CN104159178B - 一种音频装置的噪声消除电路和噪声消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频装置的噪声消除电路和噪声消除方法，本发明的这种噪声消除电路包括：监测电路和控制电路；监测电路，监测音频装置的开关电源的电压，当监测到开关电源的电压下降导致选取的掉电保护启动点达到预设的启动值时触发控制电路；控制电路，在被触发前控制音频装置的功放单元工作，在被触发时控制音频装置的功放单元停止工作。本发明的这种噪声消除电路可以有效彻底消除噪声，不依赖于音频装置主控制器的供电电压进行判断，能够保证在音频装置的主控制器意外掉电情况下快速关闭功放单元以保护功放单元免遭噪声导致的损坏。

Description

一种音频装置的噪声消除电路和噪声消除方法

技术领域

本发明涉及音频装置技术领域，特别涉及一种音频装置的噪声消除电路和噪声消除方法。

背景技术

目前，大部分的Sound Bar音响系统都采用了外置适配器单电源的供电方式，这样最大限度解决了安全认证和系统干扰的问题；但是也带来新的问题，在处理系统掉电时消除噪声比较复杂，这主要是因为现有的噪声控制电路，噪声的控制都依赖于主控制器的处理,但在系统意外掉电情况下,系统电压也在快速下降,导致主控制器工作状态不可知,从而导致系统的噪声无法控制或者噪声消除不彻底。这样系统会产生很大的冲击噪声，

严重的会直接烧坏功放和喇叭系统。

发明内容

本发明提供了一种音频装置的噪声消除电路和噪声消除方法，以解决系统意外掉电情况下，噪声导致音频功放损坏的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种音频装置的噪声消除电路，该电路包括：监测电路和控制电路；

监测电路，监测音频装置的开关电源的电压，当监测到开关电源的电压下降导致选取的掉电保护启动点达到预设的启动值时触发控制电路；

控制电路，在被触发前控制音频装置的功放单元工作，在被触发时控制音频装置的功放单元停止工作。

其中，监测电路包括：第一钳位二极管D1、第一电阻R1和第二电阻R2；

控制电路包括：上拉电阻R3、放电电阻R4、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第二钳位二极管D2和上电缓冲电阻R5；

音频装置的开关电源经第一钳位二极管D1连接到第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端串联第二电阻R2到地；

音频装置的开关电源经上拉电阻R3分别连接至第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的基极连接至第一电阻R1和第二电阻R2的连接点；

第一三极管Q1的发射极接地；

第二三极管Q2的发射极接地；

第二三极管Q2的集电极经放电电阻R4连接至第二钳位二极管D2的阴极；

上电缓冲电阻R5的一端与音频装置的开关电源PVCC连接，另一端分别与音频装置功放单元的工作控制点以及第二钳位二极管D2的阴极相连，第二钳位二极管D2的阳极接地。

其中，该电路还包括：第一滤波电容C1和充电电容C2；

第一滤波电容C1并联于第二电阻R2的两端；

充电电容C2并联于第二钳位二极管D2的两端。

其中，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管。

其中，第一电阻R1和第二电阻R2以及第一三极管Q1的选择满足如下公式：

β＝(PVCC-α-V_D1)*R2/(R1+R2)；

其中，β为第一三极管Q1的导通电压，PVCC是音频装置开关电源的工作电压，α是音频装置开关电源的工作电压的波动值，V_D1是第一钳位二极管D1的管压降。

其中，音频装置功放单元的工作控制点为功放单元的静音接口。

根据本发明的又一个方面，提供了一种音频装置，该音频装置包括如本发明一个方面提供的噪声消除电路。

根据本发明的再一个方面，提供了一种音频装置的噪声消除方法，该方法包括：

在音频装置的电路中选取掉电保护启动点；

在掉电保护启动点监测音频装置的开关电源的电压；

当监测到开关电源的电压下降使掉电保护启动点达到预设的启动值时触发音频装置的功放单元停止工作。

其中，监测音频装置的开关电源的电压包括：在电路中设置第一钳位二极管D1、第一电阻R1和第二电阻R2；

将音频装置的开关电源经第一钳位二极管D1连接到第一电阻R1的一端，将第一电阻R1的另一端串联第二电阻R2到地；

选取第一电阻R1和第二电阻R2的连接点作为掉电保护启动点；

当监测到开关电源的电压下降使掉电保护启动点达到预设的启动值时触发音频装置的功放单元停止工作包括：在电路中设置上拉电阻R3、放电电阻R4、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第二钳位二极管D2和上电缓冲电阻R5；

