一种基于MOS管的单电源供电的功放电路的制作方法

本发明涉及功放电路领域，特别涉及一种基于mos管的单电源供电的功放电路。

背景技术：

目前，普通ab类功放电路中，最常用的功率管是电流型的功率三极管，一般是npn和pnp配对使用，采用+/-双电源供电，对于一些要求直流供电的应用场合(比如消防应急广播功放等)，一种是内置dc/dc的变换电路，把直流单电源转换成双电源，直流供电效率低，线路复杂，可靠性不高；另一种外接dc/ac逆变器，把直流变成交流电后对功放供电，但安装不便，成本高。

为解决上述缺点，现有技术提出采用耦合驱动变压器输出正负半周交替工作的驱动信号到功率三极管，由功率三极管再驱动单电源供电的推挽输出变压器进行功率放大，因受耦合驱动变压器驱动能力以及功率晶体管的最大电流的限制，无法做到低直流电压供电且要求大功率输出，而且结构复杂，成本也高，现有的推挽式电源电路中使用的功率mos管都是工作在开关模式，无法直接把电路移植到模拟音频放大电路中来。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于mos管的单电源供电的功放电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于mos管的单电源供电的功放电路，包括功率放大电路和中间放大器，所述功率放大电路与中间放大器电性连接；

功率放大电路包括正半周功率放大电路，负半周功率放大电路和阻抗匹配输出变压器，采用特性相同的功率mos管单管或多管并联组成乙类单电源变压器耦合推挽功率模拟线性放大电路，每个mos功率管均带有过流检测电路，采用多管并联扩流的方式扩大输出功率，正负半周二组功率管vt-ai和vt-bi交替工作，采用带中心抽头的推挽输入功率匹配输出变压器，把输出音频信号耦合到负载扬声器上，输出级带有一组或多组匹配不同扬声器阻抗的绕组；

中间放大器包括输出反馈检测电路、比例积分微分电路、正半周平衡和交越失真校正电路、负半周平衡和交越失真校正电路、带保护正半周电压跟随电路、带保护负半周电压跟随电路，辅助开机延时电路和辅助电源电路，功率放大器的输出信号经输出反馈检测电路得到同功率放大器输出幅度大小成正比的反馈信号，反馈信号和输入信号经比例积分微分电路对输入音频信号进行压缩和整形，输出符合电压型mos管线性放大要求的稳定可靠的正负半周交替工作的驱动信号；

优选的，所述正半周功率放大电路和负半周功率放大电路分别包括电阻r5-ai、r4-ai、功率mos管vt-ai、电阻r5-bi、r4-bi、功率mos管vt-bi、抗干扰rc滤波电路ra1、ca1、ra2、ca2、rb1、cb1、rb2、cb2和过流检测电路，采用电压型的mos管以单管或多管并联的方式分别对正负半周的驱动信号进行功率放大，以匹配不用输出功率的要求，每个mos功率管均带有过流检测电路；

过流检测电路包括三极管q-ai、取样分压电阻r1-ai、r2-ai、负载检测电阻rcs-ai、三极管q-bi、取样分压电阻r1-bi、r2-bi和负载检测电阻rcs-bi，当流过每个mos管源极s的电流到设定值后，q-ai或q-bi导通，正负半周门极驱动信号经隔离二极管da、db、三极管q-ai或q-bi对地导通，使门极驱动信号小于mos管的门极开启电压。

优选的，所述经比例积分微分电路对输入音频信号进行压缩和整形后的驱动信号分二路：一路经同向比例运算放大器u5对驱动信号进行正半周平衡和交越失真校正，再经带保护正半周电压跟随电路输出正半周驱动信号到后级；另一路反相后，经同向比例运算放大器u8对驱动信号进行负半周平衡和交越失真校正，再经带保护负半周电压跟随电路输出负半周驱动信号到后级。

优选的，所述比例积分微分电路中的反馈信号和输入信号经过此比例积分微分电路对输入信号进行压缩和整形后，输出符合电压型mos管要求的稳定可靠的正负半周交替工作的驱动信号，使mos管工作在线性放大区；

中间放大器中的正半周平衡和交越失真校正电路、负半周平衡和交越失真校正电路中的电位器rw2和rw3的调节步骤如下：

调节交越失真调节电位器rw2，使运放u5和u8的直流偏置电平匹配正负半周二组mos管的门极开启电压，正负半周门极驱动信号使mos管工作在线性区，推挽功率放大器的交越失真减小；

同时通过同交越失真校正电位器rw2低压侧端相连的二极管d11、d12、d13与d14和负载检测取样电阻r3-ai、rcs-ai、r3-bi与rcs-bi对负载大小进行检测，使mos管的门极驱动信号的直流偏置电压跟随负载的变化，使正负半周二组mos管在全负载范围内工作在线性放大；

