專利名稱：數(shù)字放大器的保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字放大器，更具體地，涉及一種當(dāng)輸出被短路時(shí)的保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
圖2是示出了現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字放大器配置示例的電路圖。在圖2中，T表示變壓器，D3和D4表示整流部件(二極管)，并且C1和C2表示平滑電容器。變壓器T、整流部件D3和D4以及平滑電容器C1和C2組成了電容器輸入類型的正-負(fù)電源。另一方面，在數(shù)字放大器部分，SW1和SW2表示開關(guān)晶體管，例如，通過PWM調(diào)制電路(未示出)的輸出驅(qū)動(dòng)的MOSFET，D1和D2表示并聯(lián)到開關(guān)晶體管SW1和SW2的二極管(續(xù)流二極管)，LF表示線圈，CF表示電容器，RL表示負(fù)載(揚(yáng)聲器)，以及SPOUT表示揚(yáng)聲器輸出端子。
在圖2的數(shù)字放大器中，由通過執(zhí)行輸入信號的PWM調(diào)制來提供的信號，互補(bǔ)地驅(qū)動(dòng)開關(guān)晶體管SW1和SW2，并且通過由線圈LF和電容器CF所組成的低通濾波器來驅(qū)動(dòng)負(fù)載RL。即，當(dāng)使開關(guān)晶體管SW1進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)(使開關(guān)晶體管SW2非導(dǎo)通)時(shí)，電流I+從正電源流出，并且當(dāng)使開關(guān)晶體管SW2導(dǎo)通(使開關(guān)晶體管SW1不導(dǎo)通)時(shí)，電流I-流入負(fù)電源，由此驅(qū)動(dòng)負(fù)載RL，如圖2所示。公知這種數(shù)字放大器是效率很高的放大器。
附帶地，放大器配備了保護(hù)電路，從而防止產(chǎn)品處于揚(yáng)聲器輸出的短路異常狀態(tài)。通常，數(shù)字放大器的保護(hù)電路由以下組成處于負(fù)電源側(cè)的過電流檢測電路LDT(以下被稱作低端)，以及處于正電源側(cè)的過電流檢測電路HDT(以下被稱作高端)，如圖3所示。過電流檢測電路LDT由電阻器R1和R2以及npn晶體管Q1組成，用于通過觀測串聯(lián)接入到低端開關(guān)晶體管SW2的電阻器R1的電壓，來檢測當(dāng)揚(yáng)聲器輸出短路時(shí)的過電流，并且在過電流檢測時(shí)間處導(dǎo)通晶體管Q1。同樣，過電流檢測電路HDT由電阻器R3到R5以及pnp晶體管Q2組成，用于觀測串聯(lián)接入到高端開關(guān)晶體管SW1的電阻器R3的電壓，并且在過電流檢測時(shí)間處導(dǎo)通晶體管Q2，從而導(dǎo)通晶體管Q1。當(dāng)晶體管Q1導(dǎo)通時(shí)，控制電路(未示出)執(zhí)行停止開關(guān)操作、關(guān)閉電源等的保護(hù)操作。
然而，如圖3所示的保護(hù)電路需要將正常狀態(tài)時(shí)的一個(gè)瞬時(shí)較大輸出處的電流檢測為非過電流；另一方面，當(dāng)由揚(yáng)聲器輸出的短路引起過電流時(shí)，需要保護(hù)電路立即檢測到過電流。因此，難以設(shè)置操作點(diǎn)；這是一個(gè)問題。
在圖2或圖3所示的半橋(half-bridge)數(shù)字放大器中，電源泵現(xiàn)象(power pumping phenomenon)是公知的，其中正負(fù)電源的電壓不平衡是公知的。將通過圖4來討論電源泵現(xiàn)象。圖4是示出了當(dāng)將正電源VRL提供給圖2的數(shù)字放大器中的負(fù)載RL時(shí)，各部分電源和電流的圖示。
