專利名稱：音頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種音頻功率放大器，更具體地講，涉及一種保護電路， 用于保護開關(guān)電路不受由于突然的電源電壓波動導致的可能故障或損 壞。
背景技術(shù)：
D類音頻功率放大器是一種開關(guān)電路。因此，為了說明的目的而選 擇D類音頻功率放大器。市場上的大多數(shù)音頻功率放大器是基于AB類放 大器的。該構(gòu)造利用相當?shù)偷撵o態(tài)電流，提供非常好的總諧波失真加噪 聲(THD+N)。然而，.AB類推挽式放大器非常低效，并且僅可以實現(xiàn)約 60%的效率，這不僅導致功率損耗，還導致附加到功率放大器上的附加大 型熱沉(heatsink)。
D類放大器的一個主要優(yōu)點在于效率，可以達到90%以上。通過功 率晶體管處的完整信號擺幅來實現(xiàn)高效率。典型的D類放大器電路1000 如圖1所示，包括基準(在下文中表示為RF)電路1020、脈沖寬度調(diào)制 器1010、電平移位及驅(qū)動級1030、第一 M0SFET開關(guān)MIO、和第二 M0SFET 開關(guān)M20。
在實際使用D類放大器電路1000時，電源電壓Vcc可能突然且異 常地波動。例如，此種突然的電壓波動是由于，例如印刷電路板(PCB) 上的變壓器故障、電源跟蹤(power supply trace)與PCB上的地電位 短路、或其他情況導致的。如果此種突然的電壓波動要發(fā)生，D類放大 器1000可能被損壞，或者進行異常操作。
為了防止D類放大器電路1000由于突然的電源電壓Vcc波動而可 能導致?lián)p壞或故障，保護電路是必需的。
以下現(xiàn)有技術(shù)參考是公知的。
1) 日本實用新型公開No. H5-39095 1993年5月25日公布
2) 日本專利公開No. H4-108204 1992年4月9日公布
3) 日本專利公開No. S58-81311 1983年5月16日公布
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于引入具有針對突然的電源電壓波動的保護電路 的音頻功率放大器。
根據(jù)本發(fā)明， 一種音頻功率放大器包括電源端子，用于接收電源 電壓；第一和第二開關(guān)晶體管，與所述電源端子串聯(lián)；音頻信號通道， 用于向所述第一和第二開關(guān)晶體管發(fā)送脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；基準電 路，與電源端子相連，并且產(chǎn)生預定基準電壓RF;電容器，用于存儲基 準電壓RF;電源電壓檢測電路，與電源端子相連，并且產(chǎn)生與電源電壓 成比例的預定檢測到的電壓DE;比較器，將基準電壓RF與檢測到的電 壓DE相比較，并且當檢測到的電壓DE落在基準電壓RF以下時產(chǎn)生波動 信號；以及禁用元件，用于響應所述波動信號而工作，以停止所述第一 和第二開關(guān)晶體管的操作。
從上面的內(nèi)容可以清楚，根據(jù)本發(fā)明的音頻功率放大器包括電源電 壓檢測電路和禁用元件。將電源電壓檢測電路設計為不但檢測突然的電 壓跳變，而且檢測電源突然的電壓降落。在檢測到電源處的突然電壓降 落時，由電源電壓檢測電路產(chǎn)生波動信號。在接收所述波動信號之后， 禁用元件停止輸出功率晶體管的切換。當電源端子處的電源穩(wěn)定預定時 間段時，由檢測電路使波動信號SD不起作用。因此，禁用元件允許輸出 功率晶體管恢復切換，并且使正常操作繼續(xù)。 發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，可以通過添加電源電壓檢測電路和禁用元件，利用簡 單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)不但可以檢灘突然的電壓跳變、而且可以檢測電源的突然 電壓降落的音頻功率放大器。
根據(jù)本發(fā)明，可以用較高精確度檢測突然的電壓降落。 根據(jù)本發(fā)明，當檢測到突然的電壓降落時，禁用元件禁止第一和第
二開關(guān)晶體管的操作，使得沒有聲音輸出。因此，用戶將不會被不愉快
的波動聲音騷擾。
