CN105530585B - 扬声器的直流阻抗检测方法及电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种扬声器的直流阻抗检测方法及电路，在扬声器的工作期间对扬声器的直流阻抗进行检查的方法包括，在流过扬声器的电流变化量为零的积分时间段内，对流过扬声器的电流做积分以获得电流积分信号，同时还对扬声器上的电压做积分，以获得电压积分信号，然后再将电压积分信号与电流积分信号进行除法运算，便可获得扬声器的直流阻抗值。因此本申请提供的扬声器的直流阻抗检测方法及电路实现了对扬声器直流阻抗的实时检测，从而为系统提供了更加精准的扬声器的直流阻抗参数。

Description

扬声器的直流阻抗检测方法及电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术，具体涉及扬声器的直流阻抗检测方法及电路。

背景技术

随着扬声器产业的发展，一些应用场合对扬声器的质量要求越来越高。因此准确地测量扬声器的性能参数成为行业的必然要求。通过扬声器的阻抗曲线，能够推导出用于扬声器系统设计的参数，从而根据这些参数设计出适合的D类音频放大器来驱动扬声器，因此扬声器的阻抗曲线是扬声器仅次于频响曲线的重要参数。

扬声器通常由高效率的D类音频放大器驱动工作，为了获得扬声器的直流阻抗参数以供D类音频放大器系统监测处理用，现有的做法的通常是采用离线模式检测扬声器的直流阻抗。所谓离线模式检测是指在扬声器不工作的条件下，给扬声器注入一定大小的电流，然后再检测扬声器两端的电压，从而通过计算得到扬声器的直流阻抗。

扬声器在不工作时，其直流阻抗基本保持不变，然而其在工作过程中，其阻抗值会随温度和其他条件而发生改变。因此采用上述离线模式的检测方法不能实时检测扬声器的直流阻抗大小以供系统监测处理用，不能精确的检测出扬声器在工作过程中各个时间段的直流阻抗值，具有较大的检测误差。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种扬声器的直流阻抗检测方法及电路，以解决现有技术中采样离线模式检测扬声器的直流阻抗造成检测误差较大的问题。

一种扬声器的直流阻抗检测方法，包括：

在每一个积分时间段内，分别对流过所述扬声器的电流以及所述扬声器上的电压做积分计算，以获得电流积分信号与电压积分信号，并将所获得的电压信号积分与电流积分信号进行除法运算，以获得所述扬声器在该积分时间段内的直流阻抗值，

其中，每一个所述积分时间段均为所述扬声器工作过程中的一个时间段，且在每一个所述积分时间段的开始时刻流过所述扬声器的电流与在该积分时间段结束时刻流过所述扬声器的电流相等。

优选的，每一个所述积分时间段内至少存在一个等电流时刻，在所述等电流时刻流过所述扬声器的电流与该积分时间段开始时刻流过所述扬声器的电流相等。

优选的，所述扬声器由D类音频放大器驱动工作，所述D类音频放大器包括第一半桥开关电路和第二半桥开关电路，以分别向所述扬声器的两端输出第一电压与第二电压，每一个所述积分时间段包括多个所述D类音频放大器的开关周期，对所述每一个积分时间段内流过所述扬声器的电流做积分计算的方法包括：

在每一个所述积分时间段内的每一个所述开关周期中，将该开关周期开始时刻流过所述扬声器的电流与该开关周期结束时刻流过所述扬声器的电流的平均值与该开关周期做乘法运算，以获得该开关周期的电流时间参量；

将每一个所述积分时间段内所有开关周期的电流时间参量叠加，以获得每一个积分时间段内的电流积分信号。

优选的，对所述每一个积分时间段内流过所述扬声器的电压做积分计算的方法包括：

在每一个所述积分时间段内的每一个所述开关周期中，将所述扬声器上的电压分别与第一时间段、第二时间段和第三时间段做乘法运算，以相应获得该开关周期内的第一电压时间参量、第二电压时间参量和第三时间参量，再将所述第一时间参量、第二电压时间参量和第三时间参量叠加，以获得该开关周期的电压时间参量，

其中，所述第一时间段为该开关周期中所述第一电压大于所述第二电压的时间段，所述第二时间段为该开关周期中所述第一电压等于所述第二电压的时间段，所述第三时间段为该开关周期中所述第一电压小于于所述第二电压的时间段；

将每一个所述积分时间段内所有开关周期的电压时间参量叠加，以获得每一个积分时间段内的电压积分。

优选地，在分别对流过所述扬声器的电流以及所述扬声器上的电压做积分计算之前，对所述流过扬声器的电流以及所述扬声器上的电压进行滤波。

优选地，所述积分时间段选取的方法包括：

获取开始时刻流过所述扬声器的电流；

延迟一定时间后，再次获取流过所述扬声器的电流，并与开始时刻获取的电流相比较，直至流过所述扬声器的电流与开始时刻获取的电流相等，则将当前时刻作为所述积分时间段的结束时刻。

