一种音频功率放大器的保护电路的制作方法

1.本发明涉及电子电路领域，具体而言，涉及一种音频功率放大器的保护电路。


背景技术：

2.现有技术方案一：发明cn102201791b公开了一种集成在功率放大器芯片之中的功率保护装置。该方案通过在输出管串接电阻的方法，检测输出管上流过的电流大小，并利用输出管ce之间并接电阻，检测输出管的ce电压，从而完成对输出功率管的功率保护功能。
3.现有技术方案二：实用新型cn205509988u公开了一种功放保护电路，采用过流检测电路检测到异常的大电流信号，并通过压缩信号输出幅度，以及通过静音控制引脚使功放静音的方式实现对功放的保护。
4.上述两种方案都仅仅能在功率放大器的输出功率过大时启动保护动作，而对于电源电压过高，尤其是当电源电压存在一个大于功率管的耐压范围的浪涌冲击时，功率放大器芯片很容易被击穿。
5.现有技术方案三：发明cn110829987a公开了一种功放保护电路及电子设备。该发明引入了电压检测单元，检测电源电压是否超过功放芯片的工作范围，并在检测到超范围时，使用一个电流泄放单元将电源电压进行电流泄放处理，由此实现了对于功放芯片的保护。
6.上述方案由于采用了通过电流泄放单元来降低电源电压的处理方式，因此当电源上存在较高的浪涌电压时，需要极大的泄放电流才可能保证电源电压不超过芯片内部的最大耐压值。另外，当泄放电流较大时，过大的泄放电流冲击容易导致前端电源负载过高而产生保护动作，使得前级电源产生的连锁故障反应。
7.现有技术方案四：发明cn101083392a公开了一种直流电源浪涌抑制器，包括引入浪涌电压取样电路、电压钳位电路、过压开关电路、固态继电器和机壳。通过一个放大和取样电路来监测电源上的直流浪涌信号，并在浪涌电压大于某一个预设值后，控制固态继电器截止，从而保护后续的电路。
8.该方案采用了多个分立器件实现，因此其精度较低，成本较高，可靠性较低。另外，由于其保护动作的启动和结束均由一个放大电路控制，因此具有相似的启动和结束周期。当应用于音频控制电路时，会产生人耳难以忍受的爆破音。