如圖4的(A)所示，當(dāng)向負(fù)載RL施加正電壓VRL時(shí)，開關(guān)晶體管SW1導(dǎo)通的時(shí)間周期T1比開關(guān)晶體管SW2導(dǎo)通的時(shí)間周期T2長。在從時(shí)間t1至?xí)r間t2的時(shí)間周期T1中，電流I1在從正電源到開關(guān)晶體管SW1、線圈LF、負(fù)載RL以及地(圖4的(C))的路徑上流動(dòng)。接下來，在時(shí)間t2，開關(guān)晶體管SW1不導(dǎo)通，而開關(guān)晶體管SW2導(dǎo)通。因此，開關(guān)晶體管SW1與SW2的連接點(diǎn)處的電壓Vo從+V變?yōu)?V。另一方面，由于存在感性負(fù)載的線圈LF，電流根據(jù)電壓改變的延遲而改變，并且在某一時(shí)間按照與電壓相反的方向流動(dòng)。即，電流I2繼續(xù)通過二極管D2、線圈LF、負(fù)載RL以及電容器C2(圖4的(D))的路徑流動(dòng)。由于用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)晶體管SW1、SW2的PWM調(diào)制電路的開關(guān)頻率是數(shù)百kHz的較高頻率，例如，在電流I-通過開關(guān)晶體管SW2流入負(fù)電源之前，達(dá)到時(shí)間t3，并且開關(guān)晶體管SW1導(dǎo)通，而開關(guān)晶體管SW2不導(dǎo)通，并且電流I1再次流動(dòng)。因此，圖4的(B)所示的負(fù)載電流IL流入負(fù)載RL。
電流I2的方向與電流I-的方向相反，電流I-實(shí)質(zhì)上應(yīng)該在開關(guān)晶體管SW2的導(dǎo)通時(shí)間處流動(dòng)，并且充電低端電容器C2。因此，充電電容器C2的電壓V2變得高于高端電容器C1兩端的電壓V1(V2＞V1)。
相反地，當(dāng)向負(fù)載RL施加負(fù)電壓時(shí)，進(jìn)行與上述相反的操作；充電高端電容器C1的電壓V1變得高于低端電容器C2兩端的電壓V2(V1＞V2)。
由于出現(xiàn)了如上所述的電源泵現(xiàn)象，正和負(fù)電源的電壓不平衡，操作效率退化，并且存在由于過電壓而可能破壞放大器的可能性。當(dāng)揚(yáng)聲器輸出短路時(shí)，電源泵現(xiàn)象成為更加顯著的問題。在現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字放大器中，如果圖3所示的保護(hù)電路操作，可以檢測到由揚(yáng)聲器輸出短路而引起的過電流，并且因此可以防止電源泵現(xiàn)象破壞放大器。然而，如上所述，難以設(shè)置保護(hù)電路的操作點(diǎn)，并且無法立即發(fā)現(xiàn)過電流的出現(xiàn)，因此存在由于由電源泵現(xiàn)象而引起的過電壓破壞放大器的可能性。
另一方面，作為保護(hù)電路的另一個(gè)示例，提出了具有電流檢測線圈的保護(hù)電路，所述電流檢測線圈設(shè)置用于揚(yáng)聲器輸出的低通濾波器，用于檢測流入低通濾波器的過電流。(例如，參考JP-A-5-160649)圖5是示出了JP-A-5-160649所公開的保護(hù)電路的配置的電路圖。在圖5中，利用相同的參考數(shù)字表示與之前參考圖2所述的部件相類似的部件。保護(hù)電路由電路保護(hù)線圈1、整流器2、衰減器3、電容器4以及R/S鎖存電路5組成。纏繞在低通濾波器的線圈LF上的電流檢測線圈1通過互感應(yīng)來檢測流過線圈LF的電流，并且將所檢測到的電流作為檢測信號輸出。檢測信號是通過整流器整流的半波或全波，并且由衰減器3衰減電平。如果輸入檢測信號的電平等于或大于預(yù)定值，R/S鎖存電路5輸出表示出現(xiàn)過電流的鎖存信號。因此，當(dāng)揚(yáng)聲器輸出短路時(shí)，保護(hù)電路檢測到過電流。
