一种新型D类音频功率放大器短路检测电路及功率放大器

技术领域

本发明涉及D类音频功放短路检测技术领域，具体涉及一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路及功率放大器。

背景技术

D类音频功率放大器的传统保护电路工作原理如图1所示，D类功放的基本工作原理是 PWM调制，在载波频率确定以后(比如400KHz)，脉冲宽度决定了信号的大小，随着功放输入信号的增大正脉冲宽度增大，信号小时，正脉冲宽度小。无论功放有没有信号输入，载波频率(400KHz)始终存在。工作原理：图中R3、R4均为电流检测电阻。R3、R4工作原理是一样的，现仅对R3作分析：R3上面的电压随着流过R3上的电流的增大而增大，当POUT 对地短路时，这时的电流最大，电压也到达最大值。通过比较器，当电压超过比较器的参考电压时，比较器的状态发生翻转。通过这个翻转的量去控制驱动电路，让驱动电路停止工作，从而起到保护的作用。

传统音频功率放大器的保护电路检测方法稳定可行，一直用于AB类功率放大器和D类放大器。但是也有明显的缺点：

(1)只有当输入信号达到一定的值时，短路才能产生足以使比较器发生翻转的电压。

(2)如果输入的信号比较小，此时，比较器可能不会发生翻转。

(3)电容C1 C2的积分作用，会延迟这个电压的改变。

(4)在功率放大工作时，R3、R4上需要承受几安培到几十安培的电流(即足够大的电流)，所以需要大功率电阻。

在功率放大没有足够输入电压的情况下，如果发生短路，此时比较器不翻转，功率管会继续工作，发热量会明显增加，直到损坏。

发明内容

针对背景技术中传统音频功率放大器的保护电路检测的至少一个缺陷，本发明目的在于提供一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路及功率放大器，在任何时间短路，都能够及时关闭驱动电路。

本发明通过下述技术方案实现：

一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路，所述短路检测电路接入D类音频功率放大器的输出端，所述短路检测电路通过比较器U1A接出至D类音频功率放大器的驱动控制器；所述短路检测电路包括高通滤波器、放大器U2A、整流器D1；

所述高通滤波器包括电容C1、电感L1，所述电容C1一端连接D类音频功率放大器的输出端、电容C1另一端连接电感L1一端，电感L1另一端接地；所述电容C1、电感L1的公共点通过电阻R3连接放大器U2A的反向输入端，放大器U2A的同向输入端接地，放大器 U2A的输出端连接整流器D1，所述整流器D1输出后的电流作为检测值VDEC，并返回至比较器U1A的反向输入端；

还包括电容C2、电阻R4，所述电容C2、电阻R4均与所述放大器U2A并联。

工作原理是：

从D类功率放大器的原理可以看出：“无论功放有没有信号输入，载波频率(400KHz)始终存在。”从实际产品测试，这个400KHz从功率输出端输出的值＞0.8V(RMS)。利用这个一直存在的载波频率(400KHz)。只要短路，这个频率变为“0”。0.8V(RMS)也为“0”。

本发明包括高通滤波器、放大器U2A、整流器D1，通过高通滤波器把D类音频功率放大器的输出端分离出开关载波信号，即将400KHz分离出来；再通过放大器U2A对分离出的开关滤波信号进行放大处理，放大载波频率信号，这个是为了满足载波频率信号有区别的D类功率放大器，放大到可以进行整流，放大倍数为-R4/R3；接着通过整流器D1将载波频率信号转换成直流；

基于D类音频功率放大器的输出POUT，没有对地GND短路时，检测值VDEC一定是一个相对固定值；并且大于参考电压VREF；此时比较器U1A处于稳态。

当于D类音频功率放大器的输出POUT，对地GND短路时，放大器U2A的输出为0；检测值VDEC为0；并且小于参考电压VREF。此时比较器U1A发生翻转，驱动控制器关闭 D类音频功率放大器内的MOS管Q1、MOS管Q2，起到保护MOS管Q1、MOS管Q2的作用。

本发明结构简单、合理，应用于D类音频功率放大器在任何时间短路，都能够及时关闭驱动电路。

作为进一步地优选方案，还包括电容C3，所述电容C3一端连接所述整流器D1的输出端、另一端接地；电容C3的作用之一是对整流后的信号滤波，另外一个作用是保持直流电压。

作为进一步地优选方案，所述电容C3的容量为0.1uF。

作为进一步地优选方案，还包括电阻R5，所述电阻R5与电容C3并联，所述电阻R5一端连接所述整流器D1的输出端、另一端接地；所述电阻R5的作用是泄放掉电容C3上的电压。电阻R5的值决定D类功率放大器重复启动的周期。

