上 述半桥。

16、结构时，为了得到此输出，需要150V或更高的电源电压来作为正端电源和负端电 源。 0025 在此情况下，对于开关元件Sxa和Sxb，需要300V或更高的耐压(正端电源和负端 电源之间的电压差)。但是，在当前广泛采用作开关元件Sxa和Sxb的MOSFET(金属-氧化 物-半导体场效应晶体管)中，与具有250V以下的耐压的MOSFET相比，具有250V以上的 耐压的MOSFET在成本和性能方面往往显著逊色。因此，利用半桥结构，可以说难以制造出 能够与恒压系统的各扬声器连接的D类功率放大 器。 0026 另一方面，当采用全桥结构时，电源电压可以为采用半桥结构时的电源电压的一 半。因此，各MOSFET。

17、所需的耐压也较低，从而允许以较低成本来制造性能足够的D类功率 说 明 书CN 103999363 A 3/10页 6 放大器。 0027 但是，当此D类功率放大器并非专用于驱动恒压系统而是还可以用于驱动低阻抗 扬声器时，实际上会在此结构中出现问题。 0028 通过选择与音响系统和/或目标最大输出功率相对应的输出级的电源和元件(晶 体管、线圈、电容器等)来设计功率放大器。在此情况下，首先，为了使用全桥结构驱动100V 恒压系统，采用的电源的电压大约为80V并且该电源的电流容量与所需的最大输出功率 相匹配，其次，采用(例如)耐压为80V或更高的高速MOSFET作为输出级中的开关元件。 0029 当。

18、驱动低阻抗(例如，4)扬声器时，大电流以低电压流向扬声器，因此在此结构 (即，相同的电源、相同的输出级元件、以及相同的全桥结构)中，电源中的仅仅约80V的 一小部分(但是，其随着电流的增加而降低)被扬声器所使用，并且电压的其余部分施加于 输出级的元件，因此降低了电源电压利用率。 0030 通常，在D类放大器的电源电压利用率和功率效率(施加给扬声器的功率/电 源提供的功率)之间，存在图6中所示的关系。从图6可以看出，低的电源电压利用率使得 功率效率快速恶化。 0031 基于这种背景而设计了本发明，其目的在于能够以低成本制造如下的D类功率放 大器，该D类功率放大器能够有率地同时驱动低阻抗扬声器和恒。

19、压系统的扬声器，同时采 用同一音频输出端子来与这两个扬声器进行连接。 0032 解决方案 0033 为了实现上述目的，本发明的D类功率放大器包括：音频输出端子；模式指定单 元，其指定第一模式和第二模式中的一个；第一D类放大单元，其将输入的音频信号转换为 脉冲宽度调制信号并对该信号进行功率放大，并且将功率放大后的音频信号提供给音频输 出端子 的正端；反转单元，其使输入音频信号的极性反转；第二D类放大单元，其将在反转 单元内进行了极性反转的音频信号转换为脉冲宽度调制信号并对该信号进行功率放大，并 且将功率放大后的音频信号提供给音频输出端子的负端；第一模式控制单元，其在第一模 式被指定时激活第一D类。

20、放大单元和第二D类放大单元，并且执行保护使得第一D类放大 单元和第二D类放大单元的输出中的每一个输出变为等于或小于第一电流值；以及第二模 式控制单元，其在第二模式被指定时使第一D类放大单元和第二D类放大单元中的一个不 激活而使另一个激活，使音频输出端子的正端和负端中与未激活的D类放大单元对应的一 端接地，并且执行保护使得激活的D类放大单元的输出变为等于或小于比第一电流值大的 第二电流值。 0034 本发明的另一种D类功率放大器包括：第一音频输出端子；第二音频输出端子； 模式指定单元，其指定第一模式和第二模式中的一个；第一D类放大单元，其将输入的第一 音频信号转换为脉冲宽度调制信号并对该信号进行。

21、功率放大，并且将功率放大后的音频信 号提供给第一音频输出端子的正端；第一反转单元，其将输入的第一音频信号的极性反转； 第二D类放大单元，其将在第一反转单元内进行了极性反转的第一音频信号转换为脉冲宽 度调制信号并对该信号进行功率放大，并且将功率放大后的音频信号提供给第一音频输出 端子的负端；第三D类放大单元，其将输入的第二音频信号转换为脉冲宽度调制信号并对 该信号进行功率放大，并且将功率放大后的音频信号提供给第二音频输出端子的正端；第 二反转单元，其将输入的第二音频信号的极性反转；第四D类放大单元，其将在第二反转单 说 明 书CN 103999363 A 4/10页 7 元内进行了极性反转的第二。

