CN102201791B - Ab类音频功放功率保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明AB类音频功放功率保护装置，包含了输出管电流检测的铝线电阻,小电压转电流的微电流源回路，以及电流门限检测模块，控制输出驱动电流的模块。音频功放的功率主要包括利用铝线电阻检测输出电流，启动保护功能的过流保护；利用输出管CE压差控制输出电流的输出过压保护。输出过流保护模块主要利用输出管电流在铝线电阻上的压降，促使微电流源输出电流变大，当电流大于门限值时，电流镜工作，电流镜输出拉掉输出管的部分驱动电流，实现对输出电流的限制；输出过压保护利用并接在输出管CE之间的2个分压电阻，当小电阻上电压变大时，改变微电流源模块的输出电流，进而减小输出驱动电流，避免输出管在压差过大时输出太大电流。

Description

AB类音频功放功率保护装置

技术领域

本发明是一种利用检测输出管电流实现大功率功放功率保护装置，属于集成电路设计技术领域。

背景技术

音频放大器广泛应用于家庭影院、音响系统、立体声唱机、伺服放大器等电子系统中。人们在追求高保真度音频功放的同时，也希望功放有大的输出功率和高效率。

大功率的音频功放输出电流均大于1A，功率越大，输出电流亦越大。当有大电流长期流过输出功率管时，尤其是发生输出短路时，会使输出功率管烧坏。因此必须有过流保护电路，限制最大输出电流，保护输出管。其次在不同的电压情况下，输出管的最大输出电流能力亦有所不同，若只限制输出管电流为一特定的电流，则当电源电压变化时，即使存在限流保护电路，输出功率管亦有可能烧坏。因此功放输出管不仅需要过流保护亦需要对在不同的电压下，该保护的电流亦要发生改变。因此我们在输出管的保护电路设计为功率保护功能，即当电源电压高时，保护电流降低；电源电压低时，保护电流增大，以此来保证输出功率管不被烧坏。

目前，市场上销售的大量功放类电路不具有此类保护功能，功放系统的保护主要靠外围分立元件构成的保护回路或使用专用的功放类保护集成电路完成。外围分立元件保护电路结构复杂，一致性差，实现的保护功能不够精确；专用功放保护电路，功能比分立元件电路全，实现精度较高，一致性得到了大幅提高，但需要增加一块IC。本文所阐述的保护结构完全集成于功放IC内部，简化了外围回路，实现的保护功能全面，保护精度最高，且一致性好。

发明内容

利用输出管串接电阻的方法，检测输出功率管上流过的电流大小；利用输出管CE之间并接电阻，检测输出管CE电压，完成对输出功率管的功率保护功能。

技术问题：本发明的目的是利用限制输出管电流来完成对输出管的保护，避免输出管烧坏。大功率功放输出电流较大，直接使用限流电阻会严重影响功放的输出功率及降低功放的效率，因此检测输出电流的电阻越小越好。0.1欧姆以下的电阻在集成电路中是很难实现的，为了解决该问题本发明采用寄生铝线电阻的方法，即靠铝线寄生电阻实现对输出管电流的检测。大功率功放都是使用推挽输出的，因此上下管都要有功率保护电路。

如图1所示为上管保护电路。R1为铝线电阻，当输出电流很小时，T3，T4，R1，R3组成微电流源， T4电流很小，在电阻R5上压降小于Vbe所以T6无电流，T6集电极接输出上管驱动电流，此时驱动电流不变；当输出电流达到一定值时，铝线电阻R1压降迫使T3基极电位降低，T4、T3组成的微电流源被破坏此时T4电流急剧增加，R5压降大于Vbe，T6电流与T4电流相同，因此输出上管驱动电流减小，输出电流降低，经该回路反馈后达到一平衡值，该值即为上管保护电流值。电阻R3，R4,T7组成上管电压检测，T8，T9组成的电流源提供T7的电流，T7饱和导通，T7电流为1/2Vcc/（R3+R4）,R3:R4=1:200,当电源电压升高，R3上压降升高，T4电流增大，T6电流变大，输出上管驱动电流减小，避免上管在大电压下输出电流过大。当输出直流对地短路时，输出上管电压保护功能启动；输出对地交流短路时，输出上管电流保护回路启动，因此该回路还具有对地保护功能。

同理，如图2所示为下管保护回路。R2为铝线电阻，当输出电流很小时，T3，T4，R2，R4组成微电流源，T4电流很小，在电阻R5上压降小于Vbe所以T6无电流，T6集电极与T7集电极并接在基准电流上，T7与T8构成电流镜，T8为下管提供驱动电流，此时驱动电流不变；当输出电流达到一定值时，铝线电阻R2上压降迫使T3基极电位降低，T4、T3组成的微电流源被破坏此时T4电流急剧增加，R5压降大于Vbe，T6电流与T4电流相同，T6电流变大，T7电流变小，T8电流变小，因此输出电流减小，经该回路反馈后达到一平衡值，该值即为下管保护电流值。电阻R3，R4组成上管电压检测， R4:R3=1:200,当电源电压升高，R4上压降升高，T4电流增大，T6电流变大，输出下管驱动电流减小，避免下管在大电压下输出电流过大。当输出直流对电源短路时，输出下管电压保护功能启动；输出对电源交流短路时，输出上管电流保护回路启动，因此该回路还具有对电源保护功能。

