CN101958646B - 电源补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种电源补偿装置，与电源单元相连。电源补偿装置包括侦测电路及补偿电路，侦测电路用于侦测来自信号源输入的音频信号，并在侦测到第一节奏特征的音频信号时产生第一电平信号，补偿电路用于根据第一电平信号储存能量。侦测电路还用于在侦测到第二节奏特征的音频信号时产生第二电平信号，补偿电路基于第二电平信号通过电源单元释放能量。

Description

电源补偿装置及方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种电源补偿装置及方法。

背景技术

众所周知，音频设备在播放音频信号时，在音频信号的非低重音段会消耗较低的能量，在音频信号的低重音段会消耗较高的能量。传统的音频设备，通常是采用可充电电池或稳定的直流电压源供电。

然而，可充电电池或者稳定的直流电压源只能提供恒定的电压。当音频信号处于低重音段时，上述恒定电压可能不足以驱动上述音频设备，因而导致音频信号在播放时失真。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电源补偿装置用于补偿音频信号处于低重音段时的电源电压。

还有必要提供一种可在音频信号处于低重音段时补偿电源电压的电源补偿方法。

一种电源补偿装置，与电源单元相连。电源补偿装置包括侦测电路及补偿电路，侦测电路用于侦测来自音频系统输入的音频信号，并在侦测到第一节奏特征的音频信号时产生第一电平信号，补偿电路用于根据第一电平信号储存能量。侦测电路还用于在侦测到第二节奏特征的音频信号时产生第二电平信号，补偿电路基于第二电平信号通过电源单元释放能量以增大电源单元给音频系统提供的供电电压。

一种电源补偿方法，其包括以下步骤：

侦测音频系统输出的音频信号；

当侦测到第一节奏特征的音频信号时储存能量；

当侦测到第二节奏特征的音频信号时，通过电源单元释放能量以增大电源单元提供给音频系统的供电电压。

上述电源补偿装置及方法，通过设置侦测电路及补偿电路，当侦测电路侦测到音频信号处于第一节奏特征，即音频信号处于非低重音段时，补偿电路即对电源单元输出的供电电压进行补偿，使供电电压的电压值增大，因此该电压值增大的供电电压可满足音频系统对播放处于低重音段的音频信号需要较高电压的需求。

附图说明

图1为一较佳实施方式的音频设备的功能模块图，其中该音频设备包括音频系统及电源补偿装置。

图2为图1中电源补偿装置的详细电路图。

图3为一较佳实施方式的电源补偿方法的流程图。

具体实施方式

请参阅图1，一较佳实施方式的音频设备300包括电源补偿装置100、电源单元60及音频系统200。

电源补偿装置100用于侦测音频系统200中音频信号的节奏特征，并在侦测到音频信号为第一节奏特征时储存能量，以对电源单元60提供的供电电压Vcc进行补偿，使得供电电压Vcc的电压值增大。电源补偿装置100还在侦测到音频信号为第二节奏特征时释放能量，从而该电压值增大的供电电压Vcc被提供给音频系统200，以满足音频系统200在播放处于低重音段的音频信号时对较高供电电压的需求。在本实施方式中，第一节奏特征为处于非低重音段的音频信号，第二节奏特征为处于低重音段的音频信号。

电源补偿装置100包括侦测电路30及补偿电路50。电源单元60包括恒定电压端62及供电电压端64。恒定电压端62用于给补偿电路50提供恒定电压V1。该供电电压端64用于分别给侦测电路30、补偿电路50及音频系统200提供供电电压Vcc。

音频系统200包括信号源10、信号处理单元20、功率放大单元70及扬声器80。信号处理单元20用于对信号源10提供的音频信号进行处理，如滤波、频率补偿及音效改善等，并将处理后的音频信号分别提供给侦测电路30和功率放大单元70，功率放大单元70用于对处理后的音频信号进行功率放大，以提供给扬声器80播放声音。

侦测电路30用于接收该处理后的音频信号，侦测该音频信号的节奏特征，以产生侦测电压。当音频信号为第一节奏特征，例如处于非低重音段时，侦测电压较小。当音频信号为第二节奏特征，例如处于低重音段时，侦测电压较大。