22、音频信号转换为脉冲宽度调制信号并对该信号进行功率放大， 并且将功率放大后的音频信号提供给第二音频输出端子的负端；第一模式控制单元，其在 第一模式被指定时激活第一D类放大单元至第四D类放大单元中的全部，并且执行保护使 得各个D类放大单元的输出中的每一个输出变为等于或小于第一电流值；以及第二模式控 制单元，其在第二模式被指定时使第一D类放大单元和第四D类放大单元激活而使第二D 类放大单元和第三D类放大单元不激活，将第 一音频输出端子的负端和第二音频输出端子 的正端中的每一个接地，并且执行保护使得第一D类放大单元和第四D类放大单元的输出 中的每一个输出变为等于或小于比第一电流值大的第二电流值。 00。

23、35 在上述各种D类功率放大器中的每一种中，优选地，第一模式为针对将一套恒压 扬声器系统连接至每个音频输出端子的情况所配备的模式，并且第一电流值为在恒压扬声 器系统被连接时用于将D类功率放大器的最大输出抑制为等于或小于与预定电源容量相 对应的值的值。 0036 此外，优选地，第二模式为针对将一个低阻抗扬声器连接至每个音频输出端子的 情况所配备的模式，并且第二电流值为在低阻抗扬声器被连接时将D类功率放大器的最大 输出抑制为等于或小于与预定电源容量相对应的值的值。 0037 发明的有益效果 0038 如上所述，本发明的D类功率放大器使得能够以低成本来制造D类功率放大器，该 D类功率放大器即使在采用。

24、同一音频输出端子来与低阻抗扬声器和恒压系统的扬声器进行 连接的情况下也能够有效地驱动这两种扬声器。 附图说明 0039 图1为示出了作为本发明的D类功率放大器的实施例的放大器的结构示意图。 0040 图2为示出了恒压扬声器系统的示例的示意图。 0041 图3为示出了图1中所示的功率放大单元中配备的操作模式和在每个操作模式中 对各个单元执行的控制的示意图。 0042 图4为示出了传统的半桥连接的D类放大器的示例的示意图。 0043 图5为示出了传统的全桥连接的D类放大器的示例的示意图。 0044 图6为示出了D类放大器中电源电压利用率和功率效率之间的关系的示意图。 具体实施方式 0045 下文中。

25、，将基于附图对实施本发明的模式进行详细描述。 0046 图1示出了作为本发明的D类功率放大器的实施例的放大器的结构。 0047 图1中所示的放大器20包括第一放大单元201和第二放大单元202，该放大器20 具有如下的功能：放大经由音频输入端子21a、21b输入的每一个通道的模拟音频信号的功 率，并且经由相应的音频输出端子22a、22b将其输出。 0048 注意，诸如电子乐器、乐声再现装置、麦克风、数字混频器等的输出音频信号的音 频装置可以作为(在符合放大器20的标准的范围内的)信号源任意地连接至音频输入端 子21a、21b。 0049 此外，将被连接至音频输出端子22a、22b的扬声器可以为。

26、阻抗是4或8的普 说 明 书CN 103999363 A 5/10页 8 通单扬声器、或者为图2中所示的恒压扬声器系统，但是必须基于所连接的扬声器或扬声 器系统将所连接的扬声器或扬声器系统设定为合适的模式(这将在下文详细描述)。 0050 该恒压扬声器系统是这样的系统，其使得多个扬声器通过上述恒压系统并行地连 接。随后，多个扬声器SPa至SPd分别经由降压变压器Ta至Td连接至高阻抗的主电缆CB。 随后，在主电缆CB上利用符合标准(例如，25V、70V、70.7V、100V)的高电压(此处为100V) 来传输模拟音频信号，并且在该模拟音频信号通过降压变压器Ta至Td降低为用于驱动扬 声器SPa。

