CN1066755A - 用于音频输出通道的保护电路装置 - Google Patents

Abstract

电视接收机音频输出通道的保护电路包括一检 测器(17L，17R)，它检测来自音频功放(1L，1R)加到 扬声器(3L，3R)上的持续直流分量和放大器(1L， 1R)上电源电压的丢失。检测器(17L，17R)包括一 低通滤波器(11L，11R)，当低通滤波器的输出信号在 “窗口”内或外时，用于检测。晶体管开关(49)联在比 较器(19L，19R，21L，21R)的输出端。只要低通滤波 器的输出在窗口内，每个比较器都产生各低电平输出 信号使开关(49)保持关断。但是，若输出信号在窗口 外，则比较器其一将产生高电平信号使开关(49)接 通。

Description

本发明涉及用于音频输出通道的保护电路装置，更具体地说，涉及当在音频功率放大器的输出上产生的持续的直流分量会摧毁扬声器时，用来进行检测的电路装置。

通常加到扬声器的音频信号的平均或直流分量是微不足道的。但是，在驱动扬声器的功率放大器内的故障将会使持续的直流分量被加到扬声器上。当持续的直流信号被加在扬声器上后将会使扬声器被毁坏。因此，音频输出通道可包括一个耦合到功率放大器的输出端上并且当产生持续的直流信号时用来产生故障指示信号的所谓的直流检测器。根据该故障信号，可进行各种动作以保护扬声器。例如可使含音频通道的设备被关断。R.E.Morris，Jr和G.H.Johnson于1990年8月27日提交并转让给与本发明相同的受让人的美国专利申请571，726，“电视接收机的关断系统”中公开了一种电视接收机的扬声器的保护电路装置，它包括一个直流检测器并当检到直流故障时将接收机关断。

本发明的一个方面属于对在一音频输出通道中出现的某种其它故障状态进行检测的方面。更具体讲，属于涉及失去音频功率放大器的正和负电源电压之一会使一直流分量被耦合到扬声器的方面，这一直流分量不可能被常规直流检测器检到，并且它可能会毁坏功率放大器。本发明的另一方面涉及一种直流检测器，该检测器自身既可以检出（1）在音频功率放大器输出端上出现的持续的直流分量，又可以检出（2）功率放大器电源电压之一的丢失。

本发明的这些方面将参照附图加以描述：

图1为包括根据本发明构造的保护电路装置的音频输出通道的示意图;

图2a和2b为用于图1所示保护电路装置的各参考电压源的示意图;

附图中的各幅图中相同或类似的元件标以相同或类似的参考符号。

图1示出诸如电视接收机的左和右立体声音频输出通道。由于除了它们所处理的信号不同外，这两个通道是完全相同的，故仅对左声道加以详细描述。每个通道的大部分电路被包括在三个集成电路之中。这些集成电路由矩形框代表，且其输入和输出端子由圆圈标示。

一音频功率放大器1L放大在一输入端上接收的低电平左音频信号（L）以在输出端上产生一高电平音频输出信号，该音频输出信号适于驱动扬声器3L。放大器1L包括在集成电路5L中，它分别从正电压源的各电源端子上接收正电源电压（+Vc），从负电压源9的各电源端子上接收负电源电压（-Vc）。集成电路5L还经各端子接地。包括反馈路径的各外部元件由于与描述本发明无关而未示出。由NEC公司投入实用的μPC1188H音频功率放大器集成电路适于用作集成电路5L。

如前所述，如果持续的直流信号被加到扬声器3L上则会毁坏该扬声器。为了防止这种状态，一包括低通滤波器11L的直流检测器和一所谓的“窗口比较器”17L被耦合到放大器1L的输出端上，其中低通滤波器11L包括一电阻13L和一电容15L，而“窗口比较器”17L包括两个电压比较器19L和21L及与其相关的参考电压源23和25。

低通滤波器11L的输入端被耦合到放大器1L的输出端。低通滤波器11L的输出端即在电阻13L和电容15L的联接点上被耦合到电压比较器19L的反相（-）输入端及电压比较器21L的非反相（+）输入端。选定低通滤波器11L的电阻13L和电容15L的值，以阻止任何音频信号的交流分量被耦合到电压比较器17L和19L的输入端，并且，仅允许持续的直流电压在低通滤波器11L的输出端上产生。