侦测电路30预先设置有一基准电压，其用于接收该侦测电压，并将侦测电压与基准电压进行比较。当侦测电压小于基准电压时，确定音频信号为第一节奏特征，即音频信号处于非低重音段，侦测电路30产生第一电平信号。当侦测电压大于基准电压时，确定音频信号为第二节奏特征，即音频信号处于低重音段，侦测电路30产生第二电平信号。在本实施方式中，第一电平信号为低电平电压信号，第二电平信号为高电平电压信号。

补偿电路50分别连接侦测电路30和电源单元60。补偿电路50用于接收恒定电压端62提供的恒定电压V1，并根据第一电平信号对电源单元60提供的供电电压Vcc进行补偿，使得该供电电压Vcc的电压值增大，并使得该供电电压Vcc维持在较高的电压值。具体地，该补偿电路50包括一电容，通过对该电容持续充电以使得供电电压Vcc的电压值增大并维持较高的电压值。

补偿电路50还用于根据第二电平信号停止对该电容充电，从而电容中储存的电能会释放，该电压值增大的供电电压Vcc被提供给音频系统200，满足了音频系统200在播放处于低重音段的音频信号时对较高供电电压的需求。因而有效地避免了现有技术中电源单元60提供的供电电压Vcc在音频信号处于低重音段时无法驱动音频系统200工作。

请参阅图2，其为一较佳实施方式的电源补偿装置100的详细电路图。

侦测电路30包括第一三极管Q1、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第一限流电阻R3、第一反馈电阻R4、第一电容C1、下拉电阻R5、控制芯片U1、第八分压电阻R13及第九分压电阻R14。

第一三极管Q1的基极连接信号处理单元20、集电极通过第一限流电阻R3连接供电电压Vcc，发射极通过第一反馈电阻R4接地。第一分压电阻R1连接于第一三极管Q1的基极与供电电压Vcc之间，第二分压电阻R2连接于第一三极管Q1的基极与地之间。在本实施方式中，第一三极管Q1为NPN型三极管。第一反馈电阻R4的作用在于稳定第一三极管Q1的工作点。

控制芯片U1具有侦测电压端42、基准电压端43及充电控制端44。第一电容C1的一端连接第一三极管Q1的集电极，另一端连接侦测电压端42。下拉电阻R5的一端连接于第一电容C1与侦测电压端42之间，另一端接地。该侦测电压端42与第一电容C1相连，该充电控制端44连接补偿电路50。基准电压端43通过第八分压电阻R13连接供电电压Vcc，基准电压端43还通过第九分压电阻R14接地，第八分压电阻R13和第九分压电阻R14共同对供电电压Vcc分压以产生基准电压，使得基准电压端43可提供基准电压。控制芯片U1用于将侦测电压端42接收到的侦测电压与基准电压进行比较，在侦测电压小于基准电压时产生第一电平信号，并在侦测电压大于基准电压时产生第二电平信号。

补偿电路50包括第二三极管Q2、第三分压电阻R6、第四分压电阻R7、第三限流电阻R8、二极管D1、第二电容C2、第五分压电阻R10、第六分压电阻R11、第七分压电阻R12、第二反馈电阻Rf及运算放大器U2。第二三极管Q2的基极通过第四分压电阻R7连接充电控制端44，发射极连接供电电压Vcc，集电极通过第三限流电阻R8连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极通过第二电容C2接地。第三分压电阻R6连接于第二三极管Q2的基极与发射极之间。运算放大器U2的同相输入端52通过第五分压电阻R10连接恒定电压V1，反相输入端54通过第七分压电阻R12接地。第六分压电阻R11的一端连接同相输入端52，另一端连接于二极管D1的阴极与第二电容C2之间。运算放大器U2的输出端56分别连接供电电压Vcc及音频系统200。第二反馈电阻Rf连接于反相输入端54与输出端56之间。在本实施方式中，第二三极管Q2为PNP型三极管。

电源补偿装置100的工作原理如下：

对于侦测电路30，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2共同对供电电压Vcc分压，使得第一三极管Q1的基极电压达到其开启电压，确保第一三极管Q1处于导通状态。同时流过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2上的电流I1为恒定电流，即