27、至SPd的合适电压以后被提供至扬声器SPa至SPd。在每个扬声器中，扬声器SPa 至SPd的输入阻抗可以不同，并且在每个扬声器中，每个变压器中的降压比也可以不同。 0051 该放大器20的特点为其与第一和第二放大单元201、202的结构和操作模式相对 应的操作控制，因此随后将主要关注这一点对放大器20进行详细地描述。 0052 如图1中所示，除了第一放大单元201和第二放大单元202外，放大器20还包括 电源单元203、模式控制单元204、以及模式切换单元205。 0053 其中，电源单元203为供电装置，该供电装置为第一放大单元 201和第二放大单元 202中包含的总计四个D类放大单元中的每。

28、一个提供+80V的正端电源和-80V的负端电源。 0054 模式控制单元204具有如下的功能：根据由模式切换单元205指定的模式来控制 PWM调制器X1至X4的操作(激活)/停止(不激活)、以及控制第一放大单元201和第二 放大单元202中包括的开关S1和开关S2的接通/关断，并且为限流电路I1至I4设定电 流上限，从而允许第一放大单元201和第二放大单元202执行与模式相对应的操作。 0055 注意，模式切换单元205具有根据用户的操作来指定第一模式至第三模式中的一 个模式的功能，并且可以通过采用三态开关(两个通路的接通/关断)和具有三个选项的 选择器(选择性地连接三个端子中的一个)来简单地。

29、构造。可以通过具有CPU的微型计算 机来执行类似的功能。 0056 此外，第一放大单元201和第二放大单元202分别具有两个D类放大单元，并且具 有如下的功能：放大由信号源IN1和IN2提供、并经由音频输入端子21a和21b输入的每一 个通道的模拟音频信号(这些信号将分别被称为输入信号IN1和IN2)的功率，以及通过相 应的音频输出端子22a和22b输出这些模拟音频信号。 0057 其中，第一放大单元201包括：具有PWM调制器X1、开关元件S1a和S1b、线圈L1、 和电容器C1的第一D类放大单元，以及具有PWM调制器X2、开关元件S2a和S2b、线圈L2、 和电容器C2的第二D类放大单元。。

30、 0058 第一D类放大单元不管模式如何总是激活的(持续操作)，但是第二D类放大单元 能够根据模式而激活(操作)或不激活(停止操作)。停止操作的第二D类放大单元几乎 不消耗电能。将经由放大器20的第一输入端子21a输入的模拟音频信号(输入信号IN1) 提供至第一D类放大单元，将由反转器E1在正和负(电压的极性)之间反转了的输入信号 IN1inv提供至第二D类放大单元。 0059 在第一D类放大单元中，PWM调制器X1对输入信号IN1的电压进行PWM调制并且 输出PWM信号。在正端和负端的开关元件S1a、S1b 中的每一个为功率MOSFET。正端的元 件S1a的漏极连接至正端电源(+80V)，正。

31、端的元件S1a的源极连接至负端的元件S1b的源 极和线圈L1的输入端，负端的元件S1b的漏极连接至负端电源(-80V)。 0060 开关元件S1a、S1b根据由PWM调制器X1提供给各个栅极的PWM信号来将线圈L1 说 明 书CN 103999363 A 6/10页 9 的输入端连接(切换)至正端电源或负端电源中的一个。因此，功率放大后的PWM信号被 提供至线圈L1的输入端。随后，通过由线圈L1和电容器C1形成的低通滤波器截止功率放 大后的PWM信号的高频部分，作为功率放大后的输入信号IN1的模拟音频信号在线圈L1的 输出端被解调制并且被提供给音频输出端子22a的正端。 0061 类似地，在激。

32、活状态下的第二D类放大单元中，反转的输入信号IN1inv由PWM调 制器X2进行PWM调制，并且通过开关元件S2a、S2b进行功率放大。随后，通过由线圈L2和 电容器C2形成的低通滤波器截止功率放大后的PWM信号的高频部分，作为功率放大后的反 转输入信号IN1inv的模拟音频信号在线圈L2的输出端被解调并且被提供给音频输出端子 22a的负端。 0062 此外，在第一放大单元201中，在由第一D类放大单元和第二D类放大单元至音频 输出端子22的各信号输出路径上分别提供限流电路I1和I2。这些限流电路I1、I2的功 能为：当由相应D类放大单元输出的信号的电流值超过由模式控制单元204控制的预定值 。

