開關放大器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本實施例涉及開關放大器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]在該部分中記述的內(nèi)容只用于提供本實施例有關背景信息，并不構成現(xiàn)有技術。
[0003]放大器表示通過接收小信號來轉(zhuǎn)換成大信號的裝置。周邊常見的放大器有被稱為音頻放大器的音響放大器。大部分放大器以線性放大器呈現(xiàn)，線性放大器通過開啟或關閉晶體管來生成對輸入信號進行放大的放大信號。線性放大器具有輸出的帶寬大、噪音小的優(yōu)點，但在輸出電壓小于輸入電壓的情況下，由于半導體元件的損耗，存在效率大幅下降的缺點。
[0004]用于改善線性放大器缺點的方法之一就是開關放大器。不同于線性放大器，開關放大器以開啟或關閉等兩種狀態(tài)中的一種狀態(tài)來使晶體管等半導體元件工作，并根據(jù)半導體元件的開啟或關閉，生成具有最大輸入電壓和最小輸入電壓的球形波。開關放大器利用低通濾波器來減少球形波的高頻成分后輸出。在開關放大器中，半導體元件以開啟狀態(tài)工作而導通有電流時，半導體元件上施加有低于輸入電壓的電壓，因此，相比于線性放大器，開關放大器具有可大幅改善效率的優(yōu)點。但是，開關放大器需要以足夠高于輸出帶寬的高頻進行切換，因此，不僅在確保足夠的帶寬方面存在局限性，而且在切換過程中開關元件中的電壓和電流呈球形波，導致噪音變大。
[0005]另一方面，在線性放大器及開關放大器中，當放大器發(fā)生故障時，截止到修復放大器的故障之前，無法使輸入信號放大，導致放大器的可靠性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]本實施例的主要目的在于，利用容錯型開關放大器來進行控制，使得即使一個或一個以上的逆變器發(fā)生故障，也能夠由剩余逆變器實現(xiàn)正常工作，從而提高開關放大器的可靠性，上述容錯型開關放大器采用以絕緣電源進行驅(qū)動的多個逆變器串聯(lián)的方式，并在各逆變器的輸出端補充連接有根據(jù)逆變器的正常工作與否來短路或被開放的開關。
[0008]并且，本實施例的主要目的在于，利用混合型開關放大器，生成高效率、低噪音的放大信號，并使伴隨開關元件的工作的導通損耗及開關損耗最小化，從而高效率地放大信號，上述混合型開關放大器組合有由高耐壓低速開關元件構成的逆變器及由低耐壓高速開關元件構成的逆變器。
[0009]( 二)技術方案
[0010]本實施例提供容錯型開關放大器，其特征在于，包括:逆變器部，上述逆變器部包括N(N為自然數(shù))個逆變器，上述N個逆變器分別包括多個開關元件，根據(jù)向上述多個開關元件輸入的脈沖寬度調(diào)制信號，控制上述多個開關元件的開啟或關閉，來切換被施加的直流電壓，并根據(jù)上述切換來生成輸出信號；以及控制部，分別與上述N個逆變器的輸出端并聯(lián)，且包括根據(jù)上述N個逆變器的正常工作與否來短路或被開放的N個開關，上述N個逆變器的輸出端相互串聯(lián)，來生成合并從各逆變器輸出的輸出信號的放大信號。
[0011]并且，本實施例的再一實施方式提供混合型開關放大器，其特征在于，包括:逆變器部，上述逆變器部包括N — I (N為大于I的自然數(shù))個逆變器和M (M為自然數(shù))個逆變器，上述N — I個逆變器包括多個開關元件，上述多個開關元件具有不同于上述N — I個逆變器所包括的多個開關元件的電氣特性；上述N — I個逆變器及上述M個逆變器分別包括:逆變器部，根據(jù)向各個多個開關元件輸入的脈沖寬度調(diào)制信號，控制上述各個多個開關元件的開啟或關閉，來切換被施加的直流電壓，并根據(jù)上述切換來生成輸出信號，以及控制部，分別與上述N — I個逆變器及上述M個逆變器的輸出端并聯(lián)，且包括根據(jù)上述N — I個逆變器及上述M個逆變器的正常工作與否來短路或被開放的N-1個開關及M個開關；上述N — I個逆變器及上述M個逆變器的輸出端相互串聯(lián)，來生成合并從各逆變器輸出的輸出信號的放大信號。
[0012]并且，本實施例的另一實施方式提供脈沖寬度調(diào)制信號的生成方法，用于由容錯型開關放大器控制N個逆變器的工作，上述脈沖寬度調(diào)制信號的生成方法的特征在于，包括:根據(jù)輸入信號及上述輸入信號相關放大信號的反饋控制結果，計算在每個切換周期的開始點需要開啟或關閉的逆變器的數(shù)量的步驟；通過上述計算的步驟，生成上述脈沖寬度調(diào)制信號，以在需要補充開啟逆變器的情況下，補充開啟已設定順序的逆變器的步驟；通過上述計算的步驟，生成上述脈沖寬度調(diào)制信號，以在需要關閉處于開啟狀態(tài)的逆變器的情況下，關閉在處于開啟狀態(tài)的逆變器中已設定順序的逆變器的步驟；以及通過上述計算的步驟，生成上述脈沖寬度調(diào)制信號，以在需要按照占空比關閉處于開啟狀態(tài)的逆變器的情況下，處于開啟狀態(tài)的逆變器中的已設定順序的逆變器在上述占空比下被關閉的步驟。
