CN107205200A - 一种自检测故障并带备份输出的音频功放 - Google Patents

Abstract

提供一种双功率放大模块的音频功放，在内部某一模块发生故障时，可以直接切换到备用模块，从而保障广播系统的连续和安全。该音频功放中每一个模块的检测、开机自检和满负载检测，都能够作出无故障反馈或者直接显示故障信息，同时作日志记录，以便查询或进一步处理。该音频功放可自行发生检测信号用于功率放大模块的快速检测，自行发生的检测信号是频率在20Hz‑20kHz之间的正弦波，该正弦波由正弦信号发生单元45产生，并将频率为1kHz的正弦波作为检测信号优选方案。该音频功放对于输入音频功率放大模块前的信号，经过了数字前置放大单元44进行增益调节，以防止信号衰减影响检测。而且，数字前置放大单元44对检测信号的增益调节可变，其增益数值根据功放输出值而定。

Description

一种自检测故障并带备份输出的音频功放

技术领域

本发明涉及公共广播及扩音领域，尤其是一种自检测故障并带备份输出的音频功放。

背景技术

功放容易产生故障影响到广播系统正常工作

音频功率放大器，俗称“扩音机”，简称“音频功放”，它是公共广播系统、厅堂扩音系统中的基本设备，扮演着非常重要的角色，其主要功能是将来自信号源的弱信号进行放大，以驱动扬声器发出声音。一旦功放发生故障，扬声器将无法发声，传输的内容不能到达扬声器，整个公共广播、厅堂扩音系统就会瘫痪并无法正常工作，既不能保证系统业务连续，也有可能会产生安全性事件。

尤其是在广场、车站或者在较大的会议厅堂等人群聚集的场合需要集体疏散时，更容易产生因为某些广播信息不能被听众接收到而产生不必要的诸如踩踏之类的灾难。同时，在应对一些诸如特大雨雪、地震、海啸、洪水、泥石流等自然灾害时，公共广播系统必须保证正常工作，才能确保抢险救灾工作的顺利进行。

而音频功放在公共广播系统、厅堂扩音系统中却是最容易发生故障的设备，因为它需要高电压、高电流的驱动才能工作，往往会产生过温、过流、瞬时保护、元器件损坏等问题，很容易引起故障。

业内主流解决方案的缺点明显

为了解决上述问题，业内通用的解决方案为采用主备功放切换器。即采用多台音频功放，使用一备一、多备多、多备一的方法，将多台音频功放统一接入主备功放切换器，并将其中一台或多台音频功放设置为备音频功放。当其中一台或多台主音频功放发生问题时，直接切换到备音频功放。

其检测故障的原理为：通过对输入的音频信号和主/备功放输出的功率信号进行比对，得出检测结果。

但是，上述解决方案，需要使用多台音频功放，还要增加一台或多台主备音频功放切换器。系统冗余，设计架构臃肿，连接复杂，容易在系统连接过程中发生错误，从而造成备功放或主功放无法工作，使得整个公共广播、厅堂扩音系统停止运转，并不能解决上述问题。

而且，随着当前对环境污染行业的治理及国内国际经济形势波动等诸多方面因素影响，同时能源、运费、人力成本等持续上涨，很多包括铜、铝、铁、塑料等原材料的价格都在上涨，从而造成钣金、面板、变压器等传统生产材料的价格变得更高。与此同时，随着集成电路、数字电路的大规模应用，电子原件的材料成本却相对较低，若尽量采用集成电子原件来设计主备一体的音频功放，往往可以很好地控制成本。

因此，设计一种不改变传统功放使用习惯，将主备音频功放系统集成在一台功放内，连接简单，成本低廉，能自检测故障并带备份输出的音频功放，显得尤为迫切。

现有情况下最接近技术的分析与对比

目前，现有情况下最接近的技术方案为：申请号为CN201620070421.6的《自动切换数字主备切换器》（下文简称“对比文件1”）、申请号为CN201420638970.X的《一种功放主备切换器》（下文简称“对比文件2”）、申请号为CN201110132531.2的《一种音频功放自动切换电路及功放芯片》（下文简称“对比文件3”）和申请号为CN201410686162.5的《一种带有故障监控的功率放大器系统》（下文简称“对比文件4”）。