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的音頻功率放大器的方框圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的音頻功率放大器的方框圖3示出了在圖2的方框圖的主要節(jié)點處獲得的波形的圖表；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的音頻功率放大器的方框圖5示出了在圖4的方框圖中的主要節(jié)點處獲得的波形的圖表。
具體實施例方式
以下描述說明了本發(fā)明的最佳方式的實施例。
(第一實施例)
參考圖2，示出了作為D類放大器的音頻功率放大器100的第一實施 例。音頻功率放大器1 OO包括用于接收電源電壓Vcc的電源端子、基準(RF) 電路102、脈沖寬度調(diào)制器101、電平移位及驅(qū)動級103、以及諸如第一 M0SFET開關(guān)M1和第二M0SFET開關(guān)M2之類的第一和第二開關(guān)晶體管。脈沖 寬度調(diào)制器101和電平移位及驅(qū)動級103定義了用于向第一和第二MOSFET 開關(guān)M1和M2發(fā)送脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號(PWM驅(qū)動信號)的音頻信號通 道。
RF電路102包括齊納二極管Z1、電阻器R3、 PMOS M4、以及電阻器R1 和R5。 RF電路102在電阻器R5和R1之間的結(jié)點處產(chǎn)生基準電壓RF。盡管示 出了兩個電阻器R1和R5為直接串聯(lián)，電阻器R5可以連接在電源端子和 PMOS M4之間。所述結(jié)點還與用于存儲基準電壓RF的電容器CRF相連。用 基準電壓RF作為各種電路(未示出)中的穩(wěn)定基準電壓。
根據(jù)第一實施例，還設置了波動檢測電路113和諸如第三M0SFET開 關(guān)M3之類的開關(guān)晶體管。波動檢測電路113檢測突然的電源電壓波動，例 如電源電壓Vcc的電壓降落。這里，僅示出了用于接收電源電壓Vcc的電
源端子。
將船SFET開關(guān)M1 、 M2和M3串聯(lián)設置在電源電壓Vcc和地電位之間。 M0SFET M3位于緊鄰電源電壓Vcc，但是可以位于緊鄰地電位或位于 M0SFET M1和M2之間。
波動檢測電路l 13包括電源電壓檢測電路105和比較器104。電源電 壓檢測電路105包括齊納二極管Z2、電阻器R4、 PMOS M5、以及電阻器R2 和R6。電壓檢測電路113在電阻器R2和R6之間的結(jié)點處產(chǎn)生檢測到的電壓 DE。檢測到的電壓DE與電源電壓Vcc成比例，如從圖3的波形(A)和(B) 所看到的。盡管示出了兩個電阻器R2和R6為直接串聯(lián)，電阻器R6可以連 接在電源端子和PMOS M5之間。此外，可以省略電阻器R5和R6。
應該注意的是，第一對齊納二極管Z1和電阻器R3以及第二對齊納二 極管Z2和電阻器R4具有相同的特性。因此，可以省略掉第二對(或第一 對)。在這種情況下，PMOS M4的柵極PM0S M5的柵極可以共同地連接。
應該注意的是，選擇電阻器R1、 R2、 R5和R6，使得基準電壓RF和檢 測到的電壓DE不同。根據(jù)第一實施例，電壓RF和DE之間的關(guān)系是DE大于 RF (DE〉RF)。
比較器104比較電壓RF和DE,并且基于比較結(jié)果產(chǎn)生控制信號SD。 在正常操作條件下，即，當DE〉RF時，比較器104產(chǎn)生低電平控制信號SD， 以允許M0SFET開關(guān)M3處于導通狀態(tài)。
與第一M0SFET開關(guān)M1和第二M0SFET開關(guān)M2相關(guān)聯(lián)地設置的應用電 路包括輸出濾波器106、自舉電容器C1、去耦電容器C2和揚聲器110。
接下來參考圖2和圖3描述音頻功率放大器100的操作。
在圖3中，在時間T1之前，電源電壓Vcc是穩(wěn)定的。在此時間期間， 電壓RF和DE處于DE大于RF。因此，比較器104產(chǎn)生低電平的控制信號SD。 因此，將M0SFET開關(guān)M3保持處于導通狀態(tài)，以向M0SFET開關(guān)M1和M2提供 電源電壓。在此條件下，脈沖寬度調(diào)制器101產(chǎn)生施加到電平移位及驅(qū)動 級103的信號PWM一OUT。電平移位及驅(qū)動級103產(chǎn)生到M0SFET M1和M2的PWM 驅(qū)動信號。因此MOSFET M1和M2產(chǎn)生施加到輸出濾波器106的輸出P畫信 號。然后，通過來自輸出濾波器106的信號，揚聲器110產(chǎn)生聲音。
