一种浮动电源装置的制作方法

1.本技术涉及电子电器技术领域，具体而言，涉及一种浮动电源装置。


背景技术：

2.目前，音频放大电路是多媒体产品的重要组件之一，广泛应用于消费类电子领域。线性音频功放因失真小、音质好，在传统的音频放大器市场上一直占主导地位。近年来，随着mp3、pda、手机、笔记本电脑等便携式多媒体设备的普及，线性功放的效率和体积已不能满足市场的要求，而d类功放以效率高、体积小等优点越来越受到人们的青睐。因此，高性能的d类功放具有十分重要的应用价值及市场前景。
3.现有技术中，常规的音频放大电路，供电电压上限取决于放大电路本身甚至是电路中某些集成电路的工作电压上限。这一上限会限制放大电路的最大输出电压，进而使得电路在驱动高阻抗负载的时候不能输出更大的功率。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种浮动电源装置，在不改变芯片或放大电路本身的电源电压范围前提下，将固定的供电电压值改为浮动电压值，实现提升输出功率的技术效果。
5.本技术实施例提供了一种浮动电源装置，包括分压电路、放大器电路、第一电压跟随器电路和第二电压跟随器电路；
6.所述分压电路包括多个分压电阻，所述多个分压电阻依次串联在所述分压电路的电源正极端、电源负极端之间，所述分压电路设置有第一分压点、第二分压点和第三分压点；
7.所述放大器电路的输入端连接音频信号源，所述放大器电路的输出端连接所述第三分压点；
8.所述第一电压跟随器电路的输入端连接所述第一分压点，所述第一电压跟随器电路的输出端连接所述放大器电路的电源正极端；
9.所述第二电压跟随器电路的输入端连接所述第二分压点，所述第二电压跟随器电路的输出端连接所述放大器电路的电源负极端。
10.在上述实现过程中，根据音频信号源的输入，放大器电路的输出端将输出不同的电压，由于放大器电路的输出端连接第三分压点，此时分压电路上各个分压电阻的分压情况会发生改变，各个分压点上的分压电压随之改变，第一电压跟随器电路和第二电压跟随器电路上输出的电压同样随之改变；同时，第一电压跟随器电路和第二电压跟随器电路上输出的电压成为浮动电压，该浮动电压作为放大器电路的供电电压，由于供电的浮动，放大器电路的输出端可以提高输出电压上限；从而，该浮动电源装置在不改变芯片或放大电路本身的电源电压范围前提下，将固定的供电电压值改为浮动电压值，实现提升输出功率的技术效果。
11.进一步地，所述分压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻，所述第一分压电阻、所述第二分压电阻、所述第三分压电阻、所述第四分压电阻依次串联，所述第一分压电阻连接所述分压电路的电源正极端，所述第四分压电阻连接所述分压电路的电源负极端。
12.在上述实现过程中，第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻可以是不同阻值的电阻。
13.进一步地，所述分压电路还包括第一发光二极管和第二发光二极管，所述第一发光二极管、所述第二发光二极管串联在所述第二分压电阻和所述第三分压电阻之间。
14.在上述实现过程中，第一发光二极管和第二发光二极管可以起到分压作用和提示作用。
15.进一步地，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间的连接端设置所述第一分压点，所述第三分压电阻和所述第四分压电阻之间的连接端设置所述第二分压点，所述第一发光二极管和所述第二发光二极管之间的连接端设置第三分压点。
16.进一步地，所述第一电压跟随器电路包括第一三极管和第二三极管；
17.所述第一三极管的基极连接所述第一分压点，所述第一三极管的集电极连接所述第二三极管的基极，所述第一三极管的发射极连接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管的发射极连接所述分压电路的电源正极端，所述第二三极管的集电极设置为所述第一电压跟随器电路的输出端。
18.进一步地，所述第二电压跟随器电路包括第三三极管和第四三极管；
19.所述第三三极管的基极连接所述第二分压点，所述第三三极管的集电极连接所述第四三极管的基极，所述第三三极管的发射极连接所述第四三极管的集电极，所述第四三极管的发射极连接所述分压电路的电源负极端，所述第四三极管的集电极设置为所述第二电压跟随器电路的输出端；