对比文件1、对比文件2均为使用主备功放切换器的方案进行主备功率系统之间的切换，其故障检测的方法过于简单、不完整，无法准确判断故障位置，而且在检测信号发生进行判断的过程中会产生噪音，下文会作具体分析。

对比文件3为功放类型之间的切换，并没有故障状态下的检测与切换。

对比文件4为故障状态的反馈，并没有相关的备份输出动作。

对比文件1，申请号为CN201620070421.6的《自动切换数字主备切换器》，描述了一种主备功放切换器，其权利要求中提到了“自动检测信号发生装置、音频混合模块”这样的装置，在说明书中表述了“自动检测信号发生装置则用于发出有源音频信号”，此处表达的信号与用于功放音频输入信号是一致的，此技术方案仅仅是将外部输入的音频信号进行了内置。所述的“音频混合模块”在说明书中的表述为：“集成电路板上还安装有增益控制模块，用于对有源音频信号进行增益调整”、“每路音量都可以通过面板上的音量旋钮进行调节”、“音频混合器，则用于将增益调整后的有源音频信号与输入的多路待放大音频信号进行混合”说明其增益电路仅对输出的检测用有源音频信号产生作用，而外部音频信号的增益是通过“面板上的音量旋钮”进行调节的。

此方案的局限性在于，并没有在现有方案上有突破性的改变，仅是将外部比对信号变为了内置。

对比文件2，申请号为CN201420638970.X的《一种功放主备切换器》，其设计也为主备功放切换器。在其权利要求中提及：“所述检测信号发生器为超音频信号发生器”在其说明书中作了进一步说明“检测信号发生器为超音频信号发生器，其发出的有源音频信号是超音频信号，不会被人的听觉所感知，能有效降低对人的干扰。”在声学上，只有频率在20Hz-20kHz的声波才能称为音频信号，“超音频信号”是频率大于20kHz的波，不属于音频信号。对比文件2所主张的权利要求是明确用在音频功放上的，在其说明书中也明确了其使用范围“功放在音响系统中承担着功率放大的任务”，众所周知，音频功放的放大范围是在20Hz-20kHz之间的，在此频率范围之外的信号是不进行放大的。所以，此处所述的“超音频信号”是不能作为检测信号的。

对比文件3，申请号为CN201110132531.2的《一种音频功放自动切换电路及功放芯片》，该发明的发明目的是“目的在于提供一种音频功放自动切换电路，旨在解决现有技术没有实现在同一功放电路中根据实际使用需要自动切换使用最合适的功率放大器的功能，导致现有音频功放电路适应性较差、功能单一的问题。”，此方案没有故障检测功能，也没有主音频功放与备音频功放的概念。

对比文件4，申请号为CN201410686162.5的《一种带有故障监控的功率放大器系统》，该发明对故障的处理方案为“当发生故障时，通过故障告警单元和状态发送单元发出故障报警信息。”，此发明仅仅是故障监控与报警，更多体现的是故障反馈方式“第一种是本地触摸显示屏显示，第二种是通过网络发送模块上报远程网关服务器，第三种是通过3G模块将故障信息发送至指定接收终端(手机)。”，且此发明对检测方法也没有明确方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种设计简单、无需额外备用音频功放和主备功放切换器，同时能够自行发生检测信号、快速检测并显示哪一工作区域发生故障、自主完成开机自检、满负载自检，成本低廉而且无任何学习成本，并在内部主音频功率放大模块发生故障时，直接切换到备音频功率放大模块输出的音频功放。

一种自检测故障并带备份输出的音频功放，包括如下部分：两个电源输入模块（主电源输入模块和备电源输入模块）、两个输出电源模块（主输出电源模块和备输出电源模块）、两个音频功率放大模块（主音频功率放大模块和备音频功率放大模块）、两块功率负载反馈模块（主功率负载反馈模块和备功率负载反馈模块）、一个音频处理模块、一个中央处理模块、一个数据通信模块、一个显示模块和一个功率输出选择模块。将其中主电源输入模块、主电源输出模块和主音频功率放大模块定义为主音频功放系统，备电源输入模块、备电源输出模块和备音频功率放大模块定义为备音频功放系统，而且主音频功放系统和备音频功放系统同时存在于一台上述的独立音频功放之内。在不配备主备功放切换器与备用功放的情况下，实现了业务连续和高安全性的广播架构。