调节正负半周平衡电位器rw3，改变u5和u8的直流偏置电平，对正负半周二组mos管的门极开启电压的误差进行补偿，使正负半周二组mos管的线性工作区保持一致；

中间放大器中带保护正半周电压跟随电路中正半周门极驱动信号经电阻r40输出和带保护负半周电压跟随电路中负半周门极驱动信号经电阻r45输出，ra、ca和rb、cb分别对正负半周mos管的门极驱动信号进行补偿，消除mos管因结电容存在而引起的自激振荡，稳压二极管za和zb分别对正负二组mos管驱动门极最高电压进行限制，r40和r45为门极驱动限流电阻，保护u6和u9；

优选的，所述带保护正半周电压跟随电路和带保护负半周电压跟随电路还与辅助开机延时电路电性连接，利用上电复位电容c25的电压不能突变，电源经电阻r46、r47和三极管q4的be极对c25充电，三极管q4对地导通，正负半周门极驱动信号经隔离二极管da、db和q4对地导通，正负半周二组mos管关断，当c25电充满后，三极管q4截止，q4集电极电压变高，开机延时结束；

优选的，所述中间放大器还与辅助电源电路电性连接，包括三端稳压集成电路和运放的电压跟随电路，中间放大器中各单元电路的供电由辅助电源电路提供，三端稳压集成电路为中间放大器提供电源vc，基准电压vc/2由一个运放的电压跟随电路产生。

优选的，所述过流检测电路还与附加自动重启过载保护电路电性连接，包括555时基电路u12、电阻、电容、二极管和三极管，利用555时基单稳态振荡电路，当检测到过流后，每隔几秒钟自动重启，在过流消失后，进入正常功率放大状态。

优选的，所述中间放大器还与附加音频信号幅度限制电路电性连接，它由增益控制电路u2和信号幅度检测电路u1组成，通过控制线性场效应管q1的门极电压来实现增益控制，信号幅度检测电路通过调节rw1改变运放u1的增益来设定增益控制的动作点。

本发明的技术效果和优点：

本发明对输送到功率mos管门极的驱动信号进行特别的处理，使用特性相同的低压大电流的mos管代替传统的晶体三极管，让功率mos管在全负载范围内工作在线性放大状态，充分利用mos管对驱动信号的驱动能力要求低的特性，并联使用非常方便，可制作大功率，且结构简单，体积小，成本低，可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施一原理图。

图2为本发明实施二原理图。

图3为本发明图1和2中阻抗匹配输出变压器电路图。

图4为本发明图1和2中正半周功率放大电路的电路图。

图5为本发明图1和2中负半周功率放大电路的电路图。

图6为本发明图1和2中正/负半周平衡和交越失真校正电路、带保护正/负半周电压跟随电路和辅助开机延时电路之间的电路图。

图7为本发明图1和2中比例积分微分电路、输出反馈检测电路和辅助电源电路之间的电路图。

图8为本发明图2中的音频信号幅度限制电路的电路图。

图9为本发明图2中的自动重启过载保护电路的电路图。

图中：01、比例积分微分电路；02a、正半周平衡和交越失真校正电路；02b、负半周平衡和交越失真校正电路；03a、带保护正半周电压跟随电路；03b、带保护负半周电压跟随电路；04、辅助开机延时电路；05、附加的自动重启过载保护电路；06、输出反馈检测电路；07、附加的音频信号幅度限制电路；08、辅助电源电路；09a、正半周功率放大电路；09b、负半周功率放大电路；10、阻抗匹配输出变压器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-9所示的一种基于mos管的单电源供电的功放电路，包括功率放大电路和中间放大器，具体操作步骤如下：

s1：功率放大电路为功率器件为mos管的变压器耦合推挽功率模拟线性放大器，功率放大电路包括正半周功率放大电路09a，负半周功率放大电路09b和阻抗匹配输出变压器10，采用特性相同的功率mos管单管或多管并联组成乙类单电源变压器耦合推挽功率模拟线性放大电路，每个mos功率管均带有过流检测电路，采用多管并联扩流的方式扩大输出功率，正负半周二组功率管vt-ai和vt-bi（正负半周各一个mos管时i=1，正负半周各n个mos管并联时i=1~n）交替工作，采用带中心抽头的推挽输入功率匹配输出变压器，把输出音频信号耦合到负载扬声器上，变压器中心抽头的目的是保证电路对称和起到信号倒相作用，输出级带有一组或多组匹配不同扬声器阻抗的绕组；

1a：正半周功率放大电路09a和负半周功率放大电路09b分别包括电阻r5-ai、r4-ai、功率mos管vt-ai、电阻r5-bi、r4-bi、功率mos管vt-bi、抗干扰rc滤波电路ra1、ca1、ra2、ca2、rb1、cb1、rb2、cb2和过流检测电路，采用电压型的mos管以单管或多管并联的方式分别对正负半周的驱动信号进行功率放大，以匹配不用输出功率的要求，每个mos功率管均带有过流检测电路；