将音频装置的开关电源经上拉电阻R3分别连接至第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的基极连接至第一电阻R1和第二电阻R2的连接点，第一三极管Q1的发射极接地；

第二三极管Q2的发射极接地；

将第二三极管Q2的集电极经放电电阻R4连接至第二钳位二极管D2的阴极；

将上电缓冲电阻R5的一端与音频装置的开关电源PVCC连接，另一端分别与音频装置功放单元的工作控制点以及第二钳位二极管D2的阴极相连，第二钳位二极管D2的阳极接地。

其中，当监测到开关电源的电压下降使掉电保护启动点达到预设的启动值时触发音频装置的功放单元停止工作还包括：在电路中设置第一滤波电容C1和充电电容C2；

将第一滤波电容C1并联于第二电阻R2的两端；

将充电电容C2并联于第二钳位二极管D2的两端。

第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管；

第一电阻R1和第二电阻R2以及第一三极管Q1的选择满足如下公式：

β＝(PVCC-α-V_D1)*R2/(R1+R2)；

其中，β为第一三极管Q1的导通电压，PVCC是音频装置开关电源的工作电压，α是音频装置开关电源的工作电压的波动值，V_D1是第一钳位二极管D1的管压降。

本发明的这种噪声消除电路通过监测音频装置开关电源的电压变化，在音频装置遭遇意外断电的情况下，进行提前关断后级电路(功放单元)处理,可以很好的消除电路的噪声，保护后级的功放系统和喇叭系统。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种音频装置的噪声消除电路的框图；

图2是本发明一个实施例提供的一种音频装置的噪声消除电路的连接关系示意图；

图3是本发明一个实施例提供的开关电源电压下降的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种音频装置的噪声消除电路的电路图；

图5是本发明一个实施例提供的一种音频装置的噪声消除方法的流程图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明针对目前常用的单电源供电方式的音频系统(如Sound bar)系统在意外断电情况下的噪声消除方法和噪声消除电路，意外断电是指音响系统非正常关机等引起的突然掉电，比如用户家中突然停电，跳闸，或者适配器电源被直接拔掉。此时，系统主工作电压快速下降,导致主控制器工作状态不可知，从而导致系统无法通过主控制器控制或彻底消除噪声。

本发明的核心思想是在音频装置意外断电时,在音频装置的工作电源与后级电路(功放单元)之间设置噪声消除电路，该噪声消除电路具体包括：监测电路和控制电路两部分。具体的，设置监测电路，并基于功率放大器(Power Amplifier，PA)的工作电压范围，满负载和轻负载的电压变化，得到系统的安全工作电压范围，并计算出一个合理的启动工作点，同时对该启动工作点的电压进行纹波消除以解决误触发,当监测电路监测到主供电电压已经达到启动点时，开始控制后级电路功放PA的工作状态，根据功放PA控制点的工作电压范围设置合理的钳位二极管以防止启动点被打坏；当控制电路接收到控制指令时及时关断后级PA系统的电路从而达到快速消除噪声的产生，保护了后级功放PA和喇叭系统。

图1是本发明一个实施例提供的一种音频装置的噪声消除电路的框图，参见图1，本发明的这种音频装置的噪声消除电路100包括：监测电路101和控制电路102；

监测电路101，用于监测音频装置的开关电源的电压，当监测到开关电源的电压下降导致选取的掉电保护启动点达到预设的启动值时触发控制电路；

控制电路102，用于在被触发前控制音频装置的功放单元工作，在被触发时控制音频装置的功放单元停止工作。

在本实施例中，监测电路与音频装置的开关电源连接，控制电路与音频装置的功放单元连接。该噪声消除电路100先在电路中选取掉电保护启动点，并在该掉电保护启动点监测开关电源的电压，当开关电源的下降使得选取的掉电保护启动点达到预设的启动值时，触发控制电路102控制音频装置停止工作以保护音频装置的功放单元。其中，掉电保护启动点的电压与开关电源的电压相关，但不等于开关电源的电压。

图2是本发明一个实施例提供的一种音频装置的噪声消除电路的连接关系示意图；参见图2，本发明的这种噪声消除电路设置在音频装置前级电路和后级电路之间，后级电路还连接有喇叭系统，这样在系统遭遇意外断电的情况下，通过控制后级电路关断，以防止前级电路产生的噪声进入后级电路导致功放和喇叭系统的损坏。其中，音频装置的前级电路可以是对接收到的信号进行处理并转换为音频信号的具体电路，后级电路包括音频装置的功放单元和喇叭系统。