一种自检测故障并带备份输出的音频功放，两个电源输入模块、两个电源输出模块、两个音频功率放大模块/音频处理模块的输出信号，其特征在于，这些信号均经过采样后输出至中央处理模块进行统一汇总分析。明确了检测范围不局限于音频功率放大模块，也包含了输入电源模块与输出电源模块（其实是为音频功率放大模块提供电源）。

一种自检测故障并带备份输出的音频功放，音频功放通过检测输入电压来判断其是否处于故障状态，检测电源输入模块输出端电压是否为当地市电电压（电压根据当地所在国家或地区而定），并根据检测结果作出相应的动作。配置有两个电源输入模块，这保证了在主音频功放系统或备音频功放系统发生严重故障的情况熔断熔断器单元时，备用电源输入模块能保证此音频功放的正常工作，从而避免备音频功放系统无法启动的现象。

一种自检测故障并带备份输出的音频功放，音频功放通过检测电源输出模块输出值是否为匹配功放模块数值，来检测其是否处于故障状态，并根据反馈作出相应的动作。配置有两个电源输出模块，这保证了在其中主电源输出模块发生故障时，音频功率放大模块还有另一路电源支持，从而避免了整个音频功放都不能工作的现象。

一种自检测故障并带备份输出的音频功放，电源输出模块可以支持市面上各种类型的音频功放电源，而不仅仅限于本发明实施方式中的数字（D类）音频功放。

一种自检测故障并带备份输出的音频功放，所述的信息采样单元采样数据为三组：电源输入模块（主电源输入模块和备电源输入模块）、电源输出模块（主电源输出模块和备电源输出模块）、音频功率放大模块（主音频功率放大模块和备音频功率放大模块）/音频处理模块，通过故障分析单元对这三组不同信号进行检测比对，最后由中央处理模块中的动作切换单元根据检测结果作出相应的动作。可以检测出电源输入模块、电源输出模块或音频功率放大模块哪一模块或单元发生故障，并作出相应的动作。而且，所有这些检测都可以在开机时自动完成。

所述的音频处理模块中的数字前置处理单元，对输入的外部音频作一定的补偿增益，再分别输出至主音频功率放大模块和备音频功率放大模块后做功率放大，这样解决了外部输入音频需要同时给主音频功率放大模块与备音频功率放大模块输入信号而造成的信号衰减问题。

一种自检测故障并带备份输出的音频功放，可以实现借助于功率负载反馈模块实现满负载检测，由于功率负载反馈模块承载功率大小与音频功率放大模块输出功率相等，因此可实现在不连接外部负载的情况下实现内部满负载检测。

而且，所述的音频处理模块中的正弦信号发生单元，能够输出检测信号为频率在20Hz-20kHz之间的正弦波，将频率为1kHz的正弦波作为检测信号优选方案，且数字前置处理单元对检测信号的增益调节是可变的，其增益数值根据功放输出值而定。首先，明确了自行发生检测信号的频率范围，包括最佳输出频率（1kHz）。其次，检测信号的增益可调，是为了保证在连接功率负载反馈模块情况下，进行满负载检测时，音频功率放大模块的输出值是达到设计要求的[s1] [s2] 。

最后，一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：可以反馈故障信息并作日志记录，而且日志记录是可以处理的，比如：日志记录也可以通过数据发送单元（位于数据通信模块中）上传至云或者上位机，以供查询或进一步处理。

本发明的优势

本发明与普通的功放在使用上并没有任何的差别，而且无需多台音频功放和主备功放切换器，连接相对容易，也减少了学习的成本和时间。非专业技术人员，也能够很快上手并掌握。

由于无需多台音频功放，也无需主备功放切换器，从而减少了钣金、面板、变压器等传统生产材料的消耗，进而可以大大降低生产成本，进而降低其价格。

公共广播系统、厅堂扩音系统的业务连续管理是该领域的一重大课题，因为它们肩负着传播的使命和重任，往往在处理突发事件时显得尤为重要。本发明的功放，不仅可以快速地检测并显示故障，并且可以快速地切换到备电源输入模块、备电源输出模块或备音频功率放大模块，保证了整个公共广播系统、厅堂扩音系统的业务连续，实现了整个公共广播、厅堂扩音系统的保护，避免了安全性事故的发生。