技术实现要素：

9.本发明提供一种音频功率放大器的保护电路，用以解决上述现有技术存在的至少一个问题。
10.为达到上述目的，本发明提供了一种音频功率放大器的保护电路，与一音频功放电路连接，其包括：输入端、输出端、第一开关、分压电路、快速比较器、电流检测电路、温度检测电路、除抖动电路、电荷泵高压生成电路、反相器、第二开关、第一电容以及第一稳压二极管，其中：
11.所述第一开关连接在所述输入端与所述输出端之间，所述第一开关为nmos管；
12.所述输入端与一电源连接，所述电源具有一输入电压；
13.所述快速比较器连接在所述分压电路与所述除抖动电路之间，所述除抖动电路检测所述分压电路输出的电压并与一参考电压进行比较；
14.所述电流检测电路检测所述输入端和所述输出端的电流大小并与一个预设的电流范围值进行比较；
15.所述温度检测电路检测电路内部的温度并与一个预设的温度范围进行比较；
16.当所述分压电路检测到的电压、所述电流检测电路检测检测到的电流、所述温度检测电路检测到的温度三者中至少其中之一异常时，将以上检测到的电压、电流和温度经过所述除抖动电路以减小可能的错误判决后，输出一启动保护动作信号；
17.所述反相器连接在所述除抖动电路与所述第二开关之间，当收到所述启动保护动作信号时，所述反相器将所述启动保护动作信号进行缓冲放大后输出至所述第二开关，所述第二开关为nmos管，所述电荷泵高压生成电路与所述除抖动电路的输出端、所述第一开关的栅极以及所述第二开关的漏极连接，所述第一开关的栅极电压下降至地电平而断开，以切断由所述输入端输入的电压；
18.所述第一电容连接在所述第一开关的栅极与地之间，所述第一稳压二极管连接在所述第一开关的栅极与所述输出端之间；
19.当收到进入正常工作状态动作信号时，所述电荷泵高压生成电路生成一极小的电流信号，所述电流信号在所述第一电容上缓慢进行积分，使得所述第一开关的栅电压缓慢上升，所述电荷泵高压生成电路的输出电流值与所述第一电容的电容值之间具有预设的比例关系，使得所述输出端输出的电压变化频率小于人耳可见的最低音频频率20hz，以消除开机杂音。
20.在本发明的一实施例中，音频功率放大器的保护电路还包括一音频功放复位控制电路，
21.所述音频功放复位控制电路与所述除抖动电路和所述音频功放电路连接；
22.当收到启动保护动作信号时，所述音频功放复位控制电路输出一音频功放复位信号至所述音频功放电路，以将所述音频功放电路设置于复位模式，使其没有音频输出，
23.当收到结束保护动作信号时，所述电荷泵高压生成电路控制所述第一开关闭合，所述输出端的输出电压达到正常范围后，所述音频功放复位控制电路停止输出音频功放复位信号，利用所述音频功放电路自身的复位使能消除开机杂音。
24.在本发明的一实施例中，所述电荷泵高压生成电路替换为相互连接的一高压电源和一波形发生器。
25.在本发明的一实施例中，音频功率放大器的保护电路与多个音频功放电路连接，每个音频功放电路对应其中一个声道，音频功率放大器的保护电路包括一个前端电路和多个后端电路，输入端、分压电路、快速比较器、电流检测电路、温度检测电路以及除抖动电路构成前端电路，输出端、第一开关、电荷泵高压生成电路、反相器、第二开关、第一电容以及第一稳压二极管构成后端电路，每个后端电路与其中一个音频功放电路连接。
26.本发明提供的音频功率放大器的保护电路能够实时监测音频功放电路的输入电压和电流，当监测到的电压或者电流超过预设值时，启动保护动作，切断音频功放电路的电
源，从而有效的保护音频功放电路。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
28.图1为本发明第一实施例的音频功率放大器的保护电路的电路图；
29.图2为本发明第二实施例的音频功率放大器的保护电路的电路图；
30.图3为本发明第三实施例的音频功率放大器的保护电路的电路图；
31.图4为本发明提供的音频功率放大器的保护电路的工作流程图。
32.附图标记说明：1-输入端；2-输出端；3-第一开关；4-分压电路；5-快速比较器；6-电流检测电路；7-温度检测电路；8-除抖动电路；9-电荷泵高压生成电路；10-反相器；11-第二开关；12-第一电容；13-第一稳压二极管；14-音频功放复位控制电路；15-高压电源；16-波形发生器。
具体实施方式
33.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付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。
34.图1为本发明第一实施例的音频功率放大器的保护电路的电路图，如图1所示，本发明提供的音频功率放大器的保护电路与一音频功放电路连接，其包括：输入端1、输出端2、第一开关3、分压电路4、快速比较器5、电流检测电路6、温度检测电路7、除抖动电路8、电荷泵高压生成电路9、反相器10、第二开关11、第一电容12以及第一稳压二极管13，其中：