[0013]并且，本實施例的還有一實施方式提供脈沖寬度調(diào)制信號的生成方法，用于由混合型開關放大器控制N -1個逆變器及M個逆變器的工作，上述脈沖寬度調(diào)制信號的生成方法的特征在于，包括:根據(jù)輸入信號及上述輸入信號相關放大信號的反饋控制結果，分別計算在每個切換周期的開始點需要補充開啟或關閉的上述N—I個逆變器及上述M個逆變器的數(shù)量的步驟；通過上述分別計算步驟，生成上述脈沖寬度調(diào)制信號，以在上述N — I個逆變器及上述M個逆變器中存在至少一個以上需要補充開啟的逆變器的情況下，開啟分別已設定于上述N — I個逆變器及上述M個逆變器的相應順序的逆變器的步驟；通過上述分別計算步驟，生成上述脈沖寬度調(diào)制信號，以在上述N — I個逆變器及上述M個逆變器中需要關閉至少一個以上的處于開啟狀態(tài)的逆變器的情況下，關閉分別已設定于上述N — I個逆變器及上述M個逆變器的相應順序的逆變器的步驟；以及通過上述分別計算步驟，生成上述脈沖寬度調(diào)制信號，以在上述N — I個逆變器及上述M個逆變器中需要按照占空比關閉至少一個以上的處于開啟狀態(tài)的逆變器的情況下，分別已設定于上述N — I個逆變器及上述M個逆變器的相應順序的逆變器在上述占空比下被關閉的步驟。
[0014](三)有益效果
[0015]本實施例具有如下效果:利用容錯型開關放大器來進行控制，使得即使一個或一個以上的逆變器發(fā)生故障，也能夠由剩余逆變器實現(xiàn)正常工作，從而提高開關放大器的可靠性，上述容錯型開關放大器采用以絕緣電源進行驅(qū)動的多個逆變器串聯(lián)的方式，并在各逆變器的輸出端補充連接有根據(jù)逆變器的正常工作與否來短路或被開放的開關。
[0016]并且，本實施例還具有如下效果:利用混合型開關放大器，生成高效率、低噪音的放大信號，并使伴隨開關元件的工作的導通損耗及開關損耗最小化，從而高效率地放大信號，上述混合型開關放大器組合有由高耐壓低速開關元件構成的逆變器及由低耐壓高速開關元件構成的逆變器。
【附圖說明】
[0017]圖1為概要表示本實施例容錯型開關放大器的結構圖。
[0018]圖2為概要表示本實施例混合型開關放大器的結構圖。
[0019]圖3為表示由本實施例容錯型開關放大器根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制N個逆變器的工作的過程的示例圖。
[0020]圖4為表示由本實施例混合型開關放大器根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制N — I個逆變器及M個逆變器的工作的過程的示例圖。
[0021]圖5為用于說明由本實施例容錯型開關放大器控制N個逆變器的工作的脈沖寬度調(diào)制信號的生成方法的流程圖。
[0022]圖6為用于說明由本實施例混合型開關放大器控制N -1個逆變器及M個逆變器工作的脈沖寬度調(diào)制信號的生成方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面，將參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0024]在向各附圖中的結構要素賦予附圖標記時，應注意相同的結構要素即使表示于不同的附圖中，也盡可能采用相同的附圖標記。并且，在說明本發(fā)明的過程中，若判斷為相關公知構成或功能有關具體說明有可能混淆本發(fā)明的要旨，則省略其詳細說明。
[0025]并且，在對本發(fā)明的結構要素進行說明的過程中可使用第一、第二、A、B、(a)、(b)等術語。這種術語僅僅用于一個結構要素區(qū)別于另一個結構要素，該結構要素的本質(zhì)或次序或順序等不受該術語的限制。在記載為一結構要素與另一結構要素“相連接”、“相結合”或“相接”的情況下，其一結構要素可直接與其另一結構要素相連接或相接，但也應理解在各結構要素之間能夠“連接有”、“結合有”或“相接有”再一結構要素。
[0026]開關放大器由包括多個開關元件的逆變器構成。開關放大器根據(jù)向多個開關元件輸入的脈沖寬度調(diào)制信號，控制多個開關元件的開啟(On)或關閉(Off)，來切換被施加的直流電壓，從而生成輸入信號被放大的放大信號。根據(jù)本實施例容錯型開關放大器100，即使構成開關放大器的一個或一個以上的逆變器發(fā)生故障，剩余逆變器可實現(xiàn)正常工作，從而可增加開關放大器的可靠性。并且，本實施例混合型開關放大器200既可以實現(xiàn)高效率、低噪音的放大信號，又可以使伴隨開關元件的工作的導通損耗及開關損耗最小化，從而增加信號放大的效率性。
[0027]圖1為概要表示本實施例容錯型開關放大器100的結構圖。
[0028]如圖1所示，本實施例容錯型開關放大器100包括:逆變器部110，包括N個逆變器(第一逆變器112至第N逆變器118);控制部120，包括N個開關(第一開關122至第N開關124);低通濾波器130以及負載140。
[0029]本實施例容錯型開關放大器100通過包含由耐壓低、切換速度快的多個開關元件構成的N個逆變器112、118，能夠使在放大輸入信號的過程中伴隨開關元件的工作的開關損耗最小化。并且，在容錯型開關放大器100中，由N個逆變器112、118串聯(lián)，能夠使開關元件的耐壓及切換電壓減小，由此，可使放大信號的噪音減小。并且，容錯型開關放大器100還包括在串聯(lián)的各逆變器的輸出端根據(jù)逆變器的正常工作與否來短路或被開放的N個開關122、124。由此，容錯型開關放大器100進行控制，使得即使N個逆變器112、118中的一個或一個以上的逆變器發(fā)生故障，剩余逆變器能夠正常工作。
[0030]另一方面，本實施例容錯型開關放大器100還可包括脈沖寬度調(diào)制控制部105。脈沖寬度調(diào)制控制部105接收輸入信號，并根據(jù)輸入信號的反饋控制結果來生成用于決定