CN101267166B

CN101267166B - 音响功放系统开关电源

Info

Publication number: CN101267166B
Application number: CN2008100259595A
Authority: CN
Inventors: 汪军; 程绍玉; 章国宝; 张平伟
Original assignee: FOSHAN SHUNDE REALDESIGN ELECTRONICS INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: Guangdong Real Design Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2028-01-22
Also published as: CN101267166A

Abstract

本发明涉及应用于音响功放系统的开关电源，其特征是：包括输入电路、变换电路、输出电路、检测电路、保护电路、控制电路、功率检测电路和辅助电源；所述输入电路的输出端通过变换电路连接输出电路的输入端及直接连接功率检测电路的输入端、检测电路的输入端和保护电路的输入端；所述检测电路的输出端、功率检测电路的输出端和保护电路的输出端分别连接控制电路的一个信号输入端，控制电路的输出端连接变换电路的控制信号输入端，检测电路和保护电路输入端连接后连接输出电路的一个输出端；辅助电源的输出端分别连接控制电路和功率检测电路的电源输入端。本发明能够随着负载的变化自动调整输出电压，自动降低内部损耗，具有功耗低、可靠性高、成本较低、易于市场推广的有益效果。

Description

音响功放系统开关电源

技术领域

本发明涉及一种开关电源，特别是涉及一种音响功放系统开关电源。属于音响开关电源技术领域。

背景技术

开关电源因电源中起调整稳压控制功能的器件始终以开关方式工作而得名。它是利用现代电力电子技术，通过控制开关管通断的时间比率来维持输出电压稳定的一种电源。因其具有体积小、重量轻、功耗低、效率高、纹波小、噪声低、智能化程度高、易扩容等优良特性，而广泛应用于各种电子设备上。现在市场上的音响功放系统多数采用工频变压器。随着原材料(主要是铜)价钱的不断上涨，传统工频电源的成本优势愈来愈不明显，其功耗高、体积大、效率低等缺点更加突出。由于音响功放系统要求电源随着负载的变化，对输出功率智能检测并自动调整输出电压。目前已有的普通开关电源在负载变化时输出稳定的电压，不适合音响功放系统的应用。如果普通开关电源应用于音响功放系统，将会带来如下问题：1.开关电源输出电压将不能随着负载变化而动态变化，不能满足音响功放系统的动态响应要求。2.当输出功率过大时，音响功放系统内部损耗很大，电路功率器件过热甚至烧毁电路。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种音响功放系统开关电源，它能够满足音响功放系统的动态响应要求，使音响功放系统在大功率工作时降低内部损耗，并且其电路简单，制造成本较低，能够较好的取代工频电源。

本发明的目的通过以下措施达到：

音响功放系统开关电源，其结构特点是：包括输入电路、变换电路、输出电路、检测电路、保护电路、控制电路、功率检测电路和辅助电源；所述输入电路的输出端通过变换电路连接输出电路的输入端及直接连接功率检测电路的输入端、检测电路的输入端和保护电路的输入端；所述检测电路的输出端、功率检测电路的输出端和保护电路的输出端分别连接控制电路的一个信号输入端，控制电路的输出端连接变换电路的控制信号输入端，检测电路和保护电路输入端连接后连接输出电路的一个输出端；辅助电源的输出端分别连接控制电路和功率检测电路的电源输入端。

交流输入经输入电路整流滤波，然后经过变换电路和输出电路逆变二次整流滤波输出平滑的直流电压。检测电路对输出电压取样反馈回控制电路形成闭环控制。保护电路检测过压过流信号，来闭锁控制电路的脉宽调制(PWM)控制器的输出，保护电源系统的安全。功率检测电路检测过功率信号，动态调节输出电压，降低内部损耗。辅助电源为控制电路和功率检测电路供电。

本发明的一种实施方式是：输入电路由插座CN2，电阻R8、R9、R10，电容C1、C2、C3、C4，电感L5、L6、L12、L13，保险丝F1，热敏电阻NTC1，整流桥DB1，压敏电阻ZNR1组成。

本发明的一种实施方式是：变换电路为半桥变换电路，主要由电解电容EC1、EC2、三极管Q1、Q2、变压器T1、T3、电流互感器T4、T5、防偏磁电容C5及电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R51、R52，电容C5、C6、C32、C33、C34，二极管D10、D11、D12、D13、D27、D28连接而成。