附图说明

图1是音频功放工作示意图。

图2是电源输入模块结构图。

图3是电源输出模块结构图。

图4是音频功率放大模块结构图。

图5是电源输入模块检测流程图。

图6是电源输出模块检测流程图。

图7是音频功率放大模块检测流程图。

图8是音频功放开机自检流程图。

图9是音频功放满负载检测流程图。

标号说明

1：主电源输入模块。

2：主电源软启动单元。

3：主强电隔离滤波单元。

4：主熔断器单元。

5：备电源输入模块。

6：备电源软启动单元。

7：备强电隔离滤波单元。

8：备熔断器单元。

9：主电源输出模块。

10：主变压单元。

11：主整流滤波单元。

12：主多谐振荡单元。

13：主升压斩波单元。

14：主PWM滤波单元。

15：备电源输出模块。

16：备变压单元。

17：备整流滤波单元。

18：备多谐振荡单元。

19：备升压斩波单元。

20：备PWM滤波单元。

21：主音频功率放大模块。

22：主音频隔离单元。

23：主一级放大单元。

24：主多反馈带通滤波单元。

25：主音频输入保护单元。

26：主音频放大检测单元。

27：主PWM单元。

28：主功率输出单元。

29：主输出保护单元。

30：主输出反馈单元。

31：备音频功率放大模块。

32：备音频隔离单元。

33：备一级放大单元。

34：备多反馈带通滤波单元。

35：备音频输入保护单元。

36：备音频放大检测单元。

37：备PWM单元。

38：备功率输出单元。

39：备输出保护单元。

40：备输出反馈单元。

41：主功率负载反馈模块。

42：备功率负载反馈模块。

43：音频处理模块。

44：数字前置处理单元。

45：正弦信号发生单元。

46：中央处理模块。

47：功率信号分析处理单元。

48：信息采样单元。

49：信息转换单元。

50：故障分析单元。

51：故障反馈单元。

52：日志记录单元。

53：日志查询单元。

54：动作切换单元。

55：动作自定义单元。

56：数据通信模块。

57：数据发送单元。

58：数据接收单元。

59：显示模块。

60：功率输出选择模块。

具体实施方式

如图1，是音频功放工作示意图，它包括如下部分：两个电源输入模块（主电源输入模块1和备电源输入模块5）、两个输出电源模块（主输出电源模块9和备输出电源模块15）、两个音频功率放大模块（主音频功率放大模块21和备音频功率放大模块31）、两块功率负载反馈模块（主功率负载反馈模块41和备功率负载反馈模块42）、一个音频处理模块43、一个中央处理模块46、一个数据通信模块56、一个显示模块59和一个功率输出选择模块60；

将其中主电源输入模块1、主电源输出模块9和主音频功率放大模块21定义为主音频功放系统，备电源输入模块5、备电源输出模块15和备音频功率放大模块31定义为备音频功放系统。而且主音频功放系统和备音频功放系统同时存在于一台上述的独立音频功放之内；

如图2，是电源输入模块结构图，它包括：电源软启动单元、强电隔离滤波单元和熔断器单元。其主要作用是防止冲击电流，同时去除市电中的高频信号，解决电磁干扰问题。其中的熔断器单元在输入过高电压、过大电流或内部严重故障产生过大电流时会自行熔断，保护整个功放系统免于被烧毁。

如图3，是电源输出模块结构图，它包括：变压单元、整流滤波单元、多谐振荡单元、升压斩波单元、PWM滤波单元。其中斩波模块之后是PWM（脉宽调频）滤波模块，它的作用是将PWM（脉宽调频）波信号变为稳定的直流电（DC）输出。

如图4，是音频功率放大模块结构图，它包括：音频隔离单元、一级放大单元、多反馈带通滤波单元、音频输入保护单元、音频放大检测单元、PWM单元（脉宽调频单元）、功率输出单元、输出保护单元、输出反馈单元。音频功率放大模块由于采用了脉宽调频技术，它解决了传统线性放大器功率因数低，而不得不加大输出功率，并可能引起本身过热烧毁的问题。特别要强调的是，本发明的实施方式中是以数字型（即D型）功率放大模块为例进行介绍的，而事实上，本发明的功率放大模块可以为目前已知的各种类型功放，可以做到很好的兼容，并具有普适性。