一种扬声器的直流阻抗检测电路，包括：

积分时间产生电路，用于根据流过所述扬声器的电流产生积分时间信号，使所述积分时间信号的每一个有效状态的开始时刻流过所述扬声器的电流与该有效状态结束时刻流过所述扬声器的电流相等；

电流积分电路，接收所述积分时间信号，以在所述积分时间信号处于有效状态期间，对流过所述扬声器的电流做积分，并输出电流积分信号；

电压积分电路，接收所述积分时间信号，以在所述积分时间信号处于有效状态期间，对所述扬声器上的电压做积分，并输出电压积分信号；

所述积分时间信号的每一个有效状态期间内，所述电压积分信号与所述电流积分信号的比值为所述扬声器的直流阻抗值。

优选的，所述的直流阻抗检测电路还包括除法电路，用于将所述电压积分信号与电流积分信号进行除法运算，并输出所述直流阻抗值。

优选的，所述直流阻抗检测电路，还包括电流采样电路，用于获取表征流过所述扬声器的电流的采样信号。

优选的，所述积分时间信号的每一个有效状态期间内至少存在一个等电流时刻，在所述等电流时刻流过所述扬声器的电流与该有效状态的开始时刻流过所述扬声器的电流相等。

优选的，所述积分时间产生电路包括RS触发器、相等比较器、采样电容、采样开关以及屏蔽开关；

所述RS触发器的置位端接收一时钟信号，复位端接收所述相等比较器的输出信号，输出端输出所述积分时间信号；

所述相等比较器的第一输入端接收所述采样信号，第二输入端与所述采样电容的第一端相连，所述采样电容的第二端接地；

所述采样开关的第一端相连与所述采样电容的第一端相连，第二端接收所述采样信号，且所述采样开关由所述时钟信号或者与所述时钟信号同步的信号控制导通和关段

所述屏蔽开关连接在所述相等比较器的输出端与所述RS触发器的复位端之间，用于控制所述积分时间信号的每一个有效状态内至少存在一个所述等电流时刻。

优选的，所述积分时间产生电路还包括延时触发电路，

所述延时触发电路由所述积分时间信号触发生成一清零信号，以清零所述电流积分信号和电压积分信号，

其中，所述清零信号在所述积分时间信号切换为无效状态后经过一个延时时切换至有效状态，在所述积分时间信号切换为有效状态之前切换至无效状态。

优选的，所述电流积分电路和电压积分电路均包括受控电流源、积分控制开关、清零控制开关以及积分电容，

在电流积分电路和电压积分电路中，各自的受控电流源的输出端均与各自的积分控制开关的第一端相连，各自的积分控制开关的第二端均与各自的积分电容的第一端相连，开关控制端均接收所述积分时间信号，各自的所述清零控制开关均连接在各自的积分电容的第一端与地之间，且均由所述清零信号控制导通和关断，各自的积分电容的第二端均接地，

其中，在所述电流积分电路中，受控电流源由流过所述扬声器的电流控制输出电流，积分电容的第一端输出所述电流积分信号，

在电压积分电路中，受控电流源由所述扬声器上的电压控制输出电流，积分电容的第一端输出所述电压积分信号。

优选的，所述电流积分电路和电压积分电路均包括一个模数转换电路，以分别将所述电流积分信号与电压积分信号转换成数字信号后再输出。

优选地，所述直流阻抗检测电路还包括：

第一滤波电路，用以对所述扬声器上的电压进行高通滤波或者带阻滤波；

第二滤波电路，用以对流过所述扬声器的电流进行高通滤波或者带阻滤波；

其中，所述第一滤波电路和第二滤波电路完全相同。

本申请提供的扬声器的直流阻抗检测方法及电路，在扬声器的工作期间对扬声器的直流阻抗进行检查的方法包括，在流过扬声器的电流变化量为零的积分时间段内，对流过扬声器的电流做积分以获得电流积分信号，同时还对扬声器上的电压做积分，以获得电压积分信号，然后再将电压积分信号与电流积分信号相除，便可获得扬声器的直流阻抗值。因此本申请提供的扬声器的直流阻抗检测方法及电路实现了对扬声器直流阻抗的实时检测，从而为系统提供了更加精准的扬声器的直流阻抗参数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种D类音频放大器的结构框图；

图2a所示为积分时间产生电路41的一种可选实现方式的电路图；

图2b为电流路积分电路42的一种可实现电路图；

图2c为电压路积分电路43的一种可实现电路图；

图3为的扬声器的直流阻抗检测电路的工作波形图；

图4为本申请实施例公开的另一种音频放大器的结构框图；

图5为扬声器的阻抗曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本申请实施例公开的一种D类音频放大器的结构框图。