第一限流电阻R3和第一反馈电阻R4共同对供电电压Vcc分压，使得流过第一限流电阻R3和第一反馈电阻R4上的电流I2为恒定电流，即

其中Vce为第一三极管Q1导通时其集电极和发射极之间的电压差。

第一三极管Q1的基极用于接收来自信号处理单元20输入的经处理的音频信号，第一三极管Q1对该音频信号中的电流成份I3进行放大处理，由于音频信号为交流信号，电容C1通交流隔直流，使得流过电容C1的电流I4=β×I3，其中β为第一三极管Q1的放大倍数，I3为第一三极管Q1的基极电流，I4为第一三极管Q1的集电极电流。

第八分压电阻R13及第九分压电阻R14共同对供电电压Vcc分压，使得基准电压端43产生基准电压。控制芯片U1的侦测电压端42为高输入阻抗，因此电流I₄会流过下拉电阻R5，使得侦测电压端42的侦测电压为V42＝I4×R5＝β×I3×R5。当音频信号处于非低重音段时，电流I3较小，因而侦测电压V42会小于基准电压，充电控制端44输出低电平电压信号。当音频信号处于低重音段时，电流I3较大，因而侦测电压V42会大于基准电压，充电控制端44输出高电平电压信号。

对于补偿电路50，初始状态时，电容C2中没有存储电荷，连接于二极管D1的阴极与电容C2之间的节点A的电压UA=0V。由于运算放大器U2工作于虚短状态，因此同相输入端52和反相输入端54均处于高阻抗状态，且同相输入端52的电压V52等于反相输入端54的电压V54，即V52=V54。对于同相输入端52，有:

$\frac{V1-V52}{R10}=\frac{V52}{R11}$

因此V1=2V52；对于反相输入端54，有:

$\frac{\mathrm{Vcc}-V54}{\mathrm{Rf}}=\frac{V54}{R12}$

本实施方式中，Rf＝R12。因此Vcc=2V54=2V52=V1，电源单元60给音频系统200提供稳定的直流电压Vcc，且Vcc=V1。

当第二三极管Q2的基极通过电阻R7接收到低电平电压信号，即音频信号处于非低重音段时，第二三极管Q2导通，直流电压Vcc通过三极管Q2、电阻R8及二极管D1对电容C2充电，大致经过充电时间T=R8×C2，电容C2将充得一定的电荷，使得连接于二极管D1与电容C2之间的节点A的电压为UA，其中0V<UA<Vcc。对于同相输入端52，有:

$\frac{V52-V1}{R10}=\frac{\mathrm{UA}-V52}{R11}$

在本实施方式中，R10=R11，因此2V52=V1+UA。对于反相输入端54，有:

$\frac{\mathrm{Vcc}-V54}{\mathrm{Rf}}=\frac{V54}{R12}$

即Vcc=2V54=2V52=V1+UA。因此当音频信号处于非低重音段时，由于电容C2的持续充电，使得电源单元60给音频系统200提供的直流电压Vcc增大，即Vcc=V1+UA。

当第二三极管Q2的基极通过电阻R7接收到高电平电压信号，即音频信号处于低重音段时，第二三极管Q2截止，直流电压Vcc停止对电容C2充电。电容C2在音频信号处于非低重音段时存储的电能会通过电阻R11、R12及运算放大器U2释放，由于电容C2在音频信号处于非低重音段已充满电荷，使得电源单元60提供的直流电压Vcc=V1+UA，因而该电压值增大的直流电压Vcc被提供给音频系统200，以满足音频系统200在播放处于低重段的音频信号时需要较高电压的需求。避免了现有技术中，音频系统在播放处于低重音段的音频信号时因供电电压较低而无法驱动扬声器所导致的声音失真。由于音频信号处于低重音段时，电容C2中储存的电能会释放，因此可为下一周期内音频信号处于非低重音段时对电容C2充电以储存电能作好准备。

请参阅图3，一较佳实施方式的电源补偿方法400包括以下步骤：

步骤402，侦测电路30侦测输入的音频信号的节奏特征，以产生侦测电压。

步骤404，侦测电路30还将侦测电压与一预设的基准电压进行比较，以判断侦测电压是否小于基准电压，并产生与输入的音频信号的节奏特征相对应的电平信号。

步骤405，当侦测电压小于基准电压时，即输入的音频信号为第一节奏特征，补偿电路50接收来自侦测电路30输入的低电平电压信号，以储存能量，使得电源单元60提供的供电电压增大。在本实施方式中，补偿电路50包括一电容，通过对该电容持续充电的方式以储存能量。