所述的功率负载反馈模块承载功率大小与功率放大模块输出功率相等，其数值由相应的音频功率放大模块的功率、电压而定；

所述的音频处理模块43包括：数字前置处理单元44和正弦信号发生单元45，并输出增益后的输入信号和自行发生的检测信号，用于作为比对信号;

所述的中央处理模块46包括：功率信号分析处理单元47、信息采样单元48、信息转换单元49、故障分析单元50、故障反馈单元51、日志记录单元52、日志查询单元53、动作切换单元54和动作自定义单元55。其中信息转换单元49包括了数模和模数的双向转换。

所述的数据通信模块56包括：数据发送单元57和数据接收单元58;

所述的显示模块59包括：一台或多台显示器。这些显示器可以在本地，也可以在远程。

所述的功率输出选择模块60则包括：选择电路，用于在满负载检测时选择功率负载反馈模块，正常情况下选择扬声器。

音频功放的工作流程：如图1，一种自检测故障并带备份输出的音频功放的工作流程为：所述的两个电源输入模块（主电源输入模块1和备电源输入模块5）、两个电源输出模块（主电源输出模块9和备电源输出模块15）、两个音频功率放大模块（主音频功率放大模块21和备音频功率放大模块31）/音频处理模块43的输出信号，这些信号均经过采样后输出至中央处理模块46进行统一汇总分析。其中音频功率放大模块的信号是事先经过功率信号分析处理单元47进行处理后，再经过采样后输出至中央处理模块的。

同时，该音频功放信息采集模块检测采样数据为三组：电源输入模块、电源输出模块、音频功率放大模块/音频处理模块，通过故障分析单元对这三组不同信号的检测比对，最后由动作切换单元根据检测结果作出相应的动作：

如果主音频功放系统和备音频功放系统都没有故障，则故障反馈单元51反馈无故障，并由日志记录单元52作日志记录。

如果发现主音频功放系统某一模块发生故障，则故障反馈单元51反馈故障信息，并由日志记录单元52作日志记录，同时由动作切换单元54切换至备音频功放系统，从而保证业务连续和安全；

如果发现主音频功放系统和备音频功放系统都发生故障，则停止两套功放系统工作，故障反馈单元51反馈故障信息，并由日志记录单元52作日志记录。

首先，检测电源输入模块：电源输入模块的主要作用是保护，如果电源输入模块中被熔断，则功放系统无法工作。因此，首先可以检测电源输入模块是否发生问题。其检测电源输入模块的原理为：检测输出端电压是否为当地市电电压，当地的市电电压根据国家或地区而定，如中国大陆为220V，美国为120V等。由中央处理模块进行检测，分两种情况并作相应的动作：

如图5，是电源输入模块检测流程图。如果主电源输入模块1正确，则由主电源输入模块1工作，并由故障反馈单元51反馈无故障信息，再由日志记录单元52作日志记录。

如果主电源输入模块1错误，则检测备电源输入模块5，此时又分为两种情况：如果备电源输入模块5正确，由故障反馈单元51反馈故障信息，并由日志记录单元52作日志记录，同时由动作切换单元54切换至备电源输入模块工作；如果备电源输入模块也错误，则停止工作。

最后要说明的是，开机之所以要检测两个输入电源模块，是因为要保证在内部短路或其他原因的情况下，备音频功放系统还能正常工作。

接着，检测电源输出模块：电源输出模块的主要功能是为音频功率放大模块提供电能，很显然，如果电源输出模块出现问题，则功放系统也无法工作。因此，接下来就要检测电源输出模块是否发生问题。如图6，是电源输出模块检测流程图。其电源输出模块检测的原理为：检测电源输出模块输出值是否为匹配音频功率放大模块电压数值，来检测其是否处于故障状态，并根据反馈结果作出相应的动作：

如果主电源输出模块9正确，则由主电源输出模块9工作，由故障反馈单元51反馈无故障信息，并由日志记录单元作日志记录；

如果主电源输出模块9错误，则检测备电源输出模块15，分两种情况：如果备电源输出模块15正确，则由故障反馈单元51反馈故障信息，并由日志记录单元52作日志记录，同时由动作切换单元54切换至备电源输出模块15工作；如果备电源输出模块15错误，则故障反馈单元51反馈故障信息，并由日志记录单元52作日志记录，同时由动作切换单元54停止功放系统工作。