然而，圖5中的保護(hù)電路涉及復(fù)雜的配置和較高成本的問題。為了通過使用電流檢測線圈1的低通濾波器的線圈LF，以較好的準(zhǔn)確度檢測電流流動(dòng)，希望線圈LF兩端的電壓應(yīng)當(dāng)增加，并且需要線圈LF的電阻分量較大。但是，從驅(qū)動(dòng)負(fù)載RL(揚(yáng)聲器)的角度而言，不希望負(fù)載RL串聯(lián)較大的電阻分量。因此，在圖5中的保護(hù)電路中，無法增強(qiáng)電流檢測的準(zhǔn)確度，并且不可能立即發(fā)現(xiàn)過電流的出現(xiàn)，并且存在由于由電源泵現(xiàn)象而引起的過電壓破壞放大器的可能性。
除了在說明書中所述現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)信息中所確定的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，在申請日之前，申請人還未發(fā)現(xiàn)任何關(guān)于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。
如上所述，在圖3和圖5所示的保護(hù)電路中，存在出現(xiàn)由于無法立即檢測到的揚(yáng)聲器輸出的短路而引起過電流的可能性，并且存在由于揚(yáng)聲器輸出短路時(shí)更加顯著的電源泵現(xiàn)象而破壞放大器的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字放大器的保護(hù)電路，能夠可靠地檢測揚(yáng)聲器輸出的短路，并且防止電源泵現(xiàn)象破壞放大器。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種數(shù)字放大器的保護(hù)電路，包括DC電壓檢測電路，用于檢測在揚(yáng)聲器輸出端子出現(xiàn)的DC電壓；控制電路，用于當(dāng)DC電壓檢測電路輸出檢測信號時(shí)，執(zhí)行保護(hù)操作；以及中點(diǎn)電勢檢測電路，用于檢測正電源電壓和負(fù)電源電壓之間的中點(diǎn)電勢偏移(shift)，其中中點(diǎn)電勢檢測電路的輸出連接到DC電壓檢測電路的輸入，并且當(dāng)檢測到中點(diǎn)電勢偏移時(shí)，DC電壓檢測電路輸出檢測信號。
在本發(fā)明的數(shù)字放大器的保護(hù)電路的一個(gè)配置示例中，中點(diǎn)電勢檢測電路由以下組成第一電阻器，具有向其輸入正電源電壓的一個(gè)端子；以及第二電阻器，具有向其輸入負(fù)電源電壓的一個(gè)端子以及與第一電阻器的另一端子相連的另一端子，并且第一和第二寄存器的連接點(diǎn)連接到DC電壓檢測電路的輸入。
根據(jù)本發(fā)明，提供了中點(diǎn)電勢檢測電路，用于檢測正電源電壓和負(fù)電源電壓之間的中點(diǎn)電勢偏移，并且將中點(diǎn)電勢檢測電路的輸出連接到DC電壓檢測電路的輸入，由此能夠可靠地檢測到揚(yáng)聲器輸出的短路，并且可以防止電源泵現(xiàn)象破壞放大器。例如DC電壓檢測電路DCDT和控制電路CTL的部件設(shè)置用于現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字放大器，因此，可以通過添加簡單配置的中點(diǎn)電勢檢測電路，來簡單地實(shí)現(xiàn)對于揚(yáng)聲器輸出短路的保護(hù)電路。消除了同時(shí)在高端提供過電流檢測電路并在低端提供過電流檢測電路的需要，可以僅提供其中之一，以便為了降低成本而簡化用于防止過電流的配置。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字放大器的配置示例的電路圖，圖2是示出了現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字放大器的配置示例的電路圖，圖3是示出了現(xiàn)有技術(shù)中包括保護(hù)電路的數(shù)字放大器的配置示例的電路圖，圖4是描述現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字放大器的電源泵現(xiàn)象的圖示，以及圖5是示出了現(xiàn)有技術(shù)中包括保護(hù)電路的數(shù)字放大器的另一個(gè)配置示例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖來詳細(xì)討論本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字放大器的配置示例的電路圖。