在圖3中，在時間T1處，由于PCB (印刷電路板)上的變壓器故障或 任何其他原因?qū)е码娫措妷篤cc開始下降。檢測到的電壓DE與電源電壓 Vcc類似地下降，但是基準電壓RF由在電容器CRF中存儲的電荷維持其電 壓。
然后，在時間T2處，當檢測到的電壓DE落在基準電壓RF以下時，比 較器104開始產(chǎn)生高電平的控制信號SD。因此，MOSFET開關(guān)M3變成截止 狀態(tài)，以切斷到M0SFET開關(guān)Ml和M2的電源電壓Vcc。在這種情況下，脈沖 寬度調(diào)制器101產(chǎn)生施加到電平移位及驅(qū)動極的信號PWM—OUT。電平移位 及驅(qū)動級103產(chǎn)生到M0SFETM1和M2的PWM驅(qū)動信號。然而，沒有向MOSFET Ml和M2提供電源電壓Vcc。因此，揚聲器110停止產(chǎn)生聲音。
然后，當電源電壓Vcc恢復時，檢測到的電壓DE也恢復。在時間T3 處，當檢測到的電壓DE增加到基準電壓RF以上時，比較器104再次開始產(chǎn) 生低電平的控制信號SD。因此，M0SFET開關(guān)M3變回到導通狀態(tài)，以重新 開始向MOSFET開關(guān)Ml和M2提供電源電壓Vcc。因此，揚聲器110重新開始 產(chǎn)生聲音。
上述操作涉及當電源電壓Vcc按照比預定值快的下降速度異常地下 降到預定下限電壓以下時的情況。可以通過設定電壓RF和DE，即，通過 設定電阻器R1、 R2、 R5和R6，來規(guī)定該下限電壓。
因此，應該理解的是，可以把高電平的控制信號SD看作是表示電源 電壓Vcc下降到預定下限以下的波動信號。
根據(jù)第一實施例，可以由波動檢測電路l 13檢測出異常的電壓下降， 并且當檢測到異常電壓下降時，操作禁用元件M0SFET開關(guān)M3以通過切斷 來自電源電壓Vcc的供電來立即停止MOSFET M1和M2的操作。因此，特別 是當發(fā)生異常電壓下降時，揚聲器110將不會產(chǎn)生任何不愉快的接通和斷 開的間歇聲音。
(第二實施例)
參考圖4，示出了作為D類放大器的音頻功率放大器100的第二實施 例。當與如圖2所示的第一實施例相比較時，第二實施例的音頻功率放大 器100沒WMOSFETM3，但是取而代之的是，將控制塊lll插入到脈沖寬度調(diào)制器101和電平移位及驅(qū)動級103之間。
應該注意的是，可以將控制塊111插入到脈沖寬度調(diào)制器101的上 游、或電平移位及激勵級103的下游。換句話說，根據(jù)第二實施例，將控 制塊lll插入到音頻信號通道中的某個地方。
根據(jù)第二實施例，控制塊111包括反相器112和AND ("與")門114。 反相器112與比較器104相連以接收控制信號SD。反相器112的輸出與"與" 門114的一個輸入相連。"與"門114的另一個輸入與脈沖寬度調(diào)制器101 的輸出相連以接收信號PWM一OUT。"與"門114的輸出與電平移位及驅(qū)動級 103相連。應該注意的是，當比較器104產(chǎn)生相反相位的控制信號SD、使 得低電平和高電平處于相反相位時，可以省略反相器112。
在操作中，在如圖5所示的時間T2處，控制信號SD以與第一實施例 中描述的相同方式從低電平變?yōu)楦唠娖?。在出現(xiàn)低電平的控制信號SD (即，在時間T2之前)時，反相器112產(chǎn)生到"與"門114的高電平信號。 因此，啟用"與"門114以允許信號PWMJ)UT通過其中。因此，從揚聲器 IIO中產(chǎn)生聲音。然后，當產(chǎn)生高電平的控制信號SD (即，在時間T2和T3 之間)時，反相器112產(chǎn)生到"與"門114的低電平信號。因此，禁用"與" 門114以阻斷信號PWM一OUT。因此，將不會從揚聲器110中產(chǎn)生聲音。以上 是當電源電壓Vcc異常地下降到預定下限電壓以下的情況。
根據(jù)第二實施例，可以由波動檢測電路113檢測異常電壓下降，并 且當檢測到此種異常電壓下降時，通過切斷到MOSFET M1和M2的PWM驅(qū)動 信號，操作作為控制塊111的禁用元件來立即停止M0SFETM1和M2的操作。 因此，特別是當發(fā)生異常電壓下降時，揚聲器110將不會產(chǎn)生任何不偷快 的接通和斷開的間歇聲音。