请参考图1，本实施例所提供的D类音频放大器用于驱动扬声器3的工作，扬声器3可等效为一个电阻Rs和一个电感Ls串联连接的电路。D类音频放大器包括第一半桥开关电路1和第二半桥开关电路2，两个半桥开关电路分别向扬声器2的两端输出第一电压Va第二电压Vb，以提供扬声器3的工作电压。在一个实施例中，第一半桥开关电路1由开关管M1、M2构成，开关管M1的一端与电源电压端VDD相连，另一端通过开关管M2连接到参考地电压端VSS，开关管M1与M2的相连处向扬声器3的一端(如电阻Rs的一端)输出第一电压Va，第二半桥开关电路2由开关管M3、M4构成，开关管M3的一端与电源电压端VDD相连，另一端通过开关管M4连接到参考地电压端VSS，开关管M3与M4的相连处向扬声器3的另一端(如电感Ls的一端)输出第二电压Vb，第一电压Va与第二电压Vb之间差值的大小便是扬声器3上的电压的大小，即电阻Rs与电感Ls上的电压和，其中，开关管M1由控制信号PWMa控制，开关管M2与开关管M1的开关状态相反，开关管M3由控制信号PWMa控制，开关管M4与开关管M3的开关状态相反。此外，控制信号PWMa与控制信号PWMb的周期通常相同，二者分别为由D类音频放大器中的调制器产生的脉宽调制信号，因此第一半桥开关电路1与第二半桥开关电路2的开关周期相同。

如图1所示，本申请提供的D类音频放大器还包括扬声器3的直流阻抗检测电路4，其主要包括积分时间产生电路41、电流积分电路42以及电压积分电路43，还可选择的包括电流采样电路44、除法电路45。

积分时间产生电路41用于根据流过扬声器3的电流产生积分时间信号Q1，使得积分时间信号Q1的每一个有效状态的开始时刻流过扬声器3的电流与该有效状态结束时刻流过扬声器3的电流相等。

图2a所示为积分时间产生电路41的一种可选实现方式的电路图，在本实施例中，积分时间产生电路41可包括RS触发器RS、相等比较器COMP、采样电容C0以及采样开关S1，还可进一步包括屏蔽开关S2。RS触发器RS的置位端“S”接收一时钟信号CLK，以用于确定积分时间信号Q1在什么时候变为有效状态。图3为的扬声器的直流阻抗检测电路的工作波形图，当时钟信号CLK为有效状态时(如图3中的t2时刻)，RS触发器RS输出的积分时钟信号Q1开始变为有效状态。S触发器RS的复位端“R”接收相等比较器COMP的输出信号CP，当信号CP变为有效状态时，RS触发器RS输出的积分时钟信号Q1变为无效状态，因此时钟信号CLK决定积分时间信号Q1每一个有效状态的开始时刻，而信号CP决定积分时间信号Q1每一个有效状态的结束时刻。

相等比较器COMP获取流过扬声器3的电流相等的两个时刻点，并输出信号CP，当其两个输入端的信号相等时，信号CP变为有效状态。相等比较器COMP的第一输入端接收一个表征流过扬声器3的电流的采样信号VSEN，第二输入端接收时钟信号CLK变为有效状态时的所述采样信号VSEN。例如可通过一个采样开关S1与采样电容C0来获取并保持时钟信号CLK变为有效状态时的所述采样信号VSEN。采样开关S1的第一端与采样电容C0的第一端相连，第二端接收采样信号VSEN，采样电容C0的第二端接地，且所述采样开关S1由所述时钟信号CLK或者与时钟信号CLK同步的信号控制导通和关断。因此，当时钟信号CLK有效时，采样开关S1导通，采样电容C0获取此时的采样信号VSEN，由于时钟信号CLK通常是脉宽很短的信号，采样开关S1导通一下会很快被关断，则采样电容C0便可保持钟信号CLK为有效状态时的采样信号VSEN，采样电容C0的第一端与相等比较器COMP的第二输入相连，以向相等比较器输出钟信号CLK为有效状态时的采样信号VSEN，当相等比较器COMP的第一输入端接收的表征当前过扬声器3的电流的采样信号VSEN与第二输入端接收的信号相等时，表示已经获得流过扬声器3的电流相等的两个时刻点，此时输出的信号CP变为有效状态，使积分时间信号Q1变为无效状态。因此，积分时间信号Q1的每一个有效状态的开始时刻流过扬声器3的电流与该有效状态结束时刻流过扬声器3的电流相等。