本发明的一种实施方式是：输出电路由电阻R1、R2、R3、R4，电容C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18，二极管D1、D2、D3、D4，电解电容EC5、EC6、EC7、EC8、EC9、EC10、EC11、EC12，变压器T1，电感L1、L2、L3、L4组成。

本发明的一种实施方式是：辅助电源由电阻R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50，精密电阻RJ15，电容C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31，二极管D21、D22、D23、D24、D25、D26，电解电容EC20、EC21、EC22、EC23、EC24、EC25、EC26、EC27、EC28，变压器T2，电感L8、L9、L10、L11，电流型脉宽调制(PWM)控制器IC3，三端可调分流基准源IC4，三端稳压芯片IC5，光电耦合器U1，E1、E2组成。

本发明的一种实施方式是：检测电路和保护电路包括检测电路、过流保护电路和过压保护电路；检测电路包括RJ1、RJ2、RJ8构成+35V输出的检测电路，RJ8上的取样电压连接控制电路中的脉宽调制控制器TL494的1脚；过流保护电路由T4、R28、R29、R30、D17、EC16组成；过压保护电路由D5、ZD3、ZD6、ZD4、R5、R53、Q5组成。

本发明的一种实施方式是：功率检测电路由电流取样单元、信号转化单元、整流滤波单元、基准电压单元、电压比较单元、延时单元和滞环单元连接而成；电流取样单元的输入端连接输入电路的输出端，电流取样单元的输出端通过信号转化单元、整流滤波单元连接电压比较单元的一个比较输入端，电压比较单元的输出端连接延时单元的输入端，延时单元的输出端通过滞环单元连接基准电压单元的输入端，基准电压单元的输出端连接电压比较单元的一个比较输入端；控制电路由取样电压单元、基准设定单元、误差放大单元和PWM控制单元连接而成；基准设定单元的输入端连接延时单元的输出端，基准设定单元的输出端、取样电压单元的输出端各连接误差放大单元的一个输入端，误差放大单元的输出端连接PWM控制单元的输入端。

本发明的一种实施方式是：控制电路包括一个脉宽调制控制器，脉宽调制控制器内部误差放大器的反相输入端通过由电阻RJ3、RJ4、RJ7、RJ9、RJ10分别组成的分压网络及三极管Q6与功率检测电路的信号输出端连接，其同相输入端连接检测电路输出的采样电压。

本发明的有益效果是：

1、本发明由于在普通的开关电源基础上增加功率检测电路，并且在控制电路中增加了动态电压控制功能，使开关电源能够随着负载的变化自动调整输出电压，使音响功放系统在大功率工作时降低内部损耗，因此，采用本发明能提高音响功放系统用电的效率，降低功耗，提高功放系统的可靠性。

2、本发明还具有电路简单、体积小、成本较低、易于市场推广的有益效果。

说明书附图

图1是本发明的电路原理框图。

图2是本发明的功率检测电路和控制电路原理框图。

图3是本发明的输入电路的电路图。

图4是本发明的变换电路的电路图。

图5是本发明的输出电路的电路图。

图6是本发明的辅助电源的电路图。

图7是本发明功率检测电路的电路图。

图8本发明的检测、保护与控制电路的电路图。

具体实施方式

具体实施例

参照图1，本实施例包括输入电路、变换电路、输出电路、检测电路、保护电路、控制电路、功率检测电路和辅助电源；所述输入电路、变换电路和输出电路依次连接；所述检测电路的信号输入端与输出电路的信号输出端连接；所述保护电路信号输入端分别连接输入电路的信号输出端和输出电路的信号输出端；功率检测电路的信号输入端与输入电路的信号输出端连接；所述控制电路的信号输入端分别连接检测电路、保护电路和功率检测电路的信号输出端，其信号输出端连接变换电路的信号出入端；所述辅助电源的信号输出端分别连接控制电路和功率检测电路的信号输入端。