20.所述第一三极管的发射极和所述第三三极管的发射极之间通过电容连接。
21.进一步地，所述第一电压跟随器电路还包括第一补偿电容，所述第一补偿电容分别连接所述第一分压点、所述第一三极管的集电极；
22.所述第二电压跟随器电路还包括第二补偿电容，所述第二补偿电容分别连接所述第二分压点、所述第三三极管的集电极。
23.进一步地，所述第一电压跟随器电路还包括第一电压跟随电阻，所述第一电压跟随电阻分别连接所述分压电路的电源正极端、所述第一三极管的集电极；
24.所述第二电压跟随器电路还包括第二电压跟随电阻，所述第二电压跟随电阻分别连接所述分压电路的电源负极端、所述第三三极管的集电极。
25.在上述实现过程中，第一电压跟随电阻用于控制第一电压跟随器电路的跟随速度，根据使用情况可设置为无穷大甚至断开；同理，第二电压跟随电阻用于控制第二电压跟随器电路的跟随速度，根据使用情况可设置为无穷大甚至断开。
26.进一步地，所述第一电压跟随器电路还包括压差电阻，所述压差电阻分别连接所述第二三极管的集电极、所述第四三极管的集电极。
27.在上述实现过程中，压差电阻用于确保第一电压跟随器电路的输出端和第二电压跟随器电路的输出端之间的压差，在电路有负载的情况下，压差电阻可以删除。
28.进一步地，所述放大器电路包括第一放大器和第二放大器；
29.所述第一放大器的同相输入端连接所述音频信号源，所述第一放大器的反相输入端通过电阻接地，所述第一放大器的输出端连接所述第二放大器的同相输入端，所述第一放大器的电源端连接恒定电压；
30.所述第二放大器的反相输入端通过电阻接地，所述第二放大器的输出端连接所述第三分压点，所述第二放大器的电源端分别连接所述第一电压跟随器电路的输出端、所述第二电压跟随器电路的输出端。
31.在上述实现过程中，第一放大器和第二放大器组成一个音频放大器，根据实际使用情况可以是其他构造。
32.本技术公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术公开的上述技术即可得知。
33.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
35.图1为本技术实施例提供的浮动电源装置的结构框图；
36.图2为本技术实施例提供的浮动电源装置的电路示意图。
37.图标：100-分压电路；200-放大器电路；300-第一电压跟随器电路；400-第二电压跟随器电路；500-音频信号源。
具体实施方式
38.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.本技术实施例提供了一种浮动电源装置，可以应用于音频放大器中；该浮动电源装置中，根据音频信号源的输入，放大器电路的输出端将输出不同的电压，由于放大器电路的输出端连接第三分压点，此时分压电路上各个分压电阻的分压情况会发生改变，各个分压点上的分压电压随之改变，第一电压跟随器电路和第二电压跟随器电路上输出的电压同样随之改变；同时，第一电压跟随器电路和第二电压跟随器电路上输出的电压成为浮动电压，该浮动电压作为放大器电路的供电电压，由于供电的浮动，放大器电路的输出端可以提高输出电压上限；从而，该浮动电源装置在不改变芯片或放大电路本身的电源电压范围前提下，将固定的供电电压值改为浮动电压值，实现提升输出功率的技术效果。
41.请参见图1，图1为本技术实施例提供的浮动电源装置的结构框图，该浮动电源装置包括分压电路100、放大器电路200、第一电压跟随器电路300和第二电压跟随器电路400，
此外的附图标记：音频信号源500。
42.示例性地，分压电路100包括多个分压电阻，多个分压电阻依次串联在分压电路100的电源正极端、电源负极端之间，分压电路100设置有第一分压点、第二分压点和第三分压点。
43.示例性地，分压电路100的多个分压点设置在分压电阻之间，根据不同的分压点上可以获得不同的分压电压。
44.示例性地，放大器电路200的输入端连接音频信号源500，放大器电路200的输出端连接第三分压点。
45.示例性地，音频信号(audio signals)是表示机械波的信号，是机械波的波长、强度变化的信息载体。根据机械波的特征，可把为规则信号和不规则信号。其中规则信号又可以分为音乐等。规则信号是一种连续变化的模拟信号，可用一条连续的曲线来表示。音频信号的目的是为了表示机械波，其强弱体现在机械波的强度上，感觉的音调体现在机械波的波长上。机械波表示时，信号在时间和幅度上都是连续的模拟信号。