进一步的，为了使积分时间信号Q1的每一个有效状态所持续的时间较长，以提高阻抗检测的精准度，可使积分时间信号Q1的每一有效状态期间至少还存在一个等电流时刻，使得在该等电流时刻流过扬声器3的电流与该有效状态开始时刻流过扬声器3的电流相等。为是实现这一目的，在本实施例中，积分时间产生电路41还可进一步包括屏蔽开关S2，其导通与关断由开关信号St(根据需求设定的信号)控制，该开关连接在相等比较器COMP的输出端与RS触发器RS的复位端之间，以屏蔽信号CP的至少一个有效状态，从而控制积分时间信号Q1的每一个有效状态内至少存在一个所述的等电流时刻。如图2a与图3所示，在积分时间信号Q1变为有效状态后，当相等比较器COMP的两输入端相等时(如图3中的t4与t6时刻)，本应该向RS触发器RS的复位端输出有效的信号CP，使积分时间信号变为无效状态，但若此使开关信号St控制屏蔽开关S2处于关断状态，则RS触发器RS的复位端此时接收不到有效的CP信号，则积分时间信号Q1仍然处于有效状态，从而使其有效状态期间还包括所述等电流时刻，延长了积分时间信号的有效状态的时间，直到开关信号St控制屏蔽开关S2导通后，才会停止屏蔽信号CP，此后若信号CP变为有效状态(如图3中的t8时刻)，则积分时间信号Q1便会变为无效状态。

进一步的，如图2a所示，积分时间信号产生电路还可包括一延时触发电路，该电路用于生成一清零信号Q2，以清零电流积分电路42产生的电流积分信号VC1以及电压积分电路43所产生的电压积分信号VC2，其中，清零信号Q1在积分时间信号Q1切换为无效状态后经过一个延时(如图3中的t9～t10所持续的时间)时，切换至有效状态，以控制电流积分电路42和电压积分电路43清零电流积分信号和电压积分信号，为了不影响下一个积分时间段内，对电流和电压的积分，清零信号在积分时间信号Q1切换为有效状态之前，切换为无效状态。

电流积分电路42接收积分时间信号Q1，以在积分时间信号Q1处于有效状态期间，对流过扬声器3的电流做积分，并输出电流积分信号VC1。图2b为电流积分电路42的一种可实现电路图，该电路包括一受控电流源A1、积分控制开关S3、清零控制开关S4以及积分电容C1，其中受控电流源A1由流过扬声器3的电流控制输出电流，例如可接收表征流过扬声器3的电流的采样信号VSEN来控制输出电流。受控电流源A1的输出端与积分控制开关S3的第一端相连，积分控制开关S3的第二端与积分电容C1的第一端相连，开关控制端均接收所述积分时间信号Q1，清零控制开关S4连接在积分电容C1的第一端与地之间，且由所述清零信号Q2控制导通和关断，积分电容C1的第二端接地，第一端输出所述电流积分信号。

电压积分电路43接收积分时间信号Q1，以在积分时间信号Q1处于有效状态期间，对扬声器3上的电压做积分，并输出电流积分信号VC2。图2c为电压路积分电路43的一种可实现电路图，该电路包括一受控电流源A2、积分控制开关S5、清零控制开关S6以及积分电容C2，其中受控电流源A2由扬声器3的电压控制输出电流，例如可接收第一半桥开关电路1与第二半桥开关电路2输出的第一电压Va与Vb的差来控制输出电流。受控电流源A2的输出端与积分控制开关S5的第一端相连，积分控制开关S5的第二端与积分电容C2的第一端相连，开关控制端均接收所述积分时间信号Q1，清零控制开关S6连接在积分电容C2的第一端与地之间，且由所述清零信号Q2控制导通和关断，积分电容C2的第二端接地，第一端输出所述电流积分信号。

进一步的，电流积分电路42与电压积分电路43还可分别包括模数转换电路ADC1与ADC2，以分别将所述电流积分信号VC1与电压积分信号VC2转换成数字信号VC1’、VC2’后再输出。

在积分时间信号的每一个有效状态内，将所获得电压积分信号VC2与电流积分信号VC1利用除法电路相除，或者将二者所对应的数字信号VC1’、VC2’利用数字计算的方式相除，便可获得电压积分信号与电流积分信号的比值，该比值便为扬声器3的直流阻抗值。上述实现对扬声器3的直流阻抗实现实时检测的原理如下：

由上述电路可知第一半桥开关电路1与第二半桥开关电路2输出的电压Va、Vb之差为扬声器3上的电压，再令流过扬声器的电流为i，电阻R的直流阻抗为R，电感L的电感值为L，则在图3中：

t2～t3期间有：

t3～t5期间有：

t5～t7期间有：

t7～t8期间有：

由于t2时刻流过扬声器3的电流等于t8时刻流过扬声器的电流，即t2～t8这个时间段内，流过扬声器的电流的变化量为零，因此根据伏秒平衡的原则可得L·di＝0，则对上述格式左右均做积分后有下述等式(5)成立：