图3是本发明一个实施例提供开关电源电压下降的示意图；结合图3对本发明噪声消除电路的应用场景进行描述，参见图3，竖坐标轴表示了系统主工作电源电压PVCC，横坐标轴表示时间。该坐标系表示系统电源意外断电时，掉电保护启动点以及PVCC工作电压波动值之间的关系，随着时间的变化，PVCC下降。在PVCC电压下降过程中，一方面由于后级电路负载的变化引起的开关电源电压值的下降，这一部分即PVCC工作电压的正常波动范围(用α来表示)。另一方面，随着PVCC进一步下降(超出了正常工作的电压下降的范围，可判断为意外掉电引起的电压下降)达到交叉点时，交叉点表示后级功放正常工作的最小值。本发明提供的这种噪声消除电路中的控制电路开始切换工作状态，使得功放单元停止工作，以保护功放单元不受噪声干扰导致的损坏。

下面结合监测电路和控制电路的电路结构对本发明的这种噪声消除电路进行具体说明。图4是本发明一个实施例提供的音频装置噪声消除电路的电路图；参见图4，

监测电路101包括：第一钳位二极管D1、第一电阻R1和第二电阻R2；控制电路102包括：上拉电阻R3、放电电阻R4、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第二钳位二极管D2和上电缓冲电阻R5；

音频装置的开关电源PVCC经第一钳位二极管D1连接到第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端串联第二电阻R2到地；

音频装置的开关电源PVCC经上拉电阻R3分别连接至第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的基极连接至第一电阻R1和第二电阻R2的连接点，第一三极管Q1的发射极接地；

第二三极管Q2的集电极经放电电阻R4连接至第二钳位二极管D2的阴极；第二三极管Q2的发射极接地；

音频装置的开关电源PVCC经上电缓冲电阻R5连接至音频装置功放单元的工作控制点，第二钳位二极管D2的阴极与上电缓冲电阻R5的一端相连，第二钳位二极管D2的阳极接地。

参见图4，该噪声消除电路还包括：第一滤波电容C1和充电电容C2；

第一滤波电容C1并联于第二电阻R2的两端。

充电电容C2并联于第二钳位二极管D2的两端。

其中，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管。

需要说明的是，在本实施例中，三极管Q1和Q2均为NPN型三极管，在本发明的其他实施例中，也可以采用其他类型的三极管，不限于本实施例中的NPN型三极管，具体的电路结构也会有相应的变化。本实施例中，选取第一电阻R1和第二电阻R2的连接点作为掉电保护启动点；

第一电阻R1和第二电阻R2以及第一三极管Q1的选择满足如下公式：

β＝(PVCC-α-V_D1)*R2/(R1+R2)；

其中，β为第一三极管Q1的导通电压，PVCC是音频装置开关电源的工作电压，α是音频装置开关电源工作电压的波动值，V_D1是第一钳位二极管D1的管压降。

参见图4，本发明的这种噪声消除电路的具体工作过程如下：为便于说明，将监测电路中的监测点设为B点；第一电阻R1和第二电阻R2连接点设为A点，A点即为触发控制电路工作状态变换的掉电保护启动点；功放单元的工作控制点设为C点。

参见图4，系统正常工作时，电源适配器将外部输入的电压转换为开关电源所需的电压，由开关电源对系统进行供电。监测点B点处的开关电源工作电压的波动值α，根据开关电源的工作特性，α通常取大于等于2V的值。由于系统工作时，后级电路负载的变化也会引起开关电源电压值的波动，这种情况属于开关电源工作的正常波动，在设置掉电保护启动点时，应当将开关电源正常波动引起的电压值下降这一因素排除在外，否则，将导致系统正常工作时，噪声消除电路达到掉电保护启动点并进而控制后级功放单元停止工作，给用户带来不便的使用体验。

参见图4，设掉电保护启动点(A点处)电压范围为β，PA功放单元的工作控制点C点处电压范围为γ。

在Sound Bar系统遭遇突然掉电，系统主供电电压PVCC呈缓慢下降状态直到下降到0V，根据这个状态确定系统的安全工作电压范围从(PVCC-α)到PVCC之间的电压值，即排除由负载正常波动引起的电压下降。因此，在选择适合电路的第一电阻R1、第二电阻R2和三极管Q1时，这三者之间需要满足如下公式：