有益效果：本发明实现了对输出管的过压，过流保护，及输出交、直流对地、对电源保护功能，有效的保护了输出功率管，降低了输出管烧坏的几率，明显的提高了大功率功放电路的可靠性及使用寿命，具有明显的经济效益。

附图说明：

图1是上管保护回路；

图2是下管保护回路。

具体实施方式

如图1所示,上管保护：R1为铝线电阻，输出电流在其上压降很小时，T3，T4，R1，R3组成微电流源， T4电流很小，在电阻R5上压降小于Vbe所以T6无电流，T6集电极接输出上管驱动电流，此时驱动电流不变；当输出电流变大时，铝线电阻R1压降变大，T3基极电位降低，T4电流变大，R5压降变大，T5，T6导通，T6电流与T4电流相同，该电流由输出上管驱动电流提供，因此输出驱动电流减小，输出电流降低，经该回路反馈后达到一平衡值，该值即为上管保护电流值。电阻R3，R4,T7组成上管电压检测，T8，T9组成的电流源提供T7的电流，T7饱和导通，T7电流为1/2Vcc/（R3+R4）,R3:R4=1:200,当电源电压升高时，R3上压降升高，T3基极电位降低，T4电流增大，T6导通电流变大，输出上管驱动电流减小，避免上管在大电压下输出电流过大。

如图2所示,下管保护：R2为铝线电阻，当输出电流很小时，T3，T4，R2，R4组成微电流源，T4电流很小，在电阻R5上压降小于Vbe所以T6无电流，T6集电极与T7集电极并接在基准电流上，T7与T8构成电流镜，T8为下管提供驱动电流，此时驱动电流不变；当输出电流达到一定值时，铝线电阻R2上压降迫使T3基极电位降低，T4、T3组成的微电流源被破坏此时T4电流急剧增加，R5压降大于Vbe，T6电流与T4电流相同，T6电流变大，T7电流变小，T8电流变小，因此输出电流减小，经该回路反馈后达到一平衡值，该值即为下管保护电流值。电阻R3，R4组成上管电压检测， R4:R3=1:200,当电源电压升高，R4上压降升高，T4电流增大，T6电流变大，输出下管驱动电流减小，避免下管在大电压下输出电流过大。

本发明AB类音频功放功率保护装置，其特征在于包含了输出管电流检测的铝线电阻,小电压转电流的微电流源回路，以及电流门限检测模块，控制输出驱动电流的模块。

所述输出管电流检测电阻为铝线电阻，铝线电阻阻值为10毫欧，其上压降对输出功率不产生影响。铝线电阻大小与取样点到电源或地之间铝线的面积及铝线厚度有关，这些参数直接影响电流保护及短路保护的功能及大小。

铝线电阻上微小压降要经微电流源转换，输出电流小于1A时，铝线电阻上压降小于0.01V，基本不影响微电流源，此时微电流源输出电流极其微弱；输出电流变大，铝线压降变大，微电流源结构被破坏，微电流源输出电流相应减弱输出驱动电流。

为了不影响输出功率，微电流源输出在小于一门限电流时，输出驱动电流不应减小，本电路使用电流镜基极下地电阻完成该功能，当电流小于使电阻上压降小于Vbe时，电流镜不启动，输出驱动电流不受影响；当电阻压降大于Vbe时，电流镜启动，输出电流与微电流输出电流一致。

本发明核心内容为铝线电阻电流采样的技术，使用铝线电阻采样，其余部分回路可有多种实现方法。

本发明对输出结构无限定，对任何结构的输出管，本回路都具有保护功能。

Claims (3)

1.一种AB类音频功放功率保护装置，其特征在于：包含用于输出管电流检测的铝线电阻、用于将小电压转电流的微电流源回路，以及电流门限检测模块、控制输出管驱动电流的电流镜；其中：

铝线电阻上微小压降要经微电流源回路转换，当输出管电流小于1A时，铝线电阻上压降小于0.01V；输出管电流变大，铝线电阻上压降变大，微电流源回路结构被破坏；

当检测到微电流源回路输出电流小于一门限电流时，输出管驱动电流不应减小，完成该检测功能的为电流镜基极下地电阻，该电阻即为电流门限检测模块；当微电流源回路的输出电流使该电阻上压降小于Vbe时，电流镜不启动，输出管驱动电流不受影响；当微电流源回路的输出电流使该电阻上压降大于Vbe时，电流镜启动，输出管驱动电流与微电流源回路输出电流变化一致，其中Vbe为电流镜中三极管be结的导通压降。

2.根据权利要求1所述的AB类音频功放功率保护装置，其特征在于：铝线电阻阻值为10毫欧，其上压降对输出功率不产生影响。

3.根据权利要求1所述的AB类音频功放功率保护装置，其特征在于：铝线电阻阻值大小与取样点到电源或地之间铝线的面积及铝线厚度有关，这些参数直接影响电流保护及短路保护的功能及大小。

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