CN101741319A - D类音讯放大器的热调节装置及方法与具有热调节的d类音讯放大器 - Google Patents
D类音讯放大器的热调节装置及方法与具有热调节的d类音讯放大器 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于D类音讯放大器的热调节装置，包括一热感测电路和一自动增益控制电路，其特征在于：所述热感测电路监视所述D类音讯放大器的工作温度，在所述工作温度高于一默认值时触发一过热信号；所述自动增益控制电路根据所述过热信号降低所述D类音讯放大器的增益。本发明的D类音讯放大器的热调节装置及方法具有避免D类音讯放大器的工作温度过高和减轻在音乐播放中聆听者不适感的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种D类放大器，具体地说，是一种用于D类音讯放大器的过热保护措施(Over Temperature Protection；OTP)。
背景技术
一般D类音讯放大器设有过热保护电路，用来防止其过热受损或烧毁。如图1所示，过热保护电路12在侦测到放大器的工作温度超过默认值(通常为150℃)时，发出信号shutdown关闭闸极驱动器10。此机制虽然能保护放大器不烧毁，但也造成供应负载11的电流瞬间截止，因而产生爆音(pop)，令使用者在听觉上产生不适感。
为减低爆音，已知的D类音讯放大器设置滤波器滤除爆音。但即使消除了爆音，在音乐播放中发生的瞬间终止仍会强烈地令聆听者感到不悦。
因此已知的D类音讯放大器的过热保护装置存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种用于D类音讯放大器的热调节装置。
本发明的另一目的，在于提出一种用于D类音讯放大器的热调节方法。
本发明的又一目的，在于提出一种具有热调节的D类音讯放大器。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种用于D类音讯放大器的热调节装置，包括一热感测电路和一自动增益控制电路，其特征在于：
所述热感测电路监视所述D类音讯放大器的工作温度，在所述工作温度高于一默认值时触发一过热信号；
所述自动增益控制电路根据所述过热信号降低所述D类音讯放大器的增益。
本发明的热调节装置还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的热调节装置，其中还包括一定时器耦接所述热感测电路及自动增益控制电路，在所述过热信号持续达一预设时间后，触发一第二过热信号给所述自动增益控制电路以再次降低所述增益。
前述的热调节装置，其中更包括一第二热感测电路耦接所述自动增益控制电路，在所述工作温度高于一第二默认值时触发一第二过热信号给所述自动增益控制电路以再次降低所述增益。
前述的热调节装置，其中所述热感测电路包括：
一BJT；
一电流源耦接所述BJT，提供一电流给所述BJT；
一侦测所述BJT的基-射极电压的电路耦接所述BJT，在所述基-射极电压低于一门坎值时触发所述过热信号。
前述的热调节装置，其中所述BJT为PNP晶体管。
一种用于D类音讯放大器的热调节方法，其特征在于包括下列步骤：
第一步骤：监视所述D类音讯放大器的工作温度；
第二步骤：在所述工作温度高于一默认值时触发一过热信号；
第三步骤：根据所述过热信号降低所述D类音讯放大器的增益。
本发明的热调节方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的调节方法，其中所述监视所述D类音讯放大器的工作温度的步骤包括监视一BJT的基-射极电压。
前述的调节方法，其中还包括下列步骤：
第一步骤：在所述过热信号持续达一预设时间后触发一第二过热信号；
第二步骤：根据所述第二过热信号再次降低所述增益。
前述的调节方法，其中更包括下列步骤：
第一步骤：在所述工作温度高于一第二默认值时触发一第二过热信号；
第二步骤：根据所述第二过热信号再次降低所述增益。
一种具有热调节的D类音讯放大器，包括一前置放大级，一PWM电路和一过热保护电路，其特征在于：