掉电保护启动点A点处的电压β＝(PVCC-α-V_D1)*R2/(R1+R2)。

其中，PVCC是系统的工作电压，α是系统开关电源的工作电压的波动值，V_D1是第一钳位二极管D1的管压降，V_D1的具体值和采用的二极管的型号有关。

系统正常工作时，A点的电压β大于等于0.6V，Q1导通，Q1的集电极为低电平，导致Q2的基极为低电平，进而导致Q2截止。Q2截止，PA工作控制点C点的电压为高电平，功放单元PA正常工作。

随着PVCC的进一步下降，达到掉电保护启动点A点的预设的启动电压值(小于0.6V)，控制电路的状态开始切换，第一三极管Q1由导通状态转为截止状态，Q1截止，导致第二三极管Q2的基极变为高电平，Q2导通，Q2的集电极变为低电平，这时PA功放单元的工作控制工作点C点(即功放单元的静音接口)的电压γ瞬间被拉低，PA功放单元也停止工作。

此时，系统前级电路因为突然的掉电会产生冲击噪声，但是因为PA已经停止了工作，所以这个噪声不会进入到后级电路在音频装置的喇叭发出来，从而有效的保护了PA功放单元和喇叭系统。

参见图4，在本发明的这种噪声消除电路中，还包括第一滤波电容C1和充电电容C2；第一滤波电容C1用于对掉电保护启动点A点进行纹波消除，以解决误触发；充电电容C2用于储能稳压。

综上，本发明的这种噪声消除电路，通过对系统开关电源电压的判断，不依赖系统主控制器工作电压的变化，对后级PA系统(功放系统)和喇叭系统进行提前处理，达到噪声消除的目的，避免了噪声对功放系统以及喇叭系统造成的干扰和破坏，从而有效保护了音频装置的功放单元和喇叭系统。

根据本发明的又一个方面，提供了一种音频装置，该音频装置包括如本发明一个方面所述的噪声消除电路。该音频装置由于集成了前述的噪声消除电路，因而很好的保护了功放单元，延长了使用时间，节省了成本。

根据本发明的再一个方面，提供了一种音频装置的噪声消除方法，图5是本发明一个实施例提供的一种音频装置的噪声消除方法的流程图，参见图5，该噪声消除方法包括：

步骤S501，在音频装置的电路中选取掉电保护启动点；

具体的根据电路中功放单元的工作电压范围，计算一个合理的掉电保护启动点，该掉电保护启动点的选取既要满足在音频装置的电压下降使该点的电压达到启动值时启动电路保护后级的电路和功放单元，又要满足不影响音频装置的正常使用这两个条件。

步骤S502，在掉电保护启动点监测音频装置的开关电源的电压；

选取了合适的掉电保护启动点后，在掉电保护启动点实时监测音频装置开关电源的电压变化。步骤S503，当监测到开关电源的电压下降使掉电保护启动点达到预设的启动值时触发音频装置的功放单元停止工作。

由于掉电保护点的电压与开关电源的电压相关，并且在掉电保护点实时监测开关电源的电压变化，当开关电源的电压下降使得掉电保护点达到了预设的启动值时，(此时意味着开关电源电压的下降超出了正常的波动范围，判断音频装置发生意外断电)触发音频装置的功放单元停止工作，以保护功放单元不受噪声的干扰和损坏。

本发明的这种噪声消除方法的实现步骤和工作过程与前述的噪声消除电路是相对应的，详细的工作过程参见前述噪声消除电路部分的说明，此处不再赘述。

本发明的这种噪声消除方法，通过实时监测音频装置的开关电源的电压，以判断是否是意外断电。当系统意外断电时，音频装置的开关电源的电压瞬时下降，在该过程中，当开关电源的电压下降到控制电路的掉电保护启动点时，控制电路控制音频装置后级电路功放单元停止工作，使得功放单元免遭噪声的干扰和破环。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非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作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种音频装置的噪声消除电路，其特征在于，所述噪声消除电路包括：监测电路和控制电路；

监测电路，监测所述音频装置的开关电源的电压，当监测到所述开关电源的电压下降导致选取的掉电保护启动点达到预设的启动值时触发控制电路；

控制电路，在被触发前控制所述音频装置的功放单元工作，在被触发时控制所述音频装置的功放单元停止工作；

所述监测电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、和根据所述功放单元控制点的工作电压范围设置的第一钳位二极管D1；

所述控制电路包括：上拉电阻R3、放电电阻R4、第一三极管Q1、第二三极管Q2、上电缓冲电阻R5、和根据所述功放单元控制点的工作电压范围设置的第二钳位二极管D2；

所述音频装置的开关电源经所述第一钳位二极管D1连接到所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端串联所述第二电阻R2到地；