步骤406，当侦测电压大于基准电压时，即输入的音频信号为第一节奏特征，补偿电路50接收来自侦测电路30输入的高电平电压信号，以释放能量，因此该电压值增大的供电电压被提供给音频系统200，以满足音频系统200在播放处于重音段的音频信号时对较高电压的需求。同时，由于补偿电路50已释放能量，可为下一周期内的处于非重音段的音频信号储存能量作好准备。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种电源补偿装置，与电源单元相连，其特征在于：该电源补偿装置包括侦测电路及补偿电路，该侦测电路用于侦测来自音频系统输入的音频信号，并在侦测到第一节奏特征的音频信号时产生第一电平信号，该补偿电路用于根据第一电平信号储存能量，该侦测电路还用于在侦测到第二节奏特征的音频信号时产生第二电平信号，该补偿电路基于第二电平信号通过电源单元释放能量以增大电源单元给音频系统提供的供电电压；该侦测电路对来自信号源输入的音频信号进行侦测，以产生侦测电压；该电源单元还包括用于提供供电电压的供电电压端，该侦测电路包括控制芯片、第八分压电阻及第九分压电阻，该控制芯片具有用于提供基准电压的基准电压端、侦测电压端及充电控制端，该侦测电压端用于接收侦测电压，该充电控制端连接补偿电路，该基准电压端通过第八分压电阻连接供电电压端，该基准电压端还通过第九分压电阻接地，该第八分压电阻和第九分压电阻共同对供电电压进行分压，以产生所述基准电压，该控制芯片用于将侦测电压与基准电压进行比较，在侦测电压小于基准电压时产生第一电平信号，并在侦测电压大于基准电压时产生第二电平信号。

2.如权利要求1所述的电源补偿装置，其特征在于：该侦测电路还用于将侦测电压与一预设的基准电压进行比较，在侦测电压小于基准电压时即确定侦测到第一节奏特征的音频信号，并在侦测电压大于基准电压时即确定侦测到第二节奏特征的音频信号，该第一节奏特征的音频信号为处于非低重音时的音频信号，该第二节奏特征的音频信号为处于低重音时的音频信号。

3.如权利要求1所述的电源补偿装置，其特征在于：该补偿电路包括电容及三极管，该三极管用于接收第一电平信号而导通，以通过对电容充电的方式储存能量，该三极管还用于接收第二电平信号而截止，以通过电容放电的方式释放能量。

4.如权利要求1所述的电源补偿装置，其特征在于：该侦测电路还包括第一三极管、第一分压电阻、第二分压电阻、第一限流电阻、第一反馈电阻、第一电容及下拉电阻，该第一三极管的基极接收该音频信号，集电极通过第一限流电阻连接供电电压端，发射极通过第一反馈电阻接地，该第一分压电阻连接于第一三极管的基极与供电电压端之间，该第二分压电阻连接于第一三极管的基极与地之间，该第一电容的一端连接第一三极管的集电极，另一端连接侦测电压端，该下拉电阻的一端连接于第一电容与侦测电压端之间，另一端接地。

5.如权利要求4所述的电源补偿装置，其特征在于：该电源单元还包括用于给补偿电路提供恒定电压的恒定电压端，该补偿电路包括第二三极管、第三分压电阻、第四分压电阻、第三限流电阻、二极管、第二电容、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻、第二反馈电阻及运算放大器，该第二三极管的基极通过第四分压电阻连接充电控制端，发射极连接供电电压端，集电极通过第三限流电阻连接二极管的阳极，二极管的阴极通过第二电容接地，第三分压电阻连接于第二三极管的基极与发射极之间，运算放大器的同相输入端通过第五分压电阻连接该恒定电压端，反相输入端通过第七分压电阻接地，第六分压电阻的一端连接同相输入端，另一端连接于二极管的阴极与第二电容之间，运算放大器的输出端分别连接供电电压端，第二反馈电阻连接于反相输入端与输出端之间。

6.如权利要求5所述的电源补偿装置，其特征在于：该第五分压电阻和第六分压电阻的阻值相等，该第七分压电阻和第二反馈电阻的阻值相等。

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