其次，检测音频功率放大模块：功放系统中的音频功率放大模块是重要组成部分，如果这一部分发生故障，功放系统很有可能会出现无法发声或者声音断续、音量降低等问题。因此，在检测完电源输入模块和电源输出模块后，还必须检测音频功率放大模块。如图7，是音频功率放大模块检测流程图。首先，由音频处理模块43中的数字前置处理单元44，对输入音频作一定的增益处理，分别输出至主音频功率放大模块21和备音频功率放大模块31后做功率放大，再分别输入至中央处理模块46。同时，由音频处理模块43中的正弦信号发生单元45，产生频率为1kHz的正弦波，此1kHz的正弦波的增益度由功放设计的输出功率而定，如定压功放，设计输出为100V，音频处理模块43中的数字前置处理单元44则自动调整其增益度。

这里要特别提出的是，一般来说，人类对1000Hz～8000Hz的声音比较敏感。人们平时讲话的声音为500Hz～2000Hz，用1000Hz的声音来做测试是最好的，因为人耳相对敏感的。同时，取正弦波是因为正弦波是一种纯音（pure tone），即频率单一的波。人的声音是复音（complex tone），但是是由一组组振幅不同，周期（频率）、偏离等都不尽相同的正弦波组成。因此，本发明认为取1kHz正弦波作为优先方案是最为合适的。

本发明将上述两组信号进行对比，检测音频功率放大模块。如果发现主音频功率放大模块21正确，则由故障反馈单元51反馈无故障信息，并由日志记录单元52作日志记录，同时由动作切换单元54确认由主音频功率放大模块21工作；

如果发现主音频功率放大模块21错误，则检测备音频功率放大模块31，分两种情况：如果发现备音频功率放大模块31正确，则故障反馈单元51反馈故障信息，并由日志记录单元52作日志记录，同时由动作切换单元54切换至备音频功率放大模块31工作；如果发现备音频功率放大模块31错误，则由故障反馈单元51反馈故障信息，并由日志记录单元52作日志记录，同时由动作切换单元54停止功放系统工作。

同时，功放开机自检：如图8，是功放开机自检流程图。先断开主音频功率放大模块21和备音频功率放大模块31与扬声器的输出端通路，以避免产生不必要的声音干扰；中央处理模块46检测主电源输入模块1与备电源输入模块5后端的电压值，检测是否正确并作出动作；再由中央处理模块46检测主电源输出模块9与备电源输出模块15的输出值，检测是否正确并作出动作；检测音频功率放大模块。这样做出分级检测，有利于快速地检测出故障，并保证能够在主音频功放系统出现故障时，切换到备音频功放系统。同时，由于开机自检是在开机工作之前就完成检测，相当于提前就判断功放系统是否有问题，这样就可以大大降低在工作中突然停止运行的可能性。

最后，实现功放满负载检测：如图9，是音频功放满负载检测流程图。先由主音频功放系统断开与扬声器的连接，避免噪音干扰，然后连接至主功率负载反馈模块。

主功率负载反馈模块41输入信号给中央处理模块46，来检测主音频功放系统工作是否正确，并作出相应的动作：如果正确，则由动作切换单元54断开主功率负载反馈模块41的连接，导通扬声器输出通路，同时由日志记录单元52作日志记录；

如果错误，则由动作切换单元54将备音频功放系统连接至备功率负载模块反馈42，由备功率负载反馈模块42输入信号给中央处理模块46，来检测备音频功放系统工作是否正确，并由动作切换单元54作出相应的动作：如果备音频功放系统工作正确，则导通扬声器输出通路，由故障反馈单元51反馈故障信息，并由日志记录单元52作日志记录；如果备音频功放系统工作错误，则由故障反馈单元51反馈故障信息，并由日志记录单元52作日志记录，同时由动作切换单元54断开所有连接。

开机满负载检测是模拟的真实的功率和负载，相当于“开始工作状态下的检查”，避免了后续在真实工作环境中“带不动”或者“过热”等诸多问题的产生。进行满负载检测时，首先由功率输出选择模块60选择功率负载反馈模块，在完成检测后，再由它选择扬声器。