在等式(5)中，由于扬声器3的直流阻抗值R在一个开关周期内的变化量几乎可以忽略不计，则等式(5)可简化为等式(6)：

由上分析可得，在流过扬声器的电流相等的两个时刻之间，分别对扬声器的电压和流过扬声器的电流做积分，再将二者相除，便可获得扬声器的直流阻抗值。

如图1所示，扬声器3的直流阻抗检测电路4还可选择的包括电流采样电路44，用以获取表征流过扬声器3的电流的采样信号VSEN，其实现方式可通过现有的任何已知的方式实现。

如图1所示，扬声器3的直流阻抗检测电路3还可选择的包括除法电路45用以将电压积分电路43输出的电压积分信号VC2与电流积分电路42输出的电流积分信号VC1相除，以获得扬声器3的直流阻抗值。利用模数转换器ADC1与ADC2分别将所述电流积分信号VC1与电压积分信号VC2转换成数字信号VC1’、VC2’后再输出的话，便可无需除法电路44来将电压积分信号与电流积分信号相除，而是可以直接通过数字控制部分计算直接得到扬声器的直流阻抗值，以供系统监测处理用，从而可实现模数混合的方式实现直流阻抗的检测。

由上可见，本申请提供的扬声器的直流阻抗电路，在扬声器的工作期间，在流过扬声器的电流变化量为零的积分时间段内，对流过扬声器的电流做积分以获得电流积分信号，同时还对扬声器上的电压做积分，以获得电压积分信号，然后再将电压积分信号与电流积分信号相除，便可获得扬声器的直流阻抗值，因此实现了对扬声器直流阻抗的实时检测，从而为系统提供了更加精准的扬声器的直流阻抗参数。

本申请还提供了一种扬声器的直流阻抗检测方法，被检测的扬声器由D类音频放大器驱动工作，所述D类音频放大器包括两个半桥开关电路，以分别向所述扬声器的的两端输出电压，所述直流阻抗检测方法包括：

在每一个积分时间段内，分别对流过所述扬声器的电流以及所述扬声器上的电压做积分计算，以获得电流积分信号与电压积分信号，并将所获得的电压积分信号与电流积分信号做除法运算，以获得所述扬声器在该积分时间段内的直流阻抗值，

其中，每一个所述积分时间段均为所述扬声器工作过程中的一个时间段，且在每一个所述积分时间段的开始时刻流过所述扬声器的电流与在该积分时间段结束时刻流过所述扬声器的电流相等。

且进一步的，使每一个所述积分时间段内至少存在一个等电流时刻，在所述等电流时刻流过所述扬声器的电流与该积分时间段开始时刻流过所述扬声器的电流相等。

本申请提供的扬声器的直流阻抗检测方法，在扬声器的工作期间，在流过扬声器的电流变化量为零的积分时间段内，对流过扬声器的电流做积分以获得电流积分信号，同时还对扬声器上的电压做积分，以获得电压积分信号，然后再将电压积分信号与电流积分信号相除，便可获得扬声器的直流阻抗值，因此实现了对扬声器直流阻抗的实时检测，从而为系统提供了更加精准的扬声器的直流阻抗参数。

在积分时间段内对电流和电压做积分计算方法可以采样模拟电路或者模数混合电路的方式实现，例如通过上述直流阻抗检测电路中的电流积分电路和电压积分电路来实现，也可通过纯数字计算的方式实现，本实施例将以数字计算的方式为例来具体阐述获取电流积分与电压积分的方法。

每一个所述积分时间段包括多个所述D类音频放大器的开关周期(即半桥开关电路的开关周期)，对所述每一个积分时间段内流过所述扬声器的电流和电压做积分计算的方法具体包括：

在每一个所述积分时间段内的每一个所述开关周期中，一个开关周期如图3中的t1到t9时刻所持续的时间段，将该开关周期开始时刻(如t1时刻)流过所述扬声器的电流与该开关周期结束时刻(如t9时刻)流过所述扬声器的电流的平均值与该开关周期相乘，以获得该开关周期的电流时间参量。将每一个所述积分时间段内所有开关周期的电流时间参量叠加，以获得每一个积分时间段内的电流积分。

若以电流I(n)表示第n个开关周期的开始时刻流过扬声器的电流，且使一个积分时间段内包括N个开关周期，优先选择使一个积分时间段大于或等于D类音频放大器的音频信号的周期，则I(n+1)可表示下一个开关开始时刻流过扬声器的电流，也等于第n个开关周期的结束时刻流过扬声器的电流，令一个开关周期为Tpwm，则电流时间参量TI为：