所述前置放大级，具有一增益，用以放大一输入；
所述PWM电路，耦接所述前置放大级，根据所述放大的输入产生PWM信号；
所述过热保护电路，耦接所述前置放大级，在所述工作温度高于一默认值时触发一过热信号令所述前置放大级降低所述增益。
前述的D类音讯放大器，其中所述过热保护电路包括：
一热感测电路，用以触发所述过热信号；
一定时器，耦接所述热感测电路，在所述过热信号持续达一预设时间后，触发一第二过热信号给所述前置放大级以再次降低所述增益。
前述的D类音讯放大器，其中所述热感测电路包括：
一BJT；
一电流源耦接所述BJT，提供一电流给所述BJT；
一侦测所述BJT的基-射极电压的电路，在所述基-射极电压低于一门坎值时触发所述过热信号。
前述的D类音讯放大器，其中所述BJT为PNP晶体管。
前述的D类音讯放大器，其中所述过热保护电路包括：
一第一热感测电路，用以触发所述过热信号；
一第二热感测电路，在所述工作温度高于一第二默认值时触发一第二过热信号给所述前置放大级以再次降低所述增益。
前述的D类音讯放大器，其中所述第一热感测电路包括：
一BJT；
一电流源耦接所述BJT，提供一电流给所述BJT；
一侦测所述BJT的基-射极电压的电路，在所述基-射极电压低于一门坎值时触发所述过热信号。
前述的D类音讯放大器，其中所述BJT为PNP晶体管。
前述的D类音讯放大器，其中所述第二热感测电路包括：
一BJT；
一电流源耦接所述BJT，提供一电流给所述BJT；
一侦测所述BJT的基-射极电压的电路，在所述基-射极电压低于一门坎值时触发所述第二过热信号。
前述的D类音讯放大器，其中所述BJT为PNP晶体管。
采用上述技术方案后，本发明的D类音讯放大器的热调节装置及方法与具有热调节的D类音讯放大器具有以下优点：
1.避免D类音讯放大器的工作温度过高。
2.由于先经增益降低控制，放大器停止工作的机率大为降低，在音乐播放中可将聆听者的不适感减轻到最小程度。
附图说明
图1为已知的D类音讯放大器的过热保护电路的示意图；
图2为本发明的热调节装置应用在D类音讯放大器的的实施例示意图；
图3为本发明的热感测电路的实施例示意图；
图4为本发明的多步阶热调节装置的实施例示意图；
图5为本发明的自动增益控制电路的实施例示意图；
图6为本发明的热调节装置的另一实施例示意图；
图7为应用本发明的热调节装置的D类音讯放大器的仿真输出示意图；
图8为本发明的D类音讯放大器的实施例示意图。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
现请参阅图2，图2为本发明实施例的系统方块图，热调节装置14包括热感测电路15与自动增益控制电路16，音源信号Vin经自动增益控制电路16放大为kVin输入脉宽调变(Pulse Width Modulatin；PWM)电路18，产生PWM信号给闸极驱动器10。热感测电路15监视所述D类音讯放大器的工作温度，当工作温度超过默认值，例如100℃时，触发过热信号TS，令自动增益电路16降低放大器的增益k，因而缩小PWM电路18的输入，造成放大器的输出衰减如波形19所示。藉此预先降低增益的机制，避免D类音讯放大器的工作温度过高。
热跑脱(thermal escape)是指双极性接面晶体管(BJT)在温度上升时，其PN接面的漏电流增加，导致基-射极电压(VBE)下降，且由于漏电流增大，BJT的温度持续升高，使得基-射极电压(VBE)进一步降低。本发明利用此特性设计一热感测电路15如图3所示，电流源20提供电流给PNP晶体管24，电阻Rhys和Rs串联在PNP晶体管24的射极和基极之间，电流源20提供之电流IPTAT，p在PNP晶体管24上产生射极电流IE和射-基极电压VEB。换言之，IPTAT，p＝IE+VBE/(Rs+Rhys)，流经电阻Rhys和Rs的电流为VEB/(Rhys+Rs)。当PNP晶体管24的温度升高，射极电流IE增大而电压VEB变小。在电压VEB低于一门坎值时，非门22的输出为高(high)，因而触发过热信号TS，并开启晶体管28。晶体管28的导通造成电阻Rhys的旁通，提供迟滞的功能，同时导致PNP晶体管24的射极和基极间的串联电阻值降低，配合电流源26提供的电流IPTAT，n，强迫电流IE降低，避免PNP晶体管24因为过大的电流IE而烧毁。