33、时，限流电路I1和I2通过将栅极接地或诸如此类方法来强制关断相应的开关元件，从而停 止信号输出。限流电路I1关断开关元件S1a、S1b，限流电路I2关断开关元件S2a、S2b。 0063 但是，当限流电路I1、I2关断各开关元件时，电流不再流至各限流电路，因此所检 测到的电流值迅速变得等于或小于电流上限值。随后，当从强制关断起过了预设时间之后， 限流电路I1和I2取消对各开关元件的强制关断。随后，响应于此，如之前一样执行通过D 类放大单元放大后的音频信号的输出。 0064 因此，限流电路I1、I2进行操作以保护电源、输出单元的元件、以及第一放大单元 20连接的扬声器以避免超出设计放大器20时的。

34、每 个假定功率并且避免损坏。 0065 例如，当连接两个4扬声器(第二操作模式)时，放大器20对每个扬声器的假 定最大输出为250Wmax时，上述预定值仅需要为满足4II250且I7.9A(有效 值)11.2A(峰值)的值。 0066 此外，当连接一个8扬声器(第三操作模式)时，放大器20的假定最大输出为 500Wmax时，上述预定值仅需要为满足8II500且I7.9A(有效值)11.2A(峰 值)的值。 0067 此外，当连接两套恒压扬声器系统(第一操作模式)时，放大器20对每套系统的 假定最大输出为250Wmax时，由于100V系统的最大输出电压(有效电压)为100V，因此可 以得到电流上。

35、限值I为I250/1002.5A(有效值)3.5A(峰值)。在此情况下，每个 恒压扬声器系统均需要被构造为使其整个输入阻抗为100/2.540或更高。当构成一 套100V系统的扬声器的数量增加时，会导致输入阻抗小于40，放大器20的输出不能达到 假定最大输出。 0068 如上所述，不管连接到放大器20的扬声器是两套100V的系统、两个4扬声器、 和一个8扬声器中的哪一种，整个放大器20的假定最大输出都完全相同(500Wmax)。这 是为了最大程度地利用所采用的电源的容量。 0069 此外，在第一放大单元201中，提供开关S1以用于使音频输出端子22a的负端在 接地和不接地之间切换。 0070 。

36、当第二D类放大单元不激活时，开关S1同时接通以将音频输出端子22a的负端接 地。因此，第一放大单元201起到了具有仅半桥连接了第一D类放大单元的结构的D类放 说 明 书CN 103999363 A 7/10页 10 大器的作用。此处，具体而言，通过停止PWM调制器X2和将开关元件S2a、S2b固定为“关 断”的方式执行第二D类放大单元的“不激活”。在此情况下，几乎没有电流从电源单元203 流至第二D类放大单元，并且功率消耗减少了这一数量。 0071 另一方面，当第二D类放大单元激活时，开关S1同时关断。因此，在第一放大单元 201中，由第一D类放大单元输出的信号被提供给音频输出端子22a的正端。

37、，由第二D类放 大单元输出的信号被提供给音 频输出端子22a的负端，并且由这些信号间的差异的信号来 驱动扬声器SP1。因此，第一放大单元201起到了其中全桥连接了第一D类放大单元和第二 D类放大单元的D类放大器的作用。 0072 此外，第二放大单元202包括具有PWM调制器X3、开关元件S3a和S3b、线圈L3、和 电容器C3的第三D类放大单元以及具有PWM调制器X4、开关元件S4a和S4b、线圈L4、和电 容器C4的第四D类放大单元。第三D类放大单元和第四D类放大单元中的每个都能够基 于模式而激活(操作)或不激活(停止操作)。停止操作的D类放大单元几乎不消耗电能。 经由放大器20的第二输入端。

38、子21b输入的模拟音频信号(输入信号IN2)被提供至第三D 类放大单元，由反转器E2执行了正和负(电压的极性)之间的反转后的输入信号IN2inv 被提供至第四D类放大单元。 0073 随后，处于激活状态的第三D类放大单元对输入信号IN2进行功率放大并将其提 供给音频输出端子22b的正端，处于激活状态的第四D类放大单元对反转后的输入信号 IN2inv进行功率放大并将其提供给音频输出端子22b的负端。每个D类放大单元和限流电 路I3、I4的功能均与第一放大单元201中类似元件的功能相同，因此省略其详细描述。 0074 此外，在第二放大单元202中，提供开关S2以用于使音频输出端子22b的正端在 接。