46.示例性地，放大器电路200可以对音频信号源500进行放大。
47.示例性地，第一电压跟随器电路300的输入端连接第一分压点，第一电压跟随器电路300的输出端连接放大器电路200的电源正极端。
48.示例性地，第二电压跟随器电路400的输入端连接第二分压点，第二电压跟随器电路400的输出端连接放大器电路200的电源负极端。
49.示例性地，第一电压跟随器电路300、第二电压跟随器电路400分别连接放大器电路200的电源正极端、电源负极端；由于放大器电路200的输出端的输出电压随音频信号源500的变化而变化，进而分压电路的各个分压点随之变化，第一电压跟随器电路300、第二电压跟随器电路400的输出电压随之变化；因而，放大器电路200的供电电压是一个浮动电压，由于供电的浮动，放大器电路200的输出端可以提高输出电压上限。
50.示例性地，电压跟随器是一个共集电极电路，又称为射极输出器，其电压增益为一，具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。
51.在一些实施方式中，该浮动电源装置中，根据音频信号源500的输入，放大器电路200的输出端将输出不同的电压，由于放大器电路200的输出端连接分压电路100的第三分压点，此时分压电路100上各个分压电阻的分压情况会发生改变，各个分压点上的分压电压随之改变，第一电压跟随器电路300和第二电压跟随器电路400上输出的电压同样随之改变；同时，第一电压跟随器电路300和第二电压跟随器电路400上输出的电压成为浮动电压，该浮动电压作为放大器电路的供电电压，由于供电的浮动，放大器电路200的输出端可以提高输出电压上限；从而，该浮动电源装置在不改变芯片或放大电路本身的电源电压范围前提下，将固定的供电电压值改为浮动电压值，实现提升输出功率的技术效果。
52.例如，放大器电路200的输出端从0v到 15v输出的变化过程中，分压电路100上各个分压电阻的分压情况会发生改变，分压点上的分压电压随之改变，第一电压跟随器电路300的输入端由 15v变成 30v，而第二电压跟随器电路400的输入端由-15v变成0v。因此经过本浮动电源装置处理之后，放大器电路200的电源正极端v 由 15v变成 30v、放大器电路200的电源负极端v-由-15v变成0v，v 至v-的压差依然是放大器电路200的承受上限30v，但是放大器电路200的输出端的电压由于供电的浮动，输出上限由 15v提升至 30v。同样道
理，放大器电路200的输出端由0v到-15v过程中，v 会由 15v变为0v，v-会由-15v变为-30v。
53.该浮动电源装置当放大器在out点输出从0v到 15v的过程中，r11-r19-led1-led2-r20-r12的分压情况会发生改变，t5的基极由 15v变成 30v，而t6的基极由-15v变成0v。因此经过本电路处理之后，v 由 15v变成 30v、v-由-15v变成0v。v 至v-的压差依然是u2承受上限30v，但是电压点out的电压由于u2供电的浮动，输出上限由 15v提升至 30v。同样道理，电压点out由0v到-15v过程中，v 会由 15v变为0v，v-会由-15v变为-30v。
54.请参见图2，图2为本技术实施例提供的浮动电源装置的电路示意图。
55.示例性地，分压电路100包括第一分压电阻r11、第二分压电阻r19、第三分压电阻r20和第四分压电阻r12，第一分压电阻r11、第二分压电阻r19、第三分压电阻r20、第四分压电阻r12依次串联，第一分压电阻r11连接分压电路100的电源正极端 hv，第四分压电阻r12连接分压电路100的电源负极端-hv。
56.示例性地，第一分压电阻r11、第二分压电阻r19、第三分压电阻r20和第四分压电阻r12可以是不同阻值的电阻， hv和-hv中h为预设数值，例如可设h＝30。
57.示例性地，分压电路100还包括第一发光二极管led1和第二发光二极管led2，第一发光二极管led1、第二发光二极管led2串联在第二分压电阻r19和第三分压电阻r20之间。
58.示例性地，第一发光二极管led1和第二发光二极管led2可以起到分压作用和提示作用。
59.示例性地，发光二极管英文名为light-emitting diode，简称为led。由含镓(ga)、砷(as)、磷(p)、氮(n)等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管oled和无机发光二极管led。