电压比较器19L的非反相（+）输入端被耦合到提供参考电压++V_R的正参考电压源23上，电压比较器21L的反相（-）输入端被耦合到提供参考电压-V_R的负参考电压源25上。包括电压比较器19L和21L的窗口比较器17L确定在低通滤波器11L输出端产生的直流电压是否在正参考电压+V_R和负参考电压-V_R间的较小范围内或在该范围之外。电压比较器19L和21L（象“右”音频输出通道的电压比较器19R和21R一样）包括在集成电路27内。集成电路27的正电源电压可由包括电阻31和33、滤波电容器35和正参考电压源23的分压器29从正电源电压+V_C中产生。集成电路27的负电源电压可由包括电阻39和41、滤波电容器43和负参考电压源25的分压器37从负电源电压-V_C中产生。电压比较器19L和21L的输出信号既具有接近由分压器29产生的正电源电压的高电平又具有一由分压器37产生的负电源电压决定的并取决于对应的两个输入信号的哪一个具有较大幅度而产生的低电平。由松下半导体公司投入实用的LM324A运算放大器集成电路适于用作集成电路27。

电压比较器19L和21L的输出经各自的电阻45L和47L耦合到NPN晶体管49的基极，构成共发射极放大器。晶体管49的集电极经“上拉”电阻51耦合到正电压源且该集电极还耦合到控制单元53上。可包含微处理器的控制单元53根据由用户在键盘（未示出）上输入的指令信号控制电视接收机的各种功能，包括电视接收机的“开/关”状态。在电视接收机的“开/关”功能方面。控制单元53产生一个耦合到正电压源7和负电压源9的“开/关”控制信号。控制单元53也根据由直流检测器产生的故障指示信号控制电压源7和9，该直流检波器包括低通滤波器11L、窗口比较器17L和晶体管49。

在任何绝大多数时间周期内，音频信号的平均值为零。因此，在正常工作状态下，在电阻器13L和电容器15L的连接点即低通滤波器11L的输出端产生的直流电压的幅度基本为零。在这些状态下，与各电压比较器19L和21L相关的参考电压+V_R或-V_R都不过大，并且在每个比较器19L和21L的输出端产生稍负的低电平。该电平足够低，以使正常状态下为非导通（截止）的晶体管49保持非导通。结果，控制单元53使电视接收机继续保持在“接通”状态。

如果在放大器1L中出现故障，例如当放大器1L（例如可联接成所谓的推挽型）的输出晶体管之一出现故障，使相应的电源电压被耦合到放大器1L的输出端，一持续的直流电压在低通滤波器11L的输出端上产生并被耦合到窗口比较器17L上。如果直流电压为正，则电压比较器17L将在其输出端上产生高电平，如果直流电压为负，则电压比较器21L将在其输出端产生高电平。该高电平被耦合到晶体管49的基极并使晶体管49变为导通。控制单元53响应通过产生一“关断”控制信号而在导通的晶体管49的集电极产生的低电平。该“关断”控制信号使电压源7和9关断，由此从扬声器3L中断掉直流电压。

此外，在对加到扬声器3L上的持续的直流电压检测时，当正电源电压+V_R存在时，需检测负电源电压-V_R的丢失。下面将解释其原因。

构成放大器1L的半导体装置、电阻和其它元件形成在基片55L上并由该基片55L撑托。负电源电压-V_R被耦合到该基片55L上，以使各元件和基片间的半导体连接点被反偏，因此确保元件被电隔离。如果失去负电源电压-V_R，则失去所需的电隔离。这将在放大器1L的输出端上产生正直流电压，这一电压会毁坏扬声器3L。负电源电压-V_R的丢失也可能会毁坏集成电路5L。考虑到这种可能性，适于用作集成电路5L的μPC1188H音频功率放大器集成电路的制造商推荐使正负电源电压同时加上，或者使负电源电压在加正电源电压之前加上。但是，这种措施不能防止由负电压源9的故障引起的可能的损坏。

窗口比较器17L可检出由于失去负电源电压-V_R而在放大器输出端上出现的正直流电压，该直流电压的幅度不可预测，并可能低于参考电压+V_R，由此有可能会使以这种方法不能进行检测。有利的是，窗口比较器17L可以如下的另一种工作方法检出负电源电压-V_R的丢失：

诸如LM324A的电压比较器可以并经常是工作在正电源电压和地电位之间。在这种情况下，能使电压比较器的输出受驱动的最低电平稍高于地电位。如果将负电源电压-V_C从集成电路27上断开，则地电位将取代于负电源电压-V_C借助于图2b所示参考电压源25提供的接地的路径和未示出的负电压源9的各种其它负载，将被耦合到电压比较器19L和21L的“负”电源电压输入端上。因此，如果负电源电压-V_C丢失，则能使电压比较器19L和21L的输出被驱动的最低电平将稍高于地电位。那个电平高于晶体管49的导通阈值，且不足以使晶体管49保持非导通（截止）。其结果，晶体管49变为导通并在其集电极上产生一低电平故障信号。控制单元53根据低电平故障信号产生一“关断”控制信号使正电压电源7以及电视接收机的其余部分被关断。