作为进一步地优选方案，所述电阻R5的阻值为1KΩ。

作为进一步地优选方案，所述比较器U1A的同向输入端接入参考电压VREF，所述比较器U1A的输出端连接所述驱动控制器。

作为进一步地优选方案，所述高通滤波器的截止频率为106KHz，基本满足所有D类功放的载波频率；所述电感L1的感量为1.5uH，电容C1的容量为1uF。

作为进一步地优选方案，所述电阻R3的阻值为10KΩ，电阻R4的阻值为20KΩ。

作为进一步地优选方案，所述放大器U2A的型号为LM311。

另一方面，本发明还提供了一种新型D类音频功率放大器，所述D类音频功率放大器包括驱动控制器、电阻R1、电阻R2，MOS管Q1、MOS管Q2、比较器U1A，还包括如权利要求1至9中任意一项所述的一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路，所述驱动控制器一端连接电阻R1，电阻R1连接MOS管Q1的G极、MOS管Q1的D极连接电源正极、 MOS管Q1的S极连接MOS管Q2的D极，所述驱动控制器另一端连接电阻R2，电阻R2 连接MOS管Q2的G极、MOS管Q2的S极连接电源负极，MOS管Q2的D极与MOS管 Q1的S极的公共端输出开关载波信号；

所述的一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路连接所述D类音频功率放大器的输出端，所述的一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路的输出端连接比较器U1A的反向输入端，比较器U1A的同向输入端接入参考电压VREF，比较器U1A的输出端连接驱动控制器。

本发明能够解决传统电路的问题：就是D类音频功率放大器在任何时间短路，都能够及时关闭驱动电路。本发明的D类音频功率放大器无论有没有音频输入，也不管输入音频信号的大小，使用本短路检测电路均可以检测到短路信号，可以对D类音频功率放大器内的MOS 管Q1、MOS管Q2起到最大的保护作用。极大的减少生产过程中和用户使用过程中MOS管Q1、MOS管Q2的损坏，有利于提高企业的利润率和企业口碑。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路结构简单、合理，应用于D类音频功率放大器在任何时间短路，都能够及时关闭驱动电路；

2、本发明能够解决传统电路的问题：就是D类音频功率放大器在任何时间短路，都能够及时关闭驱动电路。本发明的D类音频功率放大器无论有没有音频输入，也不管输入音频信号的大小，使用本短路检测电路均可以检测到短路信号，可以对D类音频功率放大器内的 MOS管Q1、MOS管Q2起到最大的保护作用。极大的减少生产过程中和用户使用过程中 MOS管Q1、MOS管Q2的损坏，有利于提高企业的利润率和企业口碑。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为D类音频功率放大器的传统保护电路工作原理图。

图2为本发明一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1、图2所示，本发明一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路，所述短路检测电路接入D类音频功率放大器的输出端，所述短路检测电路通过比较器U1A接出至D类音频功率放大器的驱动控制器；所述短路检测电路包括高通滤波器、放大器U2A、整流器D1；

所述高通滤波器包括电容C1、电感L1，所述电容C1一端连接D类音频功率放大器的输出端、电容C1另一端连接电感L1一端，电感L1另一端接地；所述电容C1、电感L1的公共点通过电阻R3连接放大器U2A的反向输入端，放大器U2A的同向输入端接地，放大器 U2A的输出端连接整流器D1，所述整流器D1输出后的电流作为检测值VDEC，并返回至比较器U1A的反向输入端；

还包括电容C2、电阻R4，所述电容C2、电阻R4均与所述放大器U2A并联。

本实施例中，还包括电容C3，所述电容C3一端连接所述整流器D1的输出端、另一端接地；电容C3的作用之一是对整流后的信号滤波，另外一个作用是保持直流电压。所述电容C3的容量为0.1uF。

本实施例中，还包括电阻R5，所述电阻R5与电容C3并联，所述电阻R5一端连接所述整流器D1的输出端、另一端接地；所述电阻R5的作用是泄放掉电容C3上的电压。电阻R5 的值决定D类功率放大器重复启动的周期。所述电阻R5的阻值为1KΩ。