60.在一些实施方式中，根据阻值的调配，经过第一分压电阻r11、第二分压电阻r19、第一发光二极管led1、第二发光二极管led2、第三分压电阻r20和第四分压电阻r12的分压过后，第一分压电阻r11、第二分压电阻r19之间的电压约为 hv的二分之一，即 15v；第三分压电阻r20和第四分压电阻r12之间的电压约为-hv的二分之一，即-15v。
61.示例性地，第一分压电阻r11和第二分压电阻r19之间的连接端设置第一分压点，第三分压电阻r20和第四分压电阻r12之间的连接端设置第二分压点，第一发光二极管led1和第二发光二极管led2之间的连接端设置第三分压点。
62.示例性地，第一电压跟随器电路300包括第一三极管t5和第二三极管t4；其中，第一三极管t5的基极连接第一分压点，第一三极管t5的集电极连接第二三极管t4的基极，第一三极管t5的发射极连接第二三极管t4的集电极，第二三极管t4的发射极连接分压电路100的电源正极端 hv，第二三极管t4的集电极设置为第一电压跟随器电路300的输出端v 。
63.示例性地，第一三极管t5的基极电压大约＝1/2( hv)即 15v，因此，第一三极管t5和第二三极管t4组成的第一电压跟随器电路300的输出端v ＝1/2( hv)＝ 15v。
64.示例性地，第二电压跟随器电路400包括第三三极管t6和第四三极管t2；其中，第三三极管t6的基极连接第二分压点，第三三极管t6的集电极连接第四三极管t2的基极，第三三极管t6的发射极连接第四三极管t2的集电极，第四三极管t2的发射极连接分压电路100的电源负极端-hv，第四三极管t2的集电极设置为第二电压跟随器电路400的输出端v-；
第一三极管t5的发射极和第三三极管t6的发射极之间通过电容c8连接。
65.示例性地，第三三极管t6的基极电压大约＝1/2(-hv)即-15v，因此，第三三极管t6和第四三极管t2组成的第二电压跟随器电路400的输出端v-＝1/2(-hv)＝-15v。
66.示例性地，第一电压跟随器电路300还包括第一补偿电容c5，第一补偿电容c5分别连接第一分压点、第一三极管t5的集电极；第二电压跟随器电路400还包括第二补偿电容c6，第二补偿电容c6分别连接第二分压点、第三三极管t6的集电极。
67.在一些实施方式中，第一补偿电容c5用于补偿第一三极管t5，第一电压跟随器电路300还包括电容c2，电容c2补偿上述补偿带来的高频衰减；同理，第二补偿电容c6用于补偿第三三极管t6，第二电压跟随器电路400还包括电容c7，电容c7补偿上述补偿带来的高频衰减。
68.示例性地，第一电压跟随器电路300还包括第一电压跟随电阻r2，第一电压跟随电阻r2分别连接分压电路100的电源正极端、第一三极管t5的集电极；第二电压跟随器电路400还包括第二电压跟随电阻r3，第二电压跟随电阻r3分别连接分压电路100的电源负极端、第三三极管t6的集电极。
69.示例性地，第一电压跟随电阻r2用于控制第一电压跟随器电路300的跟随速度，根据使用情况可设置为无穷大甚至断开；同理，第二电压跟随电阻r3用于控制第二电压跟随器电路400的跟随速度，根据使用情况可设置为无穷大甚至断开。
70.示例性地，第一电压跟随器电路300还包括压差电阻r23，压差电阻r23分别连接第二三极管t4的集电极、第四三极管t2的集电极。
71.示例性地，压差电阻r23用于确保第一电压跟随器电路300的输出端v 和第二电压跟随器电路400的输出端v-之间的压差，在电路有负载的情况下，压差电阻r23可以删除。
72.示例性地，放大器电路200包括第一放大器u3和第二放大器u2；其中，第一放大器u2的同相输入端连接音频信号源500(即vg1)，第一放大器u3的反相输入端通过电阻r1接地，第一放大器u3的输出端连接第二放大器u2的同相输入端，第一放大器u3的电源端连接恒定电压(正极为 15v，负极为-15v)；第二放大器u2的反相输入端通过电阻r8接地，第二放大器u2的输出端连接第三分压点，第二放大器u2的电源端分别连接第一电压跟随器电路300的输出端v 、第二电压跟随器电路400的输出端v-。
73.示例性地，第一放大器u3和第二放大器u2组成一个音频放大器，根据实际使用情况可以是其他构造，而不局限于图2；可选地，放大器电路200也可以是基于图2做微调，例如断开电阻r9、短路c4等。