另外，可设置多个热感测电路15以提供多个过热信号TS做多步阶增益控制。藉由将电阻Rs设计为不同电阻值，电阻Rhys的电阻值设计在其迟滞范围内，可使图3的热感测电路15在工作温度达到不同默认值时，触发不同的过热信号TS进行多次增益调整。如图4所示，热感测电路30在放大器的工作温度达到各预设温度时，分别触发过热信号TS、TS_105～TS_135，使自动增益控制电路32逐步降低D类音讯放大器的增益k。
图5为自动增益控制电路32的一个实施例示意图，电阻Rext_p连接反相放大器325的正输入端，电阻Rext_n连接反相放大器325的负输入端。为简化说明，仅以差动输入的正相信号Vinp部份为代表进行说明。四个电阻R串联在反相放大器325的正输入端和输出端之间，开关320～323分别与各电阻R并联。在放大器温度正常时，开关320～323皆打开；当工作温度到达100℃时，热感测电路30发出信号TS将开关320关上，因此自动增益控制电路32的增益k降低；当接收到工作温度高于105℃时的信号TS_105时，开关321也关上，增益k再次降低，如此达成多步阶增益控制。在一实施例中，增益k以-0.5dB为一级逐步下降。
图6为热调节装置14的另一实施例示意图，在热感测电路15和自动增益控制电路32之间设置一定时器34。当工作温度达到100℃时，热感测电路15触发过热信号TS使增益k降低。在过热信号TS持续为high的期间，定时器34计数，在达到0.5ms时发出第二过热信号，在达到1ms时发出第三过热信号，在达到1.5ms时发出第四过热信号，使自动增益控制电路32依序逐次降低增益k。当工作温度低于100℃以后，过热信号TS回到低准位(low)，定时器34停止计数，所有的过热信号关闭，放大器恢复成以原本的增益工作。
图7为应用热调节装置14的D类音讯放大器的仿真图，波形36表示工作温度为25℃时的输出，波形38表示工作温度为125℃时的输出。如图7所示，工作温度达到125℃时的输出波形38小于输出波形36，但放大器仍不停止工作。
图8是一个根据本发明的D类音讯放大器40，PWM电路18及前置放大级42是已知技术，低电压保护电路(UVLO)44、过电流保护电路(OCP)46、过热保护电路(OTP)12与或门48是一般此类装置包含的保护系统的主要构成，用来监视D类音讯放大器的状态，分别在电压过低、电流过大或温度过高时触发关机信号shutdown关闭D类放大器40。在本实施例中，本发明的自动增益控制电路整合在前置放大级42中，本发明的热感测电路整合在过热保护电路12中，热调节功能的门坎值温度设定为105℃、120℃、135℃和150℃。当放大器40的工作温度上升至105℃时，过热保护电路12触发过热信号TS_105令前置放大级42降低增益k；在温度上升至120℃时，过热保护电路12触发过热信号TS_120令前置放大级42再降低增益k；其它依此类推。增益k降低导致PWM电路18的输入减小，因而造成放大器40的差动输出(Lx_p-Lx_n)衰减。藉此机制，放大器40的输出将在每次工作温度达到热调节功能的温度设定值时被衰减，因而降低其工作温度。本发明的热调节装置可配合已知的过热保护电路12，在放大器40的工作温度上升至某一预设温度时，触发关机信号shutdown关闭放大器40。但由于先经过前述的增益降低控制，放大器40停止工作的机率大为降低，可以将聆听者的不适感减轻到最小。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
组件符号说明
10闸极驱动器
11负载
12OTP
14热调节装置
15热感测电路
16自动增益控制电路
18PWM电路
19输出波形
20电流源
22非门
24PNP晶体管
26电流源
28晶体管
30热感测电路
32自动增益控制电路
320开关
321开关
322开关
323开关
34定时器
36输出波形
38输出波形
40D类音讯放大器
42UVLO
44OCP
46OTP