39、地和不接地之间切换。 0075 当第三D类放大单元不激活时，开关S2同时接通以将音频输出端子22b的正端接 地。因此，第二放大单元202起到了具有仅半桥连接了第四D类放大单元的结构的D类放 大器的作用。此处，具体而言，通过停止PWM调制器X3和将开关元件S3a、S3b固定为“关 断”的方式来执行第三D类放大单元的“不激活”。在此情况下，几乎没有电流从电源单元 203流至第三D类放大单元，并且功率消耗减少了这一数量。 0076 另一方面，当第三D类放大单元激活时，开关S2同时关断。因此，在第二放大单元 202中，由第三D类放大单元输出的信号被提供给音频输出端子22b的正端，由第四D类放 大单元输。

40、出的信号被提供给音 频输出端子22b的负端，并且由这些信号间的差异的信号来 驱动扬声器SP2。因此，第二放大单元202起到了全桥连接了第三D类放大单元和第四D类 放大单元的D类放大器的作用。 0077 随后将描述放大器20的操作模式。 0078 图3为示出了放大器20中配备的操作模式和在每个模式中分别对每个单元执行 的控制的示意图。如上所述，由用户对模式切换单元205来设定操作模式，并且模式控制单 元204基于所设定的模式向图1中所示的各个单元输出控制信号以执行图3中所示的操 作。 0079 首先，第一操作模式为当恒压扬声器系统连接至音频输出端子22a、22b时用户设 定的操作模式。 0080。

41、 在此情况下，第一至第四D类放大单元(PWM调制器X1至X4)均操作(激活)。此 说 明 书CN 103999363 A 10 8/10页 11 外，开关S1和S2均关断。随后，限流电路I1至I4的电流上限值均被切换至用于进行保护 的第一值(有效值2.5A或峰值3.5A)，从而使得在连接了100V系统时放大器20的输出不 会超过假定最大输出(250W)。 0081 在此第一操作模式中，第一放大单元201和第二放大单元202中的每一个均起到 了全桥连接的D类放大器的作用。因此，放大器20可以使提供给音频输出端子22a、22b的 模拟音频信号的电压在比由电源单元203提供的每个电压(80V)的两倍。

42、略小的电压范围 (-160+V至+160-V)内摆动，并且可以利用假定的有效100V或更高的最大振幅来驱动 100V恒压扬声器系统。因此，即使当预料到有电压的变化时，也可以使用具有相对较低耐压 (约200V)的元件作为开关元件S1a至S4b。可以获得便宜和可靠的开关元件作为这种开 关元件，并且因此可以制造出便宜和可靠的系统来作为整个系统。 0082 此外，第二操作模式为当低阻抗(例如4)扬声器连接至音频输出端子22a和 22b时用户设定的操作模式。 0083 在此情况下，第一和第四D类放大单元(PWM调制器X1和X4)均操作(激活)，而第 二和第三D类放大单元(PWM调制器X2和X3)停止(不。

43、激活)。此外，开关S1和S2接通。 随后，限流电路I1和I4的电流上限值均被切换至用于进行保护的第二值(有效值7.9A或 峰值11.2A)以，从而使得在连接了低阻抗(4)的扬声器时放大器20的输出不会超过假 定最大输出(250W)。 0084 相比于恒压扬声器系统，该情况下的扬声器的阻抗低，因此基于相同最大输出而 确定的第二值变成大于上述第一值的值。注意，关于限流电路I2和I3，由于开关元件S2a、 S2b、S3a、S3b均被关断并且大电流的流通是毫无可能的，因此任何电流上限值均可以接受。 0085 在此第二操作模式中，第一放大单元201和第二放大单元202中的每一个均 起到半桥连接的D类放大。