数据通信模块56：本发明中的数据通信模块56由数据发送单元57和数据接收单元58组成，其中的数据发送单元57主要作用是将功放系统中的信息（诸如故障信息、日志信息等）上传至云或者上位机，以供查询或进一步处理。而数据接收单元58主要是配合动作切换单元工作，可由用户来自行定义功放系统的策略和动作，而不仅局限于本发明中默认的策略和动作。这相当于是“私人订制”，给了用户更大的自由度，更彰显用户个性。

显示模块59：本发明中的显示模块59可以包括一台或多台显示设备，包括但不限于：显示器、手机的屏幕、平板的屏幕、智能硬件甚至是人工智能设备的显示屏等，也不限于是在本地或在远程。

同时，将故障信息发送至显示模块59进行显示，这是本领域的公知常识和常用手段，对于本领域的技术人员来说很容易实现。

最后要强调的是，本发明所述的具体实施方式是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：

一种自检测故障并带备份输出的音频功放，包括如下部分：两个电源输入模块（主电源输入模块和备电源输入模块）、两个输出电源模块（主输出电源模块和备输出电源模块）、两个音频功率放大模块（主音频功率放大模块和备音频功率放大模块）、两块功率负载反馈模块（主功率负载反馈模块和备功率负载反馈模块）、一个音频处理模块、一个中央处理模块、一个数据通信模块和一个显示模块；

将其中主电源输入模块、主电源输出模块和主音频功率放大模块定义为主音频功放系统，备电源输入模块、备电源输出模块和备音频功率放大模块定义为备音频功放系统；而且主音频功放系统和备音频功放系统同时存在于一台上述的独立音频功放之内；

所述的电源输入模块包括：电源软启动单元、强电隔离滤波单元和熔断器单元；

所述的电源输出模块包括：变压单元、整流滤波单元、多谐振荡单元、升压斩波单元、PWM（脉宽调频）滤波单元；

所述的音频功率放大模块包括：音频隔离单元、一级放大单元、多反馈带通滤波器、音频输入保护单元、音频放大检测单元、PWM单元、功率输出单元、输出保护单元、输出反馈单元；

所述的功率负载反馈模块承载功率大小与功率放大模块输出功率相等，其电阻值由相应的音频功率放大模块的功率、电压而定；

所述的音频处理模块包括：数字前置处理单元和正弦信号发生单元，并输出增益后的输入信号和自行发生的检测信号，用于作为比对信号；

所述的中央处理模块包括：功率信号分析处理单元、信息采样单元、信息转换单元、故障分析单元、故障反馈单元、日志记录单元、日志查询单元、动作切换单元和动作自定义单元；

其中信息转换单元包括了数模和模数的双向转换；

所述的数据通信模块包括：数据发送单元和数据接收单元；

所述的两个电源输入模块、两个电源输出模块、两个音频功率放大模块/音频处理模块的输出信号，这些信号均经过采样后输出至中央处理模块进行统一汇总分析；

其中音频功率放大模块的信号是事先经过功率信号分析处理单元进行处理后，再经过采样后输出至中央处理模块的；

所述的数据通信模块包括：数据发送单元和数据接收单元；

所述的显示模块包括：一台或多台显示器，这些显示器可以在本地，也可以在远程。

2.根据权利要求1所述的两个电源输出模块，其特征在于可以为市面上各类型音频功放电源，具有普适性。

3.一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：

所述的信息采集模块采样数据为三组：电源输入模块、电源输出模块、音频功率放大模块/音频处理模块，通过信息分析单元（位于中央处理模块中）这三组不同信号进行检测比对，最后由动作切换单元（位于中央处理模块中）根据检测结果作出相应的动作：

如果主音频功放系统和备音频功放系统都没有故障，则反馈无故障并作日志记录，由主音频功放系统进行正常工作；

如果主音频功放系统某一模块发生故障，则反馈故障信息并作日志记录，同时切换至备音频功放系统，从而保证业务连续和安全；

如果主音频功放系统和备音频功放系统都发生故障，则停止两套功放系统工作，反馈故障信息并作日志记录。

4.根据权利要求1所述的一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：可以通过动作自定义单元，自行定义策略和相应的动作。