参照图2，应用于音响功放系统的开关电源的功率检测和输出电压动态控制的具体实现过程如下：

功率检测电路通过检测开关电源主变压器原边电流来监测输出功率。主变压器原边电流信号通过电流互感器被采样，电流采样信号通过串接电阻，并经二极管和电容电阻组成的整流滤波电路，转化为电压信号。电压信号与输出功率成正比。此电压信号通过电压比较器与基准设定电压进行比较，并经RC电路延时(防止电路抖动引起的过功率控制误动作)，产生过功率信号。过功率信号一路经三极管和分压电阻组成的滞环比较电路反馈回电压比较器的基准电压设定端，使得当过功率信号驱动控制电路降低输出电压，输出功率也随之降低时，电流采样电路能迅速反映，升高输出电压。过功率信号另一路经过放大，通过导通三极管来改变控制电路中基准设定电压的分压网络，此基准设定电压与脉宽调制控制器内部误差放大器的反相输入端相连，开关电源输出的采样电压则与同相输入端相连。控制电路检测到过功率信号时，三极管导通，分压网络改变，基准设定电压降低，输出取样电压与降低后的基准设定电压进行误差比较放大，使脉宽调制控制器的输出占空比降低，进而降低开关电源的输出电压，达到功率智能识别，电压自动调整，控制系统内部损耗的目的。

以下结合附图对本发明的各部分电路进行详细描述：

电路图中的CN为插座，R为电阻，RJ为精密电阻，L为电感，C为无极性电容，EC为电解电容，D二极管，Q为三极管，ZD为稳压管，F为保险丝，NTC为热敏电阻SCK2R55A，ZNR为压敏电阻14D561，T1、T2、T3为变压器，T4和T5为电流互感器，DB为整流桥KBU610，IC1为电压型脉宽调制(PWM)控制器TL494，IC2为电压比较器LM393，IC3为电流型脉宽调制(PWM)控制器Viper22，IC4为三端可调分流基准源TL431，IC5为三端稳压芯片7805，U1为光电耦合器PC817。

1、输入电路

参照图3，输入电路由插座CN2，电阻R8、R9、R10，电容C1、C2、C3、C4，电感L5、L6、L12、L13，保险丝F1，热敏电阻NTC1，整流桥DB1，压敏电阻ZNR1组成。共模电感L12、L13，共模电容C1、C2，差模电感L5、L6，差模电容C3、C4组成滤波网络，滤除来自电网的共模噪声和差模噪声，并防止开关电源产生的噪声污染电网，起到双向抑制的作用。电阻R8、R9和R10在电源不工作时为电容提供放电回路。当输入电路因某种故障输入电流过大时，保险丝F1熔断，保护电路。热敏电阻NTC1在电源上电瞬间，电阻很大，流过电流很小，随着电阻发热，温度上升，电阻值呈指数关系下降，起到开机瞬间防止浪涌电流冲击，保护电路的作用。压敏电阻ZNR1两端电压出现过压时，电阻值会迅速减少，流过ZNR1电流迅速增大，熔断保险丝，保护后级电路。经过滤波的交流电通过整流桥DB1整流，得到+300V左右的直流电压。

2、变换电路

参照图4，变换电路为半桥变换电路，它主要由EC1、EC2、Q1、Q2、T1原边绕组、T3副边绕组、防偏磁电容C5组成。主要元件包括电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R51、R52，电容C5、C6、C32、C33、C34，二极管D10、D11、D12、D13、D27、D28，电解电容EC1、EC2、EC3、EC4，变压器T1、T3，电流互感器T4、T5，三极管Q1、Q2。进入工作状态后，功率开关管Q1、Q2在驱动脉冲的作用下轮流导通。当Q1导通、Q2截止时，+300V直流电压和EC1放电电流经Q1的c、e极→T2副边的3、5脚绕组→T1原边绕组→C5→EC2，形成对EC2的充电回路。充电电流在T1原边绕组产生下正上负的感应电动势。当Q1导通而Q2截止时，EC2经C5→T1原边绕组→T2副边的3、5脚绕组→Q2的c、e极→GND形成放电回路，该回路电流还包括300V直流电对EC1形成的充电电流。放电电流在T1原边绕组产生上正下负的感应电动势。Q1、Q2交替导通，T1原边绕组中均有电流流过，且大小相等，方向相反。并在T1各次级绕组中产生大小相等，方向相反的双向感应电压。

R11、R12、R13、R14与EC1和EC2相连，使EC1和EC2最大充电电压一致。C5为防偏磁电容，在Q1、Q2工作不对称时，防止T1出现磁饱和现象。D10、D11分别为Q1、Q2的反相击穿保护二极管。R51、D27、C33构成RC缓冲电路，当Q1关断瞬间，C33通过D27充电，使得Q1的集电极电流有了泄放分路，集电极电流能较快的减小，保护了Q1，当Q1导通时，C33通过R51和Q1放电。同理，R52、D28、C34构成了Q2的缓冲电路。C6和R15组成抗干扰支路，用以消除Q1、Q2交替导通所产生的高频尖峰干扰。D12、R20、EC3构成加速电路，使驱动脉冲驱动Q1、Q2迅速的导通或关断。