在圖1中，利用相同的參考數(shù)字表示與之前參考圖2所述部件相同的部件。變壓器T、二極管D3以及平滑電容器C1組成了正電源，所述正電源用于輸出正電源電壓V+，并且變壓器T、二極管D4以及平滑電容器C2組成了負(fù)電源，所述負(fù)電源用于輸出負(fù)電源電壓V-。在圖1的數(shù)字放大器中，由PWM調(diào)制電路(未示出)基于輸入音頻信號來互補(bǔ)地驅(qū)動(dòng)開關(guān)晶體管SW1和SW2，并且通過由線圈LF和電容器CF所組成的低通濾波器來驅(qū)動(dòng)負(fù)載RL。
在實(shí)施例中，將中點(diǎn)電勢檢測電路CVDT添加到圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字放大器中，所述中點(diǎn)電勢檢測電路用于檢測正電源電壓+V與負(fù)電源電壓-V之間的中點(diǎn)電勢偏移，并且中點(diǎn)電勢檢測電路CVDT的輸出連接到包含在現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字放大器中的DC電壓檢測電路DCDT的輸入，并且當(dāng)檢測到中點(diǎn)電勢偏移時(shí)，DC電壓檢測電路DCDT輸出檢測信號。
DC電壓檢測電路DCDT檢測不適于揚(yáng)聲器的DC電壓輸出，并且由電阻器R13和R14、電容器C11以及npn晶體管Q11和Q12組成。當(dāng)預(yù)定值的DC電壓或更大值出現(xiàn)在揚(yáng)聲器輸出端子SPOUT時(shí)，DC電壓檢測電路DCDT的晶體管Q11和Q12導(dǎo)通，并輸出檢測信號誤差。
中點(diǎn)電勢檢測電路CVDT由電阻器R11和R12組成。當(dāng)沒有出現(xiàn)電源泵現(xiàn)象時(shí)，正電源電壓+V和負(fù)電源電壓-V相等(V1＝V2)，并且電壓+V和-V的中點(diǎn)電勢是0(地電勢)。相反，當(dāng)出現(xiàn)電源泵現(xiàn)象時(shí)，電壓+V和-V不再平衡(V1≠V2)，并且中點(diǎn)電勢偏移到正或負(fù)的一側(cè)。中點(diǎn)電勢檢測電路CVDT檢測中點(diǎn)電勢偏移。中點(diǎn)電勢檢測電路CVDT的輸出端子(電阻器R11和R12的連接點(diǎn))連接到DC電壓檢測電路DCDT的輸入端子，因此，如果中點(diǎn)電勢偏移大于或等于預(yù)定值，可以導(dǎo)通DC電壓檢測電路DCDT的晶體管Q11和Q12。
因此，在實(shí)施例中，注意力集中在以下事實(shí)當(dāng)揚(yáng)聲器輸出短路時(shí)，由電源泵現(xiàn)象所引起的過電壓變得顯著。根據(jù)正電源電壓+V和負(fù)電源電壓-V之間的中點(diǎn)電勢偏移來檢測電源泵現(xiàn)象，并且因此檢測到揚(yáng)聲器輸出的短路。如果DC電壓檢測電路DCDT的晶體管Q11和Q12導(dǎo)通，并且出現(xiàn)檢測信號誤差，控制電路CTL按照以下方式進(jìn)行保護(hù)操作控制用于開啟/關(guān)閉數(shù)字放大器電源的繼電器(未示出)，以便關(guān)閉放大器的電源，或控制PWM調(diào)制電路，例如，以便停止開關(guān)晶體管SW1、SW2的開關(guān)操作。
當(dāng)揚(yáng)聲器輸出短路時(shí)，明顯出現(xiàn)了由電源泵現(xiàn)象所引起的過電壓，從而能夠可靠地檢測到揚(yáng)聲器輸出的短路，并且可以防止電源泵現(xiàn)象破壞放大器。不僅當(dāng)揚(yáng)聲器輸出短路時(shí)，當(dāng)例如輸出低頻率等時(shí)，也存在電源泵現(xiàn)象的問題。但是，在實(shí)施例中，不用說，與電源泵現(xiàn)象的出現(xiàn)原因無關(guān)，均可以檢測到電源泵現(xiàn)象并且防止其破壞放大器。