若TI(j)为一个积分时间段内N个开关周期中第j个开关周期内的电流时间参量，则在一个积分时间段内的电流积分为：

对所述每一个积分时间段内流过所述扬声器的电流做积分计算的方法具体包括：

在每一个所述积分时间段内的每一个所述开关周期中，将第一电压Va与第二电压Vb的电压差分别与第一时间段T1、第二时间段T2和第三时间段T3相乘，以相应获得该开关周期的第一电压时间参量TU1、第二电压时间参量TU2和第三时间参量TU3，再将所述第一时间参量TU1、第二电压时间参量TU2和第三时间参量TU3叠加，以获得该该开关周期的电压时间参量TU，其大小为TU1+TU2+TU3，其中，所述第一时间段T1为该开关周期中所述第一电压Va大于所述第二电压Vb的时间段，例如图3中t1～t3以及t5～t7所经历的时间段，所述第二时间段T2为该开关周期中所述第一电压Va等于所述第二电压Vb的时间段，例如图3中t3～t5以及t7～t9所经历的时间段，所述第三时间段T3为该开关周期中所述第一电压Va小于所述第二电压Va的时间段，例如图3中第三时间段T3在该开关周期中持续的时间为零(在其它开关周期中不一定为零)。通常，若屏蔽开关管M1、M2的开关控制信号PWMa、PWMb的占空比确定后来，第一时间段，第二时间段，第三时间段的长度就能确定了。

然后将每一个所述积分时间段内所有开关周期的电压时间参量叠加，便以获得每一个积分时间段内的电压积分。若TU(j)为一个积分时间段内N个开关周期中第j个开关周期内的电流时间参量，则在一个积分时间段内的电流积分为：

通过数字的方法实时实现对扬声器的电流积分和电压积分进行技术，并将电压积分与电流积分相除，以实时的精准的获得扬声器的直流阻抗值，更加便于系统的控制。

在本申请中，所有的开关管或者开关均可为金属氧化物场效应晶体管或者三极管或者其它具有开关特性的器件。本申请中所提及的各个信号的有效状态在本申请各个实施例中均为高电平状态，但在其它实施例中也可为低电平状态。

图4为本申请实施例公开的另一种音频放大器的结构框图。

如图4所示，本申请提供的音频放大器包括扬声器3以及直流阻抗检测电路5，直流阻抗检测电路5主要包括积分时间产生电路51、电流积分电路52以及电压积分电路53、除法电路45、第一滤波电路56以及第二滤波电路57，还可以包括电流采样电路44。

在本实施例中，直流阻抗检测电路5不仅限于D类音频放大器，在A、B类音频放大器中，也可以用以获得扬声器的直流阻抗。从上述实施例中可知，D类音频放大器由于具有调制电路，会把原始的输入音频信号和一个三角波进行比较，得到具有较高频率的音频PWM控制信号。而在A、B类的音频放大器中，扬声器接收的是频率较低的原始的输入音频信号，因此在获得直流阻抗时，需要用滤波电路消除特定低频段的影响。

图5为扬声器的阻抗曲线图。颜色较深的曲线表征扬声器阻抗的幅值随工作频率的变化，颜色较浅的曲线表征扬声器阻抗的相角随工作频率的变化。众所周知，音频信号的频率在20HZˉ20kHZ，而开关电路中，开关频率一般为几百kHZ甚至更高。在从图5中可以看出：扬声器阻抗的幅值在10HZ到70HZ附近较为恒定；在100HZ附近(此频率不固定，因扬声器参数的不同而异)由于寄生参数的谐振，导致阻抗的幅值大幅度上升，表现在幅值曲线上即有一个幅值较大的窄脉冲；在100HZ以后，扬声器阻抗的幅值又逐渐趋于恒定。由此可知：在检测扬声器的直流阻抗时，需要避开扬声器阻抗的谐振区，以获得准确的直流阻抗。

积分时间产生电路51用于根据流过扬声器3的电流产生积分时间信号Q1，使得积分时间信号Q1的每一个有效状态的开始时刻流过扬声器3的电流与该有效状态结束时刻流过扬声器3的电流相等。应用在D类音频放大器中时，积分时间产生电路51可以与上述实施例中的积分时间产生电路相同；在本实施例中，积分时间信号Q1生成的方法可以包括以下步骤：

获取开始时刻流过扬声器3的电流；

延迟一定时间后，再次获取流过扬声器3的电流，并与开始时刻获取的电流相比较，直至流过扬声器3的电流与开始时刻获取的电流相等，则将当前时刻作为所述积分时间段的结束时刻。