3、输出电路

参照图5，输出电路由电阻R1、R2、R3、R4，电容C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18，二极管D1、D2、D3、D4，电解电容EC5、EC6、EC7、EC8、EC9、EC10、EC11、EC12，变压器T1，电感L1、L2、L3、L4组成。T1副边的5、6、7脚绕组中的感应电动势经D1全波整流，C8、L2、C9、EC5、EC7滤波后输出+19V的直流电压。R1、C7组成尖峰吸收电路，消除高频干扰。同理，T1副边的8、9、10脚绕组中的感应电动势经D2全波整流，C11、L3、C12、EC6、EC8滤波后输出-19V的直流电压。R3、C10组成尖峰吸收电路，消除高频干扰。T1副边的14、15、16脚绕组中的感应电动势经D3全波整流，C15、L1、C15、EC9、EC11滤波后输出+35V的直流电压。R2、C13组成尖峰吸收电路，消除高频干扰。T1副边的11、12、13脚绕组中的感应电动势经D4全波整流，C17、L4、C18、EC10、EC12滤波后输出-35V的直流电压。R4、C16组成尖峰吸收电路，消除高频干扰。

4、辅助电源

参照图6，辅助电源由电阻R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50，精密电阻RJ15，电容C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31，二极管D21、D22、D23、D24、D25、D26，电解电容EC20、EC21、EC22、EC23、EC24、EC25、EC26、EC27、EC28，变压器T2，电感L8、L9、L10、L11，电流型脉宽调制(PWM)控制器IC3，三端可调分流基准源IC4，三端稳压芯片IC5，光电耦合器U1，E1、E2组成。电路接通电源后，+300V电压经T2的原边脚绕组连接到Viper22内部场效应管的漏极(5、6、7、8脚)，在其内部场效应管截止时，会在T2原边绕组两端产生大于300V的电压，利用R44、C23、D21构成防冲击电路，使其电压有一个释放回路，防止芯片击穿。+300V直流电压供给Viper22，一路经T2副边的4、5脚绕组逆变成高频的交流电压，经D22整流，EC29滤波，作为Viper22工作的供电电压。另外几路经T2副边的其他绕组经二极管整流，LC滤波，得到VSB、+45V、±9V和AC3V电压，+9V再经三端稳压芯片7805输出+5V。

+9V输出经RJ14和RJ15分压取样控制TL431的G极，当输出大于+9V时，TL431的G极电压大于2.5V，TL431的A极和K极导通，使光耦PC817的A、K极导通，光耦发射光增强，光耦的接收端把光信号转化为电流信号，通过Viper22的3脚，去控制芯片内部场效应管的开关频率，从而控制辅助电源输出电压稳定。

5、检测电路和保护电路

参照图8，RJ1、RJ2、RJ8构成+35V输出的检测电路，RJ8上的取样电压连接控制电路中的脉宽调制控制器TL494的1脚。

T4、R28、R29、R30、D17、EC16组成过流保护电路。电流互感器对原边电流信号采样，经电阻R28、R29，电流信号转化为电压信号，经D17整流，EC16滤波，连接控制电路中的脉宽调制控制器TL494的16脚。当流经T1原边绕组电流过大时，16脚的电压上升，闭锁TL494的输出，保护电路。

D5、ZD3、ZD6、ZD4、R5、R53、Q5组成过压保护电路。当+35V一路输出电压过高稳压二极管ZD3、ZD6、ZD4齐纳击穿，Q5导通，控制电路中的脉宽调制控制器TL494内部误差放大器II的同相端(16脚)电压迅速上升，反相端(15脚)电压迅速下降，从而闭锁TL494的输出，保护电路。

7、功率检测电路

参照图7，功率检测电路由电阻R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42、R43，精密电阻RJ11、RJ12、RJ13，电容C22，二极管D21、D22、D19、D20，电解电容EC18、EC19，变压器T5，电感L22，三极管Q7、Q8，电压比较器IC2A、IC2B组成。功率检测电路通过检测开关电源主变压器原边电流来监测输出功率。四路输出功率折算到+35V一路输出，T1原边绕组和副边14、16脚绕组匝比为1∶0.512，输出功率250W时，+35V输出电压对应电流250/35＝7.14A，T1原边绕组电流为3.66A，电流互感器T5匝比为1∶80，则T5取样电流为0.046A。串入R42(47欧姆)，产生2.14V电压。由此把检测输出功率超过250W等价于检测R42两端电压大于2.15V。