35.第一开关3连接在输入端1与输出端2之间，第一开关3为nmos管；
36.输入端1与一电源(图中未示出)连接，电源具有一输入电压；
37.快速比较器5连接在分压电路4与除抖动电路8之间，除抖动电路8检测分压电路4输出的电压并与一参考电压vref进行比较；
38.电流检测电路6检测输入端1和输出端2的电流大小并与一个预设的电流范围值进行比较；
39.温度检测电路7检测电路内部的温度并与一个预设的温度范围进行比较；
40.当分压电路4检测到的电压、电流检测电路6检测检测到的电流、温度检测电路7检测到的温度三者中至少其中之一异常时，将以上检测到的电压、电流和温度经过除抖动电路8以减小可能的错误判决后，输出一启动保护动作信号；
41.反相器10连接在除抖动电路8与第二开关11之间，当收到启动保护动作信号时，反相器10将启动保护动作信号进行缓冲放大后输出至第二开关11，第二开关11为nmos管，电荷泵高压生成电路9与除抖动电路8的输出端、第一开关3的栅极以及第二开关11的漏极连接，第一开关3的栅极电压下降至地电平而断开，以切断由输入端1输入的电压，第二开关11
的导通阻抗设置为一个较小的数值，因此第一开关3能够在极短的时间被断开；
42.第一电容12连接在第一开关3的栅极与地之间，第一稳压二极管13连接在第一开关3的栅极与输出端2之间；
43.当收到进入正常工作状态动作信号时，电荷泵高压生成电路9生成一极小的电流信号，电流信号在第一电容12上缓慢进行积分，使得第一开关3的栅电压缓慢上升，电荷泵高压生成电路9的输出电流值与第一电容12的电容值之间具有预设的比例关系，使得输出端2输出的电压变化频率小于人耳可见的最低音频频率20hz，以消除开机杂音。
44.需要指出的是，上述电荷泵高压生成电路9和第一电容12配合，可以生成一个缓慢的对第一开关3栅极电压的控制信号，但是具体的实现方式并不仅限上述方案，通过任何方式，只要是实现了亚音频的第一开关3栅极控制方式的开启电路实施方式，均可以视作在本发明保护范围之内。
45.为了实现复位控制，图1所示的保护电路还可以进一步包括一音频功放复位控制电路14，音频功放复位控制电路14与除抖动电路8和音频功放电路连接；
46.当收到启动保护动作信号时，音频功放复位控制电路14输出一音频功放复位信号rst至音频功放电路，以将音频功放电路设置于复位模式，使其没有音频输出，
47.当收到结束保护动作信号时，电荷泵高压生成电路9控制第一开关3闭合，输出端2的输出电压达到正常范围后，音频功放复位控制电路14停止输出音频功放复位信号，利用音频功放电路自身的复位使能消除开机杂音。
48.如图2所示为本发明第二实施例的音频功率放大器的保护电路的电路图，与图1有所不同的是，本实施例中将图1中的电荷泵高压生成电路9替换为相互连接的一高压电源15和一波形发生器16，波形发生器16例如可以由计时器和数字模拟转换器构成，以生成所需的缓慢上升信号。由于采用nmos开关管，因此其控制电压需要一个高于输入电源电压的高压电源。
49.如图3所示为本发明第三实施例的音频功率放大器的保护电路的电路图，与图1和图2均不同的是，本实施例中的音频功率放大器的保护电路与多个音频功放电路连接，每个音频功放电路对应其中一个声道，音频功率放大器的保护电路包括一个前端电路和多个后端电路，对比图1-图3可以发现，输入端、分压电路、快速比较器、电流检测电路、温度检测电路以及除抖动电路构成前端电路，输出端、第一开关、电荷泵高压生成电路、反相器、第二开关、第一电容以及第一稳压二极管构成后端电路，每个后端电路与其中一个音频功放电路连接。
50.图4为本发明提供的音频功率放大器的保护电路的工作流程图，输入端上电后，持续监测分压电路检测到的电压、电流检测电路检测检测到的电流、温度检测电路检测到的温度，判断各项数值是否处于正常范围，从而得到是否启动保护或者是进入正常工作状态的判决结果。
51.当收到启动保护动作信号之后，由一开关控制电路进行控制而迅速切断第一开关，关闭输出端输入的电压。开关控制电路的开关延迟、输出电流等参数设置与音频功放电路中的电源去耦电容值相配合，使得在输出端产生的最大过压小于音频功率放大器的最大耐压，从而保护音频功放不被高压击穿。
52.当收到进入正常工作状态动作信号之后，由开关控制电路缓慢的闭合开关，并控
制输出电压的上升速度，使其等效最大输出频率小于人耳可见的最低频率，从而使得在音频功放的输出端不会产生上电杂音。
53.作为另外一种可选的方式，当收到进入正常工作状态动作信号之后，开关控制电路保持对于音频功放的复位，并闭合开关，等待输出电源电压进入正常工作范围后，再释放音频功率放大器的复位，启动音频功率放大器，这样也可以利用音频功放的本身的上电复位功能来消除杂音信号。