48或门。
Claims (18)
1.一种用于D类音讯放大器的热调节装置，包括一热感测电路和一自动增益控制电路，其特征在于：
所述热感测电路监视所述D类音讯放大器的工作温度，在所述工作温度高于一默认值时触发一过热信号；
所述自动增益控制电路根据所述过热信号降低所述D类音讯放大器的增益。
2.如权利要求1所述的热调节装置，其特征在于，还包括一定时器耦接所述热感测电路及自动增益控制电路，在所述过热信号持续达一预设时间后，触发一第二过热信号给所述自动增益控制电路以再次降低所述增益。
3.如权利要求1所述的热调节装置，其特征在于，更包括一第二热感测电路耦接所述自动增益控制电路，在所述工作温度高于一第二默认值时触发一第二过热信号给所述自动增益控制电路以再次降低所述增益。
4.如权利要求1所述的热调节装置，其特征在于，所述热感测电路包括：
一BJT；
一电流源耦接所述BJT，提供一电流给所述BJT；
一侦测所述BJT的基-射极电压的电路耦接所述BJT，在所述基-射极电压低于一门坎值时触发所述过热信号。
5.如权利要求4所述的热调节装置，其特征在于，所述BJT为PNP晶体管。
6.一种用于D类音讯放大器的热调节方法，其特征在于包括下列步骤：
第一步骤：监视所述D类音讯放大器的工作温度；
第二步骤：在所述工作温度高于一默认值时触发一过热信号；
第三步骤：根据所述过热信号降低所述D类音讯放大器的增益。
7.如权利要求6所述的热调节方法，其特征在于，所述监视所述D类音讯放大器的工作温度的步骤包括监视一BJT的基-射极电压。
8.如权利要求6所述的热调节方法，其特征在于，还包括下列步骤：
第一步骤：在所述过热信号持续达一预设时间后触发一第二过热信号；
第二步骤：根据所述第二过热信号再次降低所述增益。
9.如权利要求6所述的热调节方法，其特征在于，更包括下列步骤：
第一步骤：在所述工作温度高于一第二默认值时触发一第二过热信号；
第二步骤：根据所述第二过热信号再次降低所述增益。
10.一种具有热调节的D类音讯放大器，包括一前置放大级，一PWM电路和一过热保护电路，其特征在于：
所述前置放大级，具有一增益，用以放大一输入；
所述PWM电路，耦接所述前置放大级，根据所述放大的输入产生PWM信号；
所述过热保护电路，耦接所述前置放大级，在所述工作温度高于一默认值时触发一过热信号令所述前置放大级降低所述增益。
11.如权利要求10所述的D类音讯放大器，其特征在于，所述过热保护电路包括：
一热感测电路，用以触发所述过热信号；
一定时器，耦接所述热感测电路，在所述过热信号持续达一预设时间后，触发一第二过热信号给所述前置放大级以再次降低所述增益。
12.如权利要求11所述的D类音讯放大器，其特征在于，所述热感测电路包括：
一BJT；
一电流源耦接所述BJT，提供一电流给所述BJT；
一侦测所述BJT的基-射极电压的电路，在所述基-射极电压低于一门坎值时触发所述过热信号。
13.如权利要求12所述的D类音讯放大器，其特征在于，所述BJT为PNP晶体管。
14.如权利要求10所述的D类音讯放大器，其特征在于，所述过热保护电路包括：
一第一热感测电路，用以触发所述过热信号；
一第二热感测电路，在所述工作温度高于一第二默认值时触发一第二过热信号给所述前置放大级以再次降低所述增益。
15.如权利要求14所述的D类音讯放大器，其特征在于，所述第一热感测电路包括：
一BJT；
一电流源耦接所述BJT，提供一电流给所述BJT；
一侦测所述BJT的基-射极电压的电路，在所述基-射极电压低于一门坎值时触发所述过热信号。
16.如权利要求15所述的D类音讯放大器，其特征在于，所述BJT为PNP晶体管。
17.如权利要求14所述的D类音讯放大器，其特征在于，所述第二热感测电路包括：
一BJT；
一电流源耦接所述BJT，提供一电流给所述BJT；
一侦测所述BJT的基-射极电压的电路，在所述基-射极电压低于一门坎值时触发所述第二过热信号。
18.如权利要求17所述的D类音讯放大器，其特征在于，所述BJT为PNP晶体管。
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