44、器的作用。因此，放大器20可以使提供给音频输出端子22a、 22b的模拟音频信号的电压在比由电源单元203提供的电压(80V)略小的电压范围 (-80+V至+80-V)内摆动。在假定最大输出(250W)时的振幅为47.931.6V(有效 值)44.7V(峰值)，因此在这种情况下，在电源电压80V中仅有约23V通过全桥连接 在驱动中被有效利用。但是，在此实施例中，由于通过半桥连接进行驱动，在80V中有约 45V被有效利用。 0086 此处，通过切换至半桥连接，提高了电压的使用效率。如图6中所示，通过电源电 压利用率能够增加的量，可以获得高功率效率。此外，由于第二和第三D类放大单元停止， 功率消耗。

45、也可以降低这一数量。 0087 注意，在D类功率放大器中，已知在半桥的情况下会发生一种被称为泵浦 (pumping)的现象。以第一放大单元201为例进行描述，此现象为：由于在信号输出线路上 提供了线圈L1作为感性负载，在开关元件S1a和S1b的导通和不导通被切换时电流沿着电 源电压的反方向流动，并且由此导致电源单元的电容器被充电至等于或大于电源的电压， 从而改变了电源的电压。随后，当泵浦现象发生时，正端的电源电压和负端的电源电压变得 不平衡，导致输出中的噪声或者向输出级的各开关元件施加大于假定值的电压。 0088 在全桥的情况下，由于电流由两个D类功率放大单元中流出，因此在正端和负端 的电源中。

46、在彼此相反的方向上出现了泵浦现象，因此电源电压的不平衡并未发生。 0089 在第二操作模式的情况下，由于基本上是半桥连接，因此有发 生该泵浦现象的可 说 明 书CN 103999363 A 11 9/10页 12 能性。但是，由于未反转的输入信号IN1在第一放大单元201内进行功率放大并且反转后 的输入信号IN2inv在第二放大单元内进行功率放大，因此当两个相对类似的信号(例如作 为输入信号IN1和IN2的立体声的左声道信号和右声道信号)被输入时，类似于全桥连接 的情况，由第一放大单元201至电源的再生功率和由第二放大单元202至电源的再生功率 彼此抵消，从而使得泵浦现象不再发生。即，推荐在第。

47、二操作模式中输入相似度较高的两个 信号作为输入信号IN1和IN2。 0090 此外，第三操作模式为当低阻抗(例如8)扬声器仅连接至音频输出端子22a、并 且即使以牺牲通道数量为代价也期望获得较大的输出时用户设定的操作模式。 0091 在此模式中，第一和第二D类放大单元(PWM调制器X1、X2)操作，与此同时第三和 第四D类放大单元(PWM调制器X3、X4)停止(不激活)。此外，开关S1被关断。第二放大 单元202实质上未操作，因此开关S2可以接通或者关断。 0092 随后，限流电路I1和I2的电流上限值均被切换至用于进行保护的第三值(有效 值7.9A或峰值11.2A)，从而使得在连接了8的低阻。

48、抗扬声器时放大器20的输出不会超 过假定最大值(500W)。关于限流电路I3和I4，由于开关元件S3a、S3b、S4a、S4b均被关断 并且大电流的流通是毫无可能的，因此任何电流上限值均是可以接受的。仅关注第一放大 单元201，在第三操作模式中以第二操作模式中的电压的双倍电压来驱动双倍阻抗(8) 的扬声器，从而获得双倍的最大输出(500W)。在此情况下，第二操作模式和第三操作模式的 最大输出时的电流为相同值，因此限流电路I1、I2的第二值和第三值可以互相为相同值。 0093 在此第三操作模式中，第一放大单元201起到全桥连接的D类放大器的作用，第二 放大单元202未起作用。因此，通过为第二放大。

49、单元202保障的最大输出功率量，第一放大 单元201的最大输出功率可以增加，并且可以输出具有大输出的信号。在此情况下，放大器 20可以提供给音频输出端子22a、22b的模拟音频信号的电压在比由电源 单元203提供的 每个电压(80V)的两倍略小的电压范围(-160+V至+160-V)内摆动。在假定最大输 出(500W)时的振幅为87.963.2V(有效值)89.4V(峰值)，在这种情况下，在电源 电压80V中约45V被有效利用。此外，由于是全桥连接，因此可以容忍泵浦现象。此外， 由于第三和第四D类放大单元停止，功率消耗也可以减少这一数量。 0094 这样，对各实施例的描述已经结束。但是，毋庸置疑的是装置的结构和电路的结 构、模式的设定、以及具体数值均不限于上述实。