5.一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：可以反馈故障信息并作日志记录，而且日志记录是可以查询的；日志记录也可以通过数据发送单元上传至云或者上位机，以供查询或进一步处理。

6.一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：

功放通过检测输入电源模块处电压来检测其是否处于故障状态，检测电源输入模块输出的电压是否为当地市电电压（电压根据当地所在国家或地区而定），并根据检测结果作出相应的动作：

如果主电源输入模块和备电源输入模块均为当地市电电压，则反馈无故障并作日志记录，由主音频功放系统进行正常工作；

如果主电源输入模块输出端不是市电电压，则检查备电源输入模块输出的是不是当地市电电压，并作出相应动作：如果是，则切换到备音频功放系统同时反馈故障信息并作日志记录，保证了主音频功放系统发生严重故障并导致电源输入模块断路的情况下，备音频功放系统可以有正常的电源输入；如果不是，则停止工作。

7.一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：

功放通过检测电源输出模块的输出值是否为匹配功放模块数值，来检测其是否处于故障状态，并根据检测结果作出相应的动作：

如果主电源输出模块和备电源输出模块输出值均为匹配功放模块数值，则反馈无故障并作日志记录，由主音频功放系统进行正常工作；

如果主电源输出模块输出值不是匹配功放模块数值，则检测备电源输出模块输出值是不是匹配功放模块数值，并作出相应动作：如果是，则反馈故障信息并作日志记录，同时切换到备音频功放系统；如果不是，则立即停止主音频功放系统和备音频功放系统工作，同时反馈故障信息，并作日志记录。

8.一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：

所述的音频处理模块中的数字前置处理单元，对输入的外部音频作一定的补偿增益，再分别输出至主音频功率放大模块和备音频功率放大模块后做功率放大；而且，数字前置处理单元，对检测信号的增益调节是可变的，其增益数值可根据功放输出值而定；

所述的音频处理模块中的正弦信号发生单元，可输出检测信号为频率在20Hz-20kHz之间的正弦波，将频率为1kHz的正弦波作为检测信号优选方案。

9.一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：主音频功放系统和备音频功放系统可以实现开机自检，其过程为：

功放通电开机后首先断开主音频功率放大模块和备音频功率放大模块与扬声器的输出端通路，以避免产生不必要的声音干扰；

中央处理模块首先检测主电源输入模块与备电源输入模块的电压值，检测是否正确并作出动作；

中央处理模块再检测主电源输出模块与备电源输出模块的输出值，检测是否正确并作出动作；

音频处理模块的正弦信号发生单元输出检测信号至主音频功率放大模块和备音频功放放大模块，并将各功率放大模块输入端信号与输出信号进行比对，检测是否正确并作出相应动作：如果主音频功率放大模块、备音频功率放大模块的比对信号都是正确的，则断开备音频功放系统，并将主功放系统输出通道导通至外部负载进入正常工作状态，同时反馈无故障并作日志记录；如果检测结果为主音频功率放大模块错误、备音频功率放大模块正确，则切换到备音频功放系统输出，使其进入正常工作状态，同时反馈故障信息并作日志记录；如果主音频功率放大模块、备音频功率放大模块的比对信号都是错误的，同时停止主音频功放系统和备音频功放系统的工作并断开所有外部连接，反馈故障信息并作日志记录。

10.一种自检测故障并带备份输出的音频功放，其特征为：功放可以在不连接负载的情况下实现满负载检测，其过程为：

所述音频功放负载检测状态下可自行断开与外部连接并连通至功率负载反馈模块，由音频处理模块的信号发生器输出检测信号至主音频功放系统和备音频功放系统，并由各自的主音频功放系统和备音频功放系统放大至相应功放设计的输出电压值，检测部分分别比对主音频功放系统和备音频功放系统的输入信号与输出信号，而得到满负载状态下是否正确的检测结果，并作出相应的动作：如果主音频功放系统和备音频功放系统均正确，则让主音频功放正常工作，同时反馈无故障并作日志记录；如果主音频功放系统出错，则检测备音频功放系统，如果备音频用功放系统正确，则反馈故障信息并作日志记录，同时切换至备音频功放系统，如果发现备音频功放系统也同时出错，则停止两套功放系统工作，反馈故障信息，并作日志记录。