8、控制电路

参照图8，脉宽调制控制器TL494的作用是产生驱动脉冲，脉冲信号经放大、T2耦合后驱动变换电路的Q1、Q2正常工作。当TL494的12脚(电源端)上电后，其14脚输出-30V基准电压，(控制电路的参考地电压为-35V，基准电压相对参考地为+5V)并为一下电路供电或建立参考电压：

1)为功率检测电路中的电压比较器LM393的8脚(供电端)提供-30V电压。

2)经电阻RJ11、RJ12、RJ13组成的分压网络为LM393的3、6脚建立基准设定电压。

3)经电阻RJ3、RJ4、RJ7、RJ9、RJ10分别组成的分压网络为TL494的2、15脚建立基准设定电压。

TL494正常工作情况下，8、11脚输出相位相差180°的驱动脉冲信号，经Q3、Q4放大及T2耦合后，驱动Q1、Q2轮流导通工作。TL494的4脚(死区控制端)外接电容EC17，与电阻R26组成软启动电路，当电源上电时，EC17两端电压不能突变，由0V逐渐上升到+5V，4脚电压逐渐下降。4脚电压大于-32V(对参考地大于3V)时，TL494的8、11脚无输出驱动脉冲。此时Q3、Q4分别在直流偏置电阻R25、R24的作用下，处于微导通状态，两管导通电压在T3副边1、3绕组和3、4绕组产生大小相等、极性相反的感应电压，Q1、Q2因基极无正偏电压而截止，当TL494的4脚电压逐渐低于-32V时，8、11脚输出占空比逐渐增大的驱动脉冲，驱动Q1、Q2的导通，防止电源上电瞬间的浪涌冲击。C19和RJ17为外接震荡电阻电容，分别接TL494的5脚(CT)和6脚(RT)，可以设定TL494的工作频率，本电路中工作频率为30KHz。

当开关电源输出功率小于250W时，控制电路中的Q6截止，TL494的2脚(1IN-)电压由14脚(Vref)经RJ7和RJ10分压得到。输出电压+35V经RJ1、RJ2和RJ8分压，连接到TL494的1脚(1IN+)，TL494的1脚的反馈电压和2脚的设定电压通过内部误差放大器I进行比较放大，进而控制TL494的8脚(C1)和11脚(C2)输出的占空比。最终实现开关电源的电压稳定输出。当智能开关电源输出功率大于250W时，功率检测电路产生过功率信号，驱动控制电路中的Q6导通，RJ9和RJ10并联，RJ9、RJ10和RJ7组成的分压网络使TL494的2脚(IN-)基准设定电压降低，TL494的内部误差放大器I把1脚的反馈电压和2脚的基准设定电压进行比较放大，减小8脚和11脚输出的占空比，进而降低开关电源的输出电压，达到降低电源输出功率，控制系统内部损耗的目的。

Claims

1.音响功放系统开关电源，其特征是：包括输入电路、变换电路、输出电路、检测电路、保护电路、控制电路、功率检测电路和辅助电源；

1)所述输入电路的输出端通过变换电路连接输出电路的输入端及直接连接功率检测电路的输入端、检测电路的输入端和保护电路的输入端；所述检测电路的输出端、功率检测电路的输出端和保护电路的输出端分别连接控制电路的一个信号输入端，控制电路的输出端连接变换电路的控制信号输入端，检测电路和保护电路输入端连接后连接输出电路的一个输出端；辅助电源的输出端分别连接控制电路和功率检测电路的电源输入端；

2)功率检测电路由电流取样单元、信号转化单元、整流滤波单元、基准电压单元、电压比较单元、延时单元和滞环单元连接而成；电流取样单元的输入端连接输入电路的输出端，电流取样单元的输出端通过信号转化单元、整流滤波单元连接电压比较单元的一个比较输入端，电压比较单元的输出端连接延时单元的输入端，延时单元的输出端通过滞环单元连接基准电压单元的输入端，基准电压单元的输出端连接电压比较单元的一个比较输入端；控制电路由取样电压单元、基准设定单元、误差放大单元和PWM控制单元连接而成；基准设定单元的输入端连接延时单元的输出端，基准设定单元的输出端、取样电压单元的输出端各连接误差放大单元的一个输入端，误差放大单元的输出端连接PWM控制单元的输入端。