本实施例中，所述比较器U1A的同向输入端接入参考电压VREF，所述比较器U1A的输出端连接所述驱动控制器。

本实施例中，所述高通滤波器的截止频率为106KHz，基本满足所有D类功放的载波频率。所述电感L1的感量为1.5uH，电容C1的容量为1uF。

本实施例中，所述电阻R3的阻值为10KΩ，电阻R4的阻值为20KΩ。

本实施例中，所述放大器U2A的型号为LM311。

工作原理是：

从D类功率放大器的原理可以看出：“无论功放有没有信号输入，载波频率(400KHz)始终存在。”从实际产品测试，这个400KHz从功率输出端输出的值＞0.8V(RMS)。利用这个一直存在的载波频率(400KHz)。只要短路，这个频率变为“0”。0.8V(RMS)也为“0”。

本发明包括高通滤波器、放大器U2A、整流器D1，通过高通滤波器把D类音频功率放大器的输出端分离出开关载波信号，即将400KHz分离出来；再通过放大器U2A对分离出的开关滤波信号进行放大处理，放大载波频率信号，这个是为了满足载波频率信号有区别的D类功率放大器，放大到可以进行整流，放大倍数为-R4/R3；接着通过整流器D1将载波频率信号转换成直流；

基于D类音频功率放大器的输出POUT，没有对地GND短路时，检测值VDEC一定是一个相对固定值；并且大于参考电压VREF；此时比较器U1A处于稳态。

当于D类音频功率放大器的输出POUT，对地GND短路时，放大器U2A的输出为0；检测值VDEC为0；并且小于参考电压VREF。此时比较器U1A发生翻转，驱动控制器关闭 D类音频功率放大器内的MOS管Q1、MOS管Q2，起到保护MOS管Q1、MOS管Q2的作用。

本发明结构简单、合理，应用于D类音频功率放大器在任何时间短路，都能够及时关闭驱动电路。

实施例2

如图1、图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种新型D类音频功率放大器，所述D类音频功率放大器包括驱动控制器、电阻R1、电阻R2，MOS管Q1、 MOS管Q2、比较器U1A，还包括实施例1所述的一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路，所述驱动控制器一端连接电阻R1，电阻R1连接MOS管Q1的G极、MOS管Q1的 D极连接电源正极、MOS管Q1的S极连接MOS管Q2的D极，所述驱动控制器另一端连接电阻R2，电阻R2连接MOS管Q2的G极、MOS管Q2的S极连接电源负极，MOS管 Q2的D极与MOS管Q1的S极的公共端输出开关载波信号；

实施例1所述的一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路连接所述D类音频功率放大器的输出端，实施例1所述的一种新型D类音频功率放大器的短路检测电路的输出端连接比较器U1A的反向输入端，比较器U1A的同向输入端接入参考电压VREF，比较器U1A的输出端连接驱动控制器。

其中，MOS管Q1、MOS管Q2均为P沟道MOS管。

D类音频功率放大器的传统保护电路工作原理如图1所示，D类功放的基本工作原理是 PWM调制，在载波频率确定以后(比如400KHz)，脉冲宽度决定了信号的大小，随着功放输入信号的增大正脉冲宽度增大，信号小时，正脉冲宽度小。无论功放有没有信号输入，载波频率(400KHz)始终存在。工作原理：图中R3、R4均为电流检测电阻。R3、R4工作原理是一样的，现仅对R3作分析：R3上面的电压随着流过R3上的电流的增大而增大，当POUT 对地短路时，这时的电流最大，电压也到达最大值。通过比较器，当电压超过比较器的参考电压时，比较器的状态发生翻转。通过这个翻转的量去控制驱动电路，让驱动电路停止工作，从而起到保护的作用。传统音频功率放大器的保护电路检测方法稳定可行，一直用于AB类功率放大器和D类放大器。但是也有明显的缺点：

(1)只有当输入信号达到一定的值时，短路才能产生足以使比较器发生翻转的电压。

(2)如果输入的信号比较小，此时，比较器可能不会发生翻转。

(3)电容C1 C2的积分作用，会延迟这个电压的改变。

(4)在功率放大工作时，R3、R4上需要承受几安培到几十安培的电流(即足够大的电流)，所以需要大功率电阻。

在功率放大没有足够输入电压的情况下，如果发生短路，此时比较器不翻转，功率管会继续工作，发热量会明显增加，直到损坏。

因此，本发明能够解决传统电路的问题：就是D类音频功率放大器在任何时间短路，都能够及时关闭驱动电路。本发明的D类音频功率放大器无论有没有音频输入，也不管输入音频信号的大小，使用本短路检测电路均可以检测到短路信号，可以对D类音频功率放大器内的MOS管Q1、MOS管Q2起到最大的保护作用。极大的减少生产过程中和用户使用过程中 MOS管Q1、MOS管Q2的损坏，有利于提高企业的利润率和企业口碑。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。