74.需要注意的是，分压电路100、放大器电路200、第一电压跟随器电路300、第二电压跟随器电路400根据实际使用情况可以是其他构造，而不局限于图2。
75.示例性地，常规的音频放大电路，供电电压上限取决于放大电路本身甚至是电路中某些集成电路的工作电压上限。这一上限会限制放大电路的最大输出电压，进而使得电路在驱动高阻抗负载的时候不能输出更大的功率。而本技术实施例提供的浮动电源装置，在不突破放大电路本身供电电压上限的同时，使放大器电路200可以输出大约两倍的电压，大大提高了放大器电路200驱动高阻抗负载时的输出功率。
76.在一些实施方式中，第一放大器u3和第二放大器u2的最大供电电压均为
±
15v，即正负电源压差为30v。在理想状态下(不引入分压电路100、第一电压跟随器电路300、第二电
压跟随器电路400)，该放大器电路200的输出端最大输出幅值是 15v至-15v。
77.现在引入分压电路100、第一电压跟随器电路300、第二电压跟随器电路400，其中分压电路100的正极电源端、负极电源端为更高电压的 hv和-hv，分别为 30v和-30v，依次通过第一分压电阻r11、第二分压电阻r19、第一发光二极管led1、第二发光二极管led2、第三分压电阻r20、第四分压电阻r12分压之后，使得第一三极管t5的基极电压大约＝1/2( hv)即 15v、第三三极管t6基极电压大约＝1/2(-hv)即-15v。因此，第一三极管t5和第二三极管t4组成的第一电压跟随器电路300的输出端v ＝1/2( hv)＝ 15v；同理，第三三极管t6和第四三极管t2组成的第二电压跟随器电路400的输出端v-＝1/2(-hv)＝-15v。
78.示例性地，v 与v-为第二放大器u2供电，满足最大供电电压
±
15v。第一补偿电容c5用于补偿第一三极管t5，而电容c2补偿上述补偿带来的高频衰减；同理：第二补偿电容c6用于补偿第三三极管t6，而电容c7补偿上述补偿带来的高频衰减。第一电压跟随电阻r2用于控制第一电压跟随器电路300的跟随速度，根据使用情况可设置为无穷大甚至断开；同理，第二电压跟随电阻r3用于控制第二电压跟随器电路400的跟随速度，根据使用情况可设置为无穷大甚至断开。可选地，电容c9、电容c8、电容c15用于电路稳定。压差电阻r23用于确保第一电压跟随器电路300的输出端v 和第二电压跟随器电路400的输出端v-之间的压差，在电路有负载的情况下可以删除。
79.在一些实施场景中，本技术实施例提供的浮动电源装置，当放大器电路200在输出端out(第二放大器u2的输出端)的输出从0v到 15v的过程中，第一分压电阻r11、第二分压电阻r19、第一发光二极管led1、第二发光二极管led2、第三分压电阻r20、第四分压电阻r12的分压情况会发生改变，第一三极管t5的基极由 15v变成 30v，而第三三极管t6的基极由-15v变成0v。因此经过本浮动电源装置的处理之后，第一电压跟随器电路300的输出端v 由 15v变成 30v、第二电压跟随器电路400的输出端v-由-15v变成0v。v 至v-的压差依然是第二放大器u2的承受上限30v，但是输出端out的电压由于第二放大器u2供电的浮动，输出上限由 15v提升至 30v。同样道理，输出端out由0v到-15v过程中，第一电压跟随器电路300的输出端v 会由 15v变为0v，第二电压跟随器电路400的输出端v-会由-15v变为-30v。
80.因此经过本浮动电源装置的处理之后，放大器电路200的输出能力由
±
15v扩展为
±
30v，可以极大提高放大器电路200的输出功率。从而，本技术实施例提供的浮动电源装置，可以不改变芯片或放大电路本身的电源电压范围，将固定的v 与v-供电电压值改为浮动，提升输出功率；通过分压电路100的合理分压，控制第一三极管t5和第二三极管t6的基极电压；可以增加放大器电路200的输出压摆，可以大于芯片自身电压范围，实现降低共模失真的技术效果。
81.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
82.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
83.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
84.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。