盡管已描述了本發(fā)明的以上實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以做出 各種變換、修改或改進。此種變換、修改或改進在本發(fā)明的精神和范圍 之內(nèi)。以上描述僅作為示例，并且不是為了限制。本發(fā)明僅由所附權(quán)利 要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種音頻功率放大器，包括電源端子，用于接收電源電壓；第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管，與所述電源端子串聯(lián)；音頻信號通道，用于向所述第一開關(guān)晶體管和所述第二開關(guān)晶體管發(fā)送脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；基準電路，與電源端子相連，并用于產(chǎn)生預定基準電壓RF；電容器，用于存儲基準電壓RF；電源電壓檢測電路，與電源端子相連，并用于產(chǎn)生與所述電源電壓成比例的預定檢測到的電壓DE；比較器，用于將基準電壓RF與檢測到的電壓DE相比較，并且當檢測到的電壓DE下降到基準電壓RF以下時產(chǎn)生波動信號；以及禁用元件，用于響應所述波動信號進行操作，以停止所述第一開關(guān)晶體管和所述第二開關(guān)晶體管的操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻功率放大器，其中，所述禁用元件是 串聯(lián)地插到所述第一開關(guān)晶體管和所述第二開關(guān)晶體管的第三開關(guān)晶體 管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻功率放大器，其中，所述禁用元件是插入到所述音頻信號通道中的控制塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的音頻功率放大器，其中，所述控制塊包括"與"門，所述"與"門的一個輸入端被連接用于接收所述波動信號， 另一個輸入端被連接用于接收脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻功率放大器，其中，所述音頻信號通 道包括脈沖寬度調(diào)制調(diào)制器和電平移位及驅(qū)動級。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻功率放大器，其中，所述基準電路包括第四開關(guān)晶體管；至少一個電阻器，與所述第四開關(guān)晶體管串聯(lián)，用于產(chǎn)生所述預定基準電壓RF;以及第一齊納二極管，反向連接在所述電源端子和所述第四開關(guān)晶體管 的柵極之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻功率放大器，其中，所述電源電壓檢測電路包括第五開關(guān)晶體管；至少一個電阻器，與所述第五開關(guān)晶體管串聯(lián)，用于產(chǎn)生所述預定檢測到的電壓DE;以及第二齊納二極管，反向連接在所述電源端子和所述第五開關(guān)晶體管 的柵極之間。
8. —種音頻功率放大方法，包括 接收電源電壓；向第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管提供所述電源電壓； 從音頻信號通道向所述第一開關(guān)晶體管和所述第二開關(guān)晶體管發(fā) 送脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；使用所述電源電壓產(chǎn)生預定基準電壓RF; 由電容器存儲基準電壓RF;產(chǎn)生與所述電源電壓成比例的預定檢測到的電壓DE;將基準電壓RF與檢測到的電壓DE相比較，并且當檢測到的電壓DE 下降到基準電壓RF以下時產(chǎn)生波動信號；以及響應所述波動信號，停止所述第一開關(guān)晶體管和所述第二開關(guān)晶體 管的操作。
全文摘要
介紹了一種智能保護電路，用于防止由于突然的電源電壓波動導致可能的電路故障或損壞。在電源中出現(xiàn)較快和較大的電壓波動的情況下，激活控制信號以停止功率晶體管的開關(guān)。當電源穩(wěn)定于更低或更高的工作電壓時，開關(guān)電路能夠恢復正常操作。
文檔編號H03F1/30GK101197557SQ200710088518
公開日2008年6月11日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者靜 孫, 黃夏秀 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社;松下半導體亞洲私人有限公司