于是，通过采用正、负电源电压，窗口比较器17L能检出负电源电压-V_C的丢失，还检出在功率放大器1L的输出端产生的持续直流信号。应当注意，当负电源电压-V_C失去时，故障将被指示出来，但如果负电源电压-V_C和正电源电压+V_C都不存在时，则不指出故障。其结果，可使接收机打开进行故障探测。

采用正、负电源电压而非单极电源电压还有优越性，因为它可使用较接近于地电位的正、负参考电压。这随之使对直流故障的检测更迅速。在诸如上文引述的Morris和Johnson的专利申请中公开的保护电路结构中，其中仅采用了单极电源电压，采用近似为电源电压幅度一半的参考电压，可使正、负直流电压都被检测到。结果，在直流故障可被检测到之前，须将直流检测器的低通滤波器的电容器两端的电压被充到约为电源电压幅度的一半。本发明的采用正、负电源电压的保护电路装置避免了这种不希望的延时，因为正、负参考电压+V_R和-V_R可具有比采用单极电源电压的保护电路装置的单一参考电压低很多的幅度。

参考电压源23和25的实现方案可分别示于图2a和图2b。参考电压源23包括电阻57a和59a，并串联地联接在电阻33和地之间，NPN晶体管61a的基极联到电阻57a和59a相联接的点上，晶体管61a的集电极联在电阻33和57a的联接点上，其发射极接地。参考电压+V_R的幅度由电阻57a和59a的比来确定。示于图2a的参考电压源23的实施例具有与常规分压器相比较低的输出阻抗，由此可对更相匹配的电路提供参考电压。当有几个音频输出通道时，特别需要诸如用于内、外扬声器的左、右音频输出通道。在图2a所示的参考电压源23的实施例中，也可以提供与齐纳二极管相比诸如为2V的低幅度参考电压。图2b所示的参考电压源25的实施例与示于图2a的参考电压源23的实施例非常近似，且除了字母“a”被替换为“b”以外，对应的元件标以相同的参考号。参考电压源25与参考电压源23的实施例的主要不同在于：由于它们所涉及的极性的不同，NPN晶体管61b的发射极与集电极的联接方式与晶体管61a的发射极和集电极的联接方式相反。

Claims (10)

1、装置，包括：

第一电压源(7)；

具有与所述第一电源电压相反极性的第二电压源(9)；

音频信号源(L)；

音频功率放大器(1L，1R)，该放大器在其各电源输入端正常地接收所述第一和第二电源电压，在一输入端接收所述音频输入信号，并在一输出端提供音频输出信号；

用于将扬声器(3L，3R)耦合到所述音频放大器(1L，1R)的所述输出端的装置；

其特征在于还包括：

一检测器(17L，17R)，该检测器被耦合到所述放大器的所述输出端上，当(1)在所述放大器(1L，1R)的所述输出端产生直流信号或(2)所述电源电压之一失去时或者当(1)在所述放大器(1L，1R)的所述输出端产生直流信号且(2)所述电源电压之一失去时，用来产生指示故障状态的信号。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于：

所述检测器（1L，1R）在各电源输入端上正常地接收所述第一和第二电源电压，并根据在所述检测器（17L，17R）的各电源端子上所述电源电压之一的消失，来产生所述故障信号。

3、根据权利要求2的装置，其特征在于：

所述放大器的绝大部分被包括在一集成电路（1L，1R）中，该集成电路包括一个基片（55L，55R），半导体装置被支撑在该基片上，所述第二电源电压为负并被耦合到所述基片（55L，55R）上，所述第二电源电压的消失将使直流信号在所述放大器（1L，1R）的所述输出端上产生。

4、装置，包括：

第一电压源（7）;

具有与所述第一电源电压相反极性的第二电压源（9）;

音频信号源（L）;

音频功率放大器（1L，1R），该放大器在各电源输入端正常地接收所述第一和第二电源电压，在一输入端接收所述音频输入信号，并在一输出端提供音频输出信号;

用于将扬声器（3L，3R）耦合到所述音频放大器（1L，1R）的所述输出端的装置;

一检测器（17L，17R），该检测器在其各电源输入端正常地接收所述第一和第二电源电压并被耦合到所述放大器（1L，1R）的所述输出端上，当（1）在所述放大器（1L，1R）的所述输出端产生直流信号或（2）所述电源电压之一失去时或者当（1）在所述放大器（1L，1R）的所述输出端产生直流信号且（2）所述电源电压之一失去时，

用来产生指示故障状态的信号。

5、根据权利要求4的装置，其特征在于：

所述检测器（17L，17R）包括一个具有一耦合到所述放大器（1L，1R）的输出端上的输入端和一输出端的低通滤波器（11L，11R）;