54.本发明提供的音频功率放大器的保护电路能够实时监测音频功放电路的输入电压和电流，当监测到的电压或者电流超过预设值时，启动保护动作，切断音频功放电路的电源，从而有效的保护音频功放电路。
55.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
56.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
57.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种音频功率放大器的保护电路，与一音频功放电路连接，其特征在于，包括：输入端、输出端、第一开关、分压电路、快速比较器、电流检测电路、温度检测电路、除抖动电路、电荷泵高压生成电路、反相器、第二开关、第一电容以及第一稳压二极管，其中：所述第一开关连接在所述输入端与所述输出端之间，所述第一开关为nmos管；所述输入端与一电源连接，所述电源具有一输入电压；所述快速比较器连接在所述分压电路与所述除抖动电路之间，所述除抖动电路检测所述分压电路输出的电压并与一参考电压进行比较；所述电流检测电路检测所述输入端和所述输出端的电流大小并与一个预设的电流范围值进行比较；所述温度检测电路检测电路内部的温度并与一个预设的温度范围进行比较；当所述分压电路检测到的电压、所述电流检测电路检测检测到的电流、所述温度检测电路检测到的温度三者中至少其中之一异常时，将以上检测到的电压、电流和温度经过所述除抖动电路以减小可能的错误判决后，输出一启动保护动作信号；所述反相器连接在所述除抖动电路与所述第二开关之间，当收到所述启动保护动作信号时，所述反相器将所述启动保护动作信号进行缓冲放大后输出至所述第二开关，所述第二开关为nmos管，所述电荷泵高压生成电路与所述除抖动电路的输出端、所述第一开关的栅极以及所述第二开关的漏极连接，所述第一开关的栅极电压下降至地电平而断开，以切断由所述输入端输入的电压；所述第一电容连接在所述第一开关的栅极与地之间，所述第一稳压二极管连接在所述第一开关的栅极与所述输出端之间；当收到进入正常工作状态动作信号时，所述电荷泵高压生成电路生成一极小的电流信号，所述电流信号在所述第一电容上缓慢进行积分，使得所述第一开关的栅电压缓慢上升，所述电荷泵高压生成电路的输出电流值与所述第一电容的电容值之间具有预设的比例关系，使得所述输出端输出的电压变化频率小于人耳可见的最低音频频率20hz，以消除开机杂音。2.根据权利要求1所述的音频功率放大器的保护电路，其特征在于，还包括一音频功放复位控制电路，所述音频功放复位控制电路与所述除抖动电路和所述音频功放电路连接；当收到启动保护动作信号时，所述音频功放复位控制电路输出一音频功放复位信号至所述音频功放电路，以将所述音频功放电路设置于复位模式，使其没有音频输出，当收到结束保护动作信号时，所述电荷泵高压生成电路控制所述第一开关闭合，所述输出端的输出电压达到正常范围后，所述音频功放复位控制电路停止输出音频功放复位信号，利用所述音频功放电路自身的复位使能消除开机杂音。3.根据权利要求1所述的音频功率放大器的保护电路，其特征在于，所述电荷泵高压生成电路替换为相互连接的一高压电源和一波形发生器。4.根据权利要求1所述的音频功率放大器的保护电路，其特征在于，音频功率放大器的保护电路与多个音频功放电路连接，每个音频功放电路对应其中一个声道，音频功率放大器的保护电路包括一个前端电路和多个后端电路，输入端、分压电路、快速比较器、电流检测电路、温度检测电路以及除抖动电路构成前端电路，输出端、第一开关、电荷泵高压生成
电路、反相器、第二开关、第一电容以及第一稳压二极管构成后端电路，每个后端电路与其中一个音频功放电路连接。

技术总结
本发明公开了一种音频功率放大器的保护电路，与一音频功放电路连接，其包括：输入端、输出端、第一开关、分压电路、快速比较器、电流检测电路、温度检测电路、除抖动电路、电荷泵高压生成电路、反相器、第二开关、第一电容以及第一稳压二极管，其中：第一开关连接在输入端与输出端之间，第一开关为nmos管；输入端与一电源连接，电源具有一输入电压；快速比较器连接在分压电路与除抖动电路之间，除抖动电路检测分压电路输出的电压并与一参考电压进行比较；电流检测电路检测输入端和输出端的电流大小并与一个预设的电流范围值进行比较；温度检测电路检测电路内部的温度并与一个预设的温度范围进行比较。范围进行比较。范围进行比较。


技术研发人员：杨少军 高东兴
受保护的技术使用者：深圳市晶扬电子有限公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/9/7