需要说明的是，之所以在开始时刻后，延迟一定的时间再次获取流过扬声器3的电流，是为了避免获取电流中开关周期纹波上的两个电流相等的时刻间的积分时间段，而是可以在具有音频频率的，且近似光滑的正弦波的电流上寻找两个相等的电流时刻，作为积分时间段，以生成积分时间信号Q1。

上述实施例中，由于直流阻抗检测电路5应用在D类音频放大器中，流过扬声器的电流带有开关周期的纹波，而开关频率一般远远大于音频频率，所以，扬声器3工作在较高频率范围，阻抗曲线中不存在谐振区；但是，若将直流阻抗检测电路应用在其他类型的音频放大器中，扬声器3工作在较低频率范围内，其阻抗曲线中的谐振区将会对直流阻抗的检测造成干扰，故需要相应的滤波电路，对输入直流阻抗检测电路5的电压和电流信号进行滤波。因此，本实施例的音频放大器还包括：

第一滤波电路56，用以对所述扬声器上的电压进行高通滤波或者带阻滤波，第二滤波电路57，用以对流过所述扬声器的电流进行高通滤波或者带阻滤波。第一滤波电路56和第二滤波电路57选用两个完全相同的两个滤波器，用以在频域上，使得每个点的幅值衰减比例相同，从而电压电流的比值不受滤波器的影响。其中，滤波器可以为两个巴特沃斯滤波器，也可以是切比雪夫滤波器。

电流积分电路52，接收积分时间信号Q1，以在积分时间信号Q1处于有效状态期间，对流过扬声器3的电流做积分，并输出电流积分信号VC1。

电压积分电路53接收积分时间信号Q1，以在积分时间信号Q1处于有效状态期间，对扬声器3上的电压做积分，并输出电流积分信号VC2。

除法电路45和电流采样电路44与上述实施例中相同，在此不再赘述。

由上可见，本申请提供的扬声器的直流阻抗电路，可以应用在任何音频放大器中，在扬声器的工作期间，在流过扬声器的电流变化量为零的积分时间段内，对经过滤波后的流过扬声器的电流做积分以获得电流积分信号，同时还对经过滤波后的扬声器上的电压做积分，以获得电压积分信号，然后再将电压积分信号与电流积分信号相除，便可获得扬声器的直流阻抗值，因此实现了对扬声器直流阻抗的实时检测，从而为系统提供了更加精准的扬声器的直流阻抗参数。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种扬声器的直流阻抗检测方法，包括：

在每一个积分时间段内，分别对流过所述扬声器的电流以及所述扬声器上的电压做积分计算，以获得电流积分信号与电压积分信号，并将所获得的电压积分信号与电流积分信号进行除法运算，以获得所述扬声器在该积分时间段内的直流阻抗值，

其中，每一个所述积分时间段均为所述扬声器工作过程中的一个时间段，且在每一个所述积分时间段的开始时刻流过所述扬声器的电流与在该积分时间段结束时刻流过所述扬声器的电流相等。

2.根据权利要求1所述的直流阻抗检测方法，其特征在于，每一个所述积分时间段内至少存在一个等电流时刻，在所述等电流时刻流过所述扬声器的电流与该积分时间段开始时刻流过所述扬声器的电流相等。

3.根据权利要求1所述的直流阻抗检测方法，其特征在于，所述扬声器由D类音频放大器驱动工作，所述D类音频放大器包括第一半桥开关电路和第二半桥开关电路，以分别向所述扬声器的两端输出第一电压与第二电压，每一个所述积分时间段包括多个所述D类音频放大器的开关周期，对所述每一个积分时间段内流过所述扬声器的电流做积分计算的方法包括：

在每一个所述积分时间段内的每一个所述开关周期中，将该开关周期开始时刻流过所述扬声器的电流与该开关周期结束时刻流过所述扬声器的电流的平均值与该开关周期做乘法运算，以获得该开关周期的电流时间参量；

将每一个所述积分时间段内所有开关周期的电流时间参量叠加，以获得每一个积分时间段内的电流积分信号。

4.根据权利要求3所述的直流阻抗检测方法，其特征在于，对所述每一个积分时间段内流过所述扬声器的电压做积分计算的方法包括：

在每一个所述积分时间段内的每一个所述开关周期中，将所述扬声器上的电压分别与第一时间段、第二时间段和第三时间段做乘法运算，以相应获得该开关周期内的第一电压时间参量、第二电压时间参量和第三电压时间参量，再将所述第一电压时间参量、第二电压时间参量和第三电压时间参量叠加，以获得该开关周期的电压时间参量，

其中，所述第一时间段为该开关周期中所述第一电压大于所述第二电压的时间段，所述第二时间段为该开关周期中所述第一电压等于所述第二电压的时间段，所述第三时间段为该开关周期中所述第一电压小于所述第二电压的时间段；