1b：过流检测电路包括三极管q-ai、取样分压电阻r1-ai、r2-ai、负载检测电阻rcs-ai、三极管q-bi、取样分压电阻r1-bi、r2-bi和负载检测电阻rcs-bi，其中正半周n个mos管（vt-a1、vt-a2、vt-ai...vt-an）的漏极d相连接到阻抗匹配输出变压器10的输入绕组的同向端，负半周n个mos管（vt-b1、vt-b2、vt-bi...vt-bn）的漏极d相连接到阻抗匹配输出变压器10的输入绕组的反向端，阻抗匹配输出变压器10的输入绕组的中心抽头接总电源vcc，每个功率mos管的源极s经负载检测电阻rcs-ai和rcs-bi接地，当流过每个mos管源极s的电流到设定值后，q-ai或q-bi导通，正负半周门极驱动信号经隔离二极管da、db、三极管q-ai或q-bi对地导通，使门极驱动信号小于mos管的门极开启电压，而关闭正负半周功率mos管vt-ai和vt-bi，保护mos管不因过流或过功率而损坏；

s2：中间放大器包括输出反馈检测电路06、比例积分微分电路01、正半周平衡和交越失真校正电路02a、负半周平衡和交越失真校正电路02b、带保护正半周电压跟随电路03a、带保护负半周电压跟随电路03b、辅助电源电路08和辅助开机延时电路04，以及如图2附加的自动重启过载保护电路05和音频信号幅度限制电路07；

功率放大器的输出信号经输出反馈检测电路06得到同功率放大器输出幅度大小成正比的反馈信号，反馈信号和输入信号经比例积分微分电路01对输入音频信号进行压缩和整形，输出符合电压型mos管线性放大要求的稳定可靠的正负半周交替工作的驱动信号，并分为二路：

一路经同向比例运算放大器u5对驱动信号进行正半周平衡和交越失真校正，再经带保护正半周电压跟随电路03a输出正半周驱动信号到后级；

另一路反相后，经同向比例运算放大器u8对驱动信号进行负半周平衡和交越失真校正，再经带保护负半周电压跟随电路03b输出负半周驱动信号到后级；

2a：比例积分微分电路01,包括c14、c15、c16、c17、电阻r23、r24、r25、r26、r27、r28和运放u4，电容c14的一端同输入信号相连，c14另一端与电阻r28的一端一起同运放u4的同向输入端相连，r28的另一端同vc/2基准电压相连，反馈信号同电阻r23的一端和电容c15的一端相连，c15的另一端同电阻r24的一端相连，r24的另一端和r23的另一端、电阻r25的一端、电阻r27的一端、电容c16的一端与运放u4的反向输入端相连接，r25的另一端和电阻r26的一端与电容c17的一端正脚相连，c17的另一端负脚接地，r26的另一端、c16的另一端、r27的另一端一起同运放u4的输出端相连接，反馈信号和输入信号经过此比例积分微分电路对输入信号进行压缩和整形后，输出符合电压型mos管要求的稳定可靠的正负半周交替工作的驱动信号，使mos管工作在线性放大区；

2b：中间放大器中的正半周平衡和交越失真校正电路02a、负半周平衡和交越失真校正电路02b,分别包括u5、u7、u8、r29、r30、r31、r32、r33、r34、r35、r36、r37、r38、r39、rw2、rw3、d11、d12、d13、d14、c18、r3-ai、rcs-ai、r3-bi和rcs-bi，其中正半周校正电路中的电阻r37一端和vc/2基准电压相连，r37另一端同电阻r38的一端和运放u5的反向输入端相连，r38的另一端同运放u5的输出端连接，正半周门极驱动信号经电阻r35一端输入，r35的另一端同电阻r36的一端和运放u5的同向输入端相连，r36的另一端同正负半周平衡电位器rw3的一端相连，平衡电位器rw3的中心脚同电容c18的正端和交越失真校正电位器rw2的中心脚相连，电容c18的负端接地，正负半周平衡电位器rw3的另一端同负半周校正电路的电阻r32的一端相连；

负半周门极驱动信号经电阻r29一端输入，r29的另一端同电阻r30的一端和运放u7的反向输入端相连，u7的同向输入端接vc/2基准电压，r30的另一端同运放u7的输出端连接，运放u7的输出端经电阻r31和r32的另一端和运放u8的同向输入端相连，负半周校正电路中的电阻r39一端和vc/2基准电压相连，r39另一端同电阻r34的一端和运放u8的反向输入端相连，r34的另一端同运放u8的输出端连接，交越失真校正电位器rw2的一端经电阻r33同电源vc相连，rw2的另一端同二极管d11的一端连接，d11的另一端和d12的一端相连，d12的另一端同d13的一端相连，d13的另一端同d14的一端、r3-ai的一端和r3-bi的一端相连，d14的另一端接地，r3-ai的另一端、r3-bi的另一端分别和mos管vt-ai和vt-bi的源极s脚相连后，经负载检测电阻rcs-ai和rcs-bi接地，电位器rw2和rw3的调节步骤如下：