例如DC電壓檢測電路DCDT、控制電路CTL、用于開啟/關(guān)閉電源的中繼器以及PWM調(diào)制電路的部件設(shè)置用于現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字放大器，因此可以通過添加電阻器R11和R12來簡單地實(shí)現(xiàn)用于揚(yáng)聲器輸出短路的保護(hù)電路。
在圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)的保護(hù)電路中，當(dāng)僅在高端或低端檢測到過電流時(shí)，如果由于電源泵現(xiàn)象而使檢測到的電流變?yōu)橄喾捶较?圖4中的I2)，則無法檢測異常。因此，在圖3的配置中，需要同時(shí)設(shè)置過電流檢測電路HDT和LDT。相反地，在實(shí)施例中，過電流檢測電路不需要檢測揚(yáng)聲器輸出的短路或者電源泵現(xiàn)象，僅需要檢測由任何其它因素引起的瞬時(shí)過電流的出現(xiàn)。因此，可以僅設(shè)置過電流檢測電路HDT或LDT，并且可以簡化防止過電流的配置，以便降低成本。
根據(jù)電阻器R11、R12和R14的值，可以容易地設(shè)置本實(shí)施例的保護(hù)電路的操作點(diǎn)。由于電阻器R14是已有的電阻器，實(shí)際中根據(jù)電阻器R11和R12的值來設(shè)置操作點(diǎn)。
存在開關(guān)噪聲等疊加在正電源電壓+V和負(fù)電源電壓-V上的可能性，并且令人擔(dān)憂的是，噪聲可能會(huì)引起實(shí)施例的保護(hù)電路故障。然而，安裝在DC電壓檢測電路DCDT中的電容器C11可以降低噪聲的影響，以便能夠防止保護(hù)電路發(fā)生故障。
本發(fā)明可以應(yīng)用于半橋數(shù)字放大器。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字放大器的保護(hù)電路，所述保護(hù)電路包括DC電壓檢測電路，用于檢測在數(shù)字放大器的揚(yáng)聲器輸出端子產(chǎn)生的DC電壓；控制電路，用于當(dāng)DC電壓檢測電路輸出檢測信號時(shí)，執(zhí)行保護(hù)操作；以及，中點(diǎn)電勢檢測電路，用于檢測數(shù)字放大器的正電源電壓和負(fù)電源電壓之間的中點(diǎn)電勢偏移，其中，中點(diǎn)電勢檢測電路的輸出連接到DC電壓檢測電路的輸入，并且當(dāng)檢測到中點(diǎn)電勢偏移時(shí)，DC電壓檢測電路輸出檢測信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述中點(diǎn)電勢檢測電路包括第一電阻器，具有向其輸入了正電源電壓的一個(gè)端子；以及第二電阻器，具有向其輸入了負(fù)電源電壓的一個(gè)端子以及連接到第一電阻器的另一端子的另一端子，以及第一和第二寄存器的連接點(diǎn)連接到DC電壓檢測電路的輸入。
全文摘要
一種用于數(shù)字放大器的保護(hù)電路，包括DC電壓檢測電路，用于檢測在揚(yáng)聲器輸出端子出現(xiàn)的DC電壓；控制電路，用于當(dāng)DC電壓檢測電路輸出檢測信號時(shí)，執(zhí)行保護(hù)操作；以及中點(diǎn)電勢檢測電路，用于檢測正電源電壓和負(fù)電源電壓之間的中點(diǎn)電勢偏移。中點(diǎn)電勢檢測電路的輸出連接到DC電壓檢測電路的輸入，并且當(dāng)檢測到中點(diǎn)電勢偏移時(shí)，DC電壓檢測電路輸出檢測信號。
文檔編號H03F3/217GK1738193SQ20051009165
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月17日
發(fā)明者野品正夫, 朝平肇 申請人:雅馬哈株式會(huì)社