第一比较器（19L，19R），该比较器的一个输入端耦合到所述低通滤波器（11L，11R）的输出端，且当所述低通滤波器的输出信号超过第一电压阈值时，在一输出端上产生一第一输出信号;

第二比较器（21L，21R），该比较器的一个输入端被耦合到所述低通滤波器（11L，11R）的输出端上，且当所述低通滤波器的输出信号超过与所述第一电压阈值的极性相反的第二电压阈值时，在一输出端上产生一第二输出信号;

根据所述第一和第二输出信号的任何一个，用来产生所述故障信号的装置（49，53）;

根据所述第一和第二电源电压之一的消失，还产生所述第一和第二输出信号至少其一。

6、根据权利要求4的装置，其特征在于：

用于产生所述故障信号的所述装置（17L，17R）为一阈值装置，该装置具有一输出端，当耦合到一输入端的信号超过给定的阈值，则在该输出端上产生所述故障信号，所述第一和第二信号的每一个都具有超过所述给定阈值的电平;

其特征还在于至少包括一个比较器，当所述第一和第二电源电压之一消失时，该比较器不能产生不超过所述给定阈值的输出信号。

7、根据权利要求4的装置，其特征在于：

所述放大器（1L，1R）的绝大部分被包括在一集成电路（5L，5R）中，该集成电路包括一个基片（55L，55R），半导体装置被支撑在该基片上，所述第二电源电压被耦合到所述基片（55L，55R）上，所述第二电源电压的消失将使直流信号在所述放大器（1L，1R）的所述输出端上产生。

8、根据权利要求7的装置，其特征在于：

所述第二电源电压为负。

9、装置，包括：

正电压源（7）;

具有与所述第一电源电压相反极性的负电压源（9）;

音频信号源（L）;

音频功率放大器（1L，1R），该放大器在其各电源输入端上正常地接收所述正和负电源电压，在一输入端接收所述音频输入信号，并在一输出端提供音频输出信号;

所述放大器的绝大部分被包括在一集成电路（5L，5R）中，该集成电路包括一个基片（55L，55R），半导体装置被支撑在该基片上，所述负电源电压被耦合到所述基片（55L，55R）上，所述第二电源电压的消失将使直流信号在所述放大器的所述输出端上产生。

用于将扬声器（3L，3R）耦合到所述音频放大器（1L，1R）的所述输出端的装置;

其特征在于还包括：

一检测器（17L，17R），该检测器在其各电源输入端上接收所述正和负电源电压并被耦合到所述放大器（1L，1R）的所述输出端上，当（1）在所述放大器（1L，1R）的所述输出端上产生直流信号或（2）所述负电源电压失去时或者当（1）在所述放大器（1L，1R）的所述输出端上产生直流信号且（2）所述负电源电压失去时，用来产生指示故障状态的信号。

10、装置，包括：

第一电压源（7）;

具有与所述第一电源电压相反极性的第二电压源（9）;

音频信号源（L）;

音频功率放大器（1L，1R），该放大器在其各电源输入端正常地接收所述第一和第二电源电压，在一输入端接收所述音频输入信号，并在一输出端提供音频输出信号;

用于将扬声器（3L，3R）耦合到所述音频放大器（1L，1R）的所述输出端的装置;

其特征在于还包括：

一检测器（17L，17R），该检测器被耦合到所述放大器（1L，1R）的所述输出端上，当（1）在所述放大器（1L，1R）的所述输出端上产生直流信号或（2）所述电源电压之一失去时或者当（1）在所述放大器（1L，1R）的所述输出端上产生直流信号且（2）所述电源电压之一失去时，用来产生指示故障状态的信号。

所述测波器（17L，17R）包括一个具有一耦合到所述放大器（1L，1R）的输出端上的输入端和一输出端的低通滤波器（11L，11R）;

第一比较器（19L，19R），该比较器在各电源电压端子正常地接收所述第一和第二电源电压，并且其一个输入端耦合到所述低通滤波器（11L，11R）的输出端，且当所述低通滤波器（11L，11R）的输出信号超过第一阈值时，在一输出端上产生一高于给定电平的第一输出信号;

第二比较器（21L，21R），该比较器在各电源电压端子正常地接收所述第一和第二电源电压，并且其一个输入端被耦合到所述低通滤波器（11L，11R）的输出端上，且当所述低通滤波器（11L，11R）的输出信号超过与所述第一电压阈值的极性相反的第二阈值时，在一输出端上产生一其电平超过给定电平的第二输出信号;

阈值装置，该装置具有一输出端，当耦合到输入端的信号的电平超过所述给定电平时，则在该输出端上产生所述故障信号;

所述比较器（19L，19R，21L，21R）至少其一，当所述第一和第二电源电压之一消失时，该比较器不能产生不超过所述给定电平的输出信号。

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