2b1：调节交越失真调节电位器rw2，使运放u5和u8的直流偏置电平匹配正负半周二组mos管的门极开启电压，正负半周门极驱动信号使mos管工作在线性区，减小推挽功率放大器的交越失真；

2b2：同时通过同交越失真校正电位器rw2低压侧端相连的二极管d11、d12、d13与d14和负载检测取样电阻r3-ai、rcs-ai、r3-bi与rcs-bi对负载大小进行检测，使mos管的门极驱动信号的直流偏置电压跟随负载的变化，保证正负半周二组mos管在全负载范围内工作在线性放大；

2b3：调节正负半周平衡电位器rw3，改变u5和u8的直流偏置电平，对正负半周二组mos管的门极开启电压的误差进行补偿，使正负半周二组mos管的线性工作区保持一致；

2c：中间放大器中带保护正半周电压跟随电路03a和带保护负半周电压跟随电路03b,包括电阻ra与r40、电容ca、稳压管za、运放u6、电阻rb与r45、电容cb、稳压管zb和运放u9，其中正半周电压跟随电路中的电容ca的一端接正半周mos管组的漏极d，ca的另一端同稳压管za的一端、正半周驱动信号输入电阻ra的一端、关机隔离二极管da的一端和运放u6的同向输入端相连，za的另一端接地，u6的反向输入端和输出端相连，正半周门极驱动信号经电阻r40输出，其中负半周电压跟随电路中的电容cb的一端接负半周mos管组的漏极d，cb的另一端同稳压管zb的一端、负半周驱动信号输入电阻rb的一端、关机隔离二极管db的一端和运放u9的同向输入端相连，zb的另一端接地，u9的反向输入端和输出端相连，负半周门极驱动信号经电阻r45输出，ra、ca和rb、cb的作用是分别对正负半周mos管的门极驱动信号进行补偿，消除mos管因结电容存在而引起的自激振荡，稳压二极管za和zb分别对正负二组mos管驱动门极最高电压进行限制，以保护mos管不因过功率而损坏，r40和r45为门极驱动限流电阻，保护u6和u9；

2d：辅助开机延时电路04包括c25、r46、r47、r48、d15和q4，当功放电路上电时，利用上电复位电容c25的电压不能突变，电源经电阻r46、r47和三极管q4的be极对c25充电，三极管q4对地导通，正负半周门极驱动信号经隔离二极管da、db和q4对地导通，正负半周二组mos管关断，当c25电充满后，三极管q4截止，q4集电极电压变高，开机延时结束；

2e：辅助电源电路08包括三端稳压集成电路和运放的电压跟随电路，中间放大器各单元电路的供电由辅助电源电路提供，三端稳压集成电路为中间放大器提供电源vc，基准电压vc/2由一个运放的电压跟随电路产生；

2f:参见步骤s2，中间放大器中附加的音频信号幅度限制电路07,它由增益控制电路u2和信号幅度检测电路u1组成，增益控制电路由电阻r1、r2、r3、r4、r5、r16、电容c1、c2、c3、运放u2和线性场效应管q1组成，通过控制线性场效应管q1的门极电压来实现增益控制；信号幅度检测电路由电阻r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、电容c5、c6、c7、c8、二极管d1、d2、d3、d4、d5、三极管q2、q3、电位器rw1和运放u1组成，通过调节rw1改变运放u1的增益来设定增益控制的动作点；

2g:参见步骤s2，中间放大器中附加的自动重启过载保护电路05,包括555时基电路u12、电阻、电容、二极管和三极管，利用555时基单稳态振荡电路，当检测到过流时，vc经q5和r51对电容c24充电，u12的6脚变高，在当上升到2/3vc时，u12的输出脚3输出低电平，u12的7脚对地导通，继续保持对正负半周二组功率mos管vt-ai和vt-bi的关断，因u12的输出脚3为低电平，c22经r53对3脚放电，同时c24也经r54和d10对3脚快速放电，使u12的6脚并小于2/3vc，当c22上的电平放电到小于1/3vc时，u12的输出脚3输出高电平，u12的7脚对地开路，停止正负半周二组功率mos管vt-ai和vt-bi的关断，此时当过载已移除，正负半周二组功率mos管vt-ai和vt-bi进入正常工作模式，要是过载还存在，就重复开始对电容c24和c22充放电，当检测到过流后，每隔几秒钟自动重启，在过流消失后，进入正常功率放大状态。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。