将每一个所述积分时间段内所有开关周期的电压时间参量叠加，以获得每一个积分时间段内的电压积分。

5.根据权利要求1所述的直流阻抗检测方法，其特征在于，在分别对流过所述扬声器的电流以及所述扬声器上的电压做积分计算之前，对所述流过扬声器的电流以及所述扬声器上的电压进行滤波。

6.根据权利要求5所述的直流阻抗检测方法，其特征在于，所述积分时间段选取的方法包括：

获取开始时刻流过所述扬声器的电流；

延迟一定时间后，再次获取流过所述扬声器的电流，并与开始时刻获取的电流相比较，直至流过所述扬声器的电流与开始时刻获取的电流相等，则将当前时刻作为所述积分时间段的结束时刻。

7.一种扬声器的直流阻抗检测电路，包括：

积分时间产生电路，用于根据流过所述扬声器的电流产生积分时间信号，使所述积分时间信号的每一个有效状态的开始时刻流过所述扬声器的电流与该有效状态结束时刻流过所述扬声器的电流相等；

电流积分电路，接收所述积分时间信号，以在所述积分时间信号处于有效状态期间，对流过所述扬声器的电流做积分，并输出电流积分信号；

电压积分电路，接收所述积分时间信号，以在所述积分时间信号处于有效状态期间，对所述扬声器上的电压做积分，并输出电压积分信号；

所述积分时间信号的每一个有效状态期间内，所述电压积分信号与所述电流积分信号的比值为所述扬声器的直流阻抗值。

8.根据权利要求7所述的直流阻抗检测电路，其特征在于，还包括除法电路，用于将所述电压积分信号与电流积分信号进行除法运算，并输出所述直流阻抗值。

9.根据权利要求7所述的直流阻抗检测电路，其特征在于，还包括电流采样电路，用于获取表征流过所述扬声器的电流的采样信号。

10.根据权利要求9所述直流阻抗检测电路，其特征在于，所述积分时间信号的每一个有效状态期间内至少存在一个等电流时刻，在所述等电流时刻流过所述扬声器的电流与该有效状态的开始时刻流过所述扬声器的电流相等。

11.根据权利要求10所述的直流阻抗检测电路，其特征在于，所述积分时间产生电路包括RS触发器、相等比较器、采样电容、采样开关以及屏蔽开关；

所述RS触发器的置位端接收一时钟信号，复位端接收所述相等比较器的输出信号，输出端输出所述积分时间信号；

所述相等比较器的第一输入端接收所述采样信号，第二输入端与所述采样电容的第一端相连，所述采样电容的第二端接地；

所述采样开关的第一端相连与所述采样电容的第一端相连，第二端接收所述采样信号，且所述采样开关由所述时钟信号或者与所述时钟信号同步的信号控制导通和关段

所述屏蔽开关连接在所述相等比较器的输出端与所述RS触发器的复位端之间，用于控制所述积分时间信号的每一个有效状态内至少存在一个所述等电流时刻。

12.根据权利要求7所述的直流阻抗检测电路，其特征在于，所述积分时间产生电路还包括延时触发电路，

所述延时触发电路由所述积分时间信号触发生成一清零信号，以清零所述电流积分信号和电压积分信号，

其中，所述清零信号在所述积分时间信号切换为无效状态后经过一个延时时切换至有效状态，在所述积分时间信号切换为有效状态之前切换至无效状态。

13.根据权利要求12所述的直流阻抗检测电路，其特征在于，所述电流积分电路和电压积分电路均包括受控电流源、积分控制开关、清零控制开关以及积分电容，

在电流积分电路和电压积分电路中，各自的受控电流源的输出端均与各自的积分控制开关的第一端相连，各自的积分控制开关的第二端均与各自的积分电容的第一端相连，开关控制端均接收所述积分时间信号，各自的所述清零控制开关均连接在各自的积分电容的第一端与地之间，且均由所述清零信号控制导通和关断，各自的积分电容的第二端均接地，

其中，在所述电流积分电路中，受控电流源由流过所述扬声器的电流控制输出电流，积分电容的第一端输出所述电流积分信号，

在电压积分电路中，受控电流源由所述扬声器上的电压控制输出电流，积分电容的第一端输出所述电压积分信号。

14.根据权利要求13所述直流阻抗检测电路，其特征在于，所述电流积分电路和电压积分电路均包括一个模数转换电路，以分别将所述电流积分信号与电压积分信号转换成数字信号后再输出。

15.根据权利要求7所述的直流阻抗检测电路，其特征在于，所述直流阻抗检测电路还包括：

第一滤波电路，用以对所述扬声器上的电压进行高通滤波或者带阻滤波；

第二滤波电路，用以对流过所述扬声器的电流进行高通滤波或者带阻滤波；

其中，所述第一滤波电路和第二滤波电路完全相同。