所述音频装置的开关电源经所述上拉电阻R3分别连接至所述第一三极管Q1的集电极和所述第二三极管Q2的基极，所述第一三极管Q1的基极连接至所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的连接点；所述第一三极管Q1的发射极接地；

所述第二三极管Q2的发射极接地；

所述第二三极管Q2的集电极经所述放电电阻R4连接至所述第二钳位二极管D2的阴极；

所述上电缓冲电阻R5的一端与所述音频装置的开关电源PVCC连接，另一端分别与所述第二钳位二极管D2的阴极以及所述音频装置功放单元的工作控制点相连，所述第二钳位二极管D2的阳极接地。

2.根据权利要求1所述的噪声消除电路，其特征在于，所述噪声消除电路还包括：第一滤波电容C1和充电电容C2；

所述第一滤波电容C1并联于所述第二电阻R2的两端；

所述充电电容C2并联于所述第二钳位二极管D2的两端。

3.根据权利要求1所述的噪声消除电路，其特征在于，

所述第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管。

4.根据权利要求1所述噪声消除电路，其特征在于，所述第一电阻R1和第二电阻R2以及所述第一三极管Q1的选择满足如下公式：

β＝(PVCC-α-V_D1)*R2/(R1+R2)；

其中，β为所述第一三极管Q1的导通电压，PVCC是所述音频装置开关电源的工作电压，α是所述音频装置开关电源的工作电压的波动值，V_D1是第一钳位二极管D1的管压降。

5.根据权利要求1所述的噪声消除电路，其特征在于，所述音频装置功放单元的工作控制点为所述功放单元的静音接口。

6.一种音频装置，其特征在于，所述音频装置包括权利要求1-5中任一项所述的噪声消除电路。

7.一种音频装置的噪声消除方法，其特征在于，该方法包括：

在音频装置的电路中选取掉电保护启动点；

在所述掉电保护启动点监测所述音频装置的开关电源的电压；

当监测到所述开关电源的电压下降使掉电保护启动点达到预设的启动值时，触发所述音频装置的功放单元停止工作；

所述在音频装置的电路中选取掉电保护启动点包括：在电路中设置第一电阻R1、第二电阻R2、和根据所述功放单元控制点的工作电压范围设置的第一钳位二极管D1；

将所述音频装置的开关电源经所述第一钳位二极管D1连接到所述第一电阻R1的一端，将所述第一电阻R1的另一端串联所述第二电阻R2到地；

选取第一电阻R1和第二电阻R2的连接点作为所述掉电保护启动点；

所述当监测到所述开关电源的电压下降使掉电保护启动点达到预设的启动值时触发所述音频装置的功放单元停止工作包括：

在电路中设置上拉电阻R3、放电电阻R4、第一三极管Q1、第二三极管Q2、上电缓冲电阻R5、和根据所述功放单元控制点的工作电压范围设置的第二钳位二极管D2；

将所述音频装置的开关电源经所述上拉电阻R3分别连接至所述第一三极管Q1的集电极和所述第二三极管Q2的基极，所述第一三极管Q1的基极连接至所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的连接点，所述第一三极管Q1的发射极接地；

所述第二三极管Q2的发射极接地；

将所述第二三极管Q2的集电极经所述放电电阻R4连接至所述第二钳位二极管D2的阴极；

所述上电缓冲电阻R5的一端与所述音频装置的开关电源PVCC连接，另一端分别与所述第二钳位二极管D2的阴极以及所述音频装置功放单元的工作控制点相连，所述第二钳位二极管D2的阳极接地；

当监测到所述开关电源的电压下降使掉电保护启动点达到预设的启动值时，在所述工作控制点触发所述音频装置的功放单元停止工作。

8.根据权利要求7所述的噪声消除方法，其特征在于，

所述当监测到所述开关电源的电压下降使掉电保护启动点达到预设的启动值时触发所述音频装置的功放单元停止工作还包括：在电路中设置第一滤波电容C1和充电电容C2；

将所述第一滤波电容C1并联于所述第二电阻R2的两端；

将所述充电电容C2并联于所述第二钳位二极管D2的两端；

所述第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管；

所述第一电阻R1和第二电阻R2以及所述第一三极管Q1的选择满足如下公式：

β＝(PVCC-α-V_D1)*R2/(R1+R2)；

其中，β为第一三极管Q1的导通电压，PVCC是所述音频装置开关电源的工作电压，α是所述音频装置开关电源的工作电压的波动值，V_D1是所述第一钳位二极管D1的管压降。