CN107347172A - 一种脉宽调制500w+500w(dsp)功放模组 - Google Patents
一种脉宽调制500w+500w(dsp)功放模组 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，采用PWM脉宽调制电路、DSP数字信号处理电路、MCU控制单元构成，MCU控制单元同步在线控制。本发明变压器隔离输出电路输出端并联连接数字功放主电压整流滤波电路、辅助电源1整流滤波电路、风扇电压整流滤波电路、辅助电源2整流滤波电路；电源分压电路输出端分别连接MCU控制单元、DSP数字信号处理电路。本发明布局合理，散热效果佳，音质保真效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种功放装置，具体来说，特别是涉及一种脉宽调制的功放模组。
背景技术
音响功放在生活中应用很广，功率放大器简称功放，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放，其将音频电信号放大后带动音箱的扬声器发出声音。专业功放一般用于会议，演出，厅，堂，场，馆的扩音。设计上以输出功率大，保护电路完善，良好的散热为主。音响功放性能的好坏直接影响到整个音箱播放音质的效果，时常会有声音失真等情况，目前音箱功放有不同的功率的，不同场所使用不同功率的功放，如何改善功放中的信号处理的设计，使其适合于各种不同场合的需求是本文所要探讨的。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。专业功放一般用于会议，演出，厅，堂，场，馆的扩音。设计上以输出功率大，保护电路完善，良好的散热为主。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，采用PWM脉宽调制电路、DSP数字信号处理电路、MCU控制单元构成，MCU控制单元由MCU单片机控制，进行电压检测/在线控制，启动/关闭检测控制，输出模式/输出功率检测控制，温度控制/自动烧机，同步在线控制。
为达上述目的，本发明的一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，采用以下的技术方案：
本发明包括EMI滤波器，EMI滤波器、桥式整流滤波电路、自激半桥开关电源电路、变压器隔离输出电路依次连接，变压器隔离输出电路输出端并联连接数字功放主电压整流滤波电路、辅助电源1整流滤波电路、风扇电压整流滤波电路、辅助电源2整流滤波电路；
辅助电源1整流滤波电路经过+/-12V辅助电压电路后连接电源分压电路，辅助电源1整流滤波电路连接+/-5V辅助电源电路，+/-5V辅助电源电路输出端分别连接数字功放PWM脉宽调制电路、MCU控制单元，+/-12V辅助电压电路连接MCU控制单元，电源分压电路输出端分别连接MCU控制单元、DSP数字信号处理电路；
DSP数字信号处理电路连接信号输入电路，信号输入电路接收通道1-2信号输入，信号输入电路连接数字功放输出电路、MCU控制单元，连接数字功放PWM脉宽调制电路输出端连接数字功放输出电路，数字功放输出电路用通道1-2输出500W/4欧姆+500W/4欧姆输出信号；
MCU控制单元输入端分别连接启动/关闭控制电路、数字功放主电压整流滤波电路，MCU控制单元分别连接数字功放PWM脉宽调制电路、DSP数字信号处理电路、风扇调速电路。
在一些实施例中，数字功放主电压整流滤波电路输出端经过PWM驱动电源电路后连接数字功放PWM脉宽调制电路，数字功放PWM脉宽调制电路输入端连接DSP数字信号处理电路。
在一些实施例中，风扇电压整流滤波电路输出端连接风扇调速电路，风扇调速电路输入端连接MCU控制单元。
在一些实施例中，数字功放PWM脉宽调制电路分布在上层电路板，其余电路排布在下层电路板上。
在一些实施例中，数字功放PWM脉宽调制电路包含两组PWM功放单元，第一组PWM功放单元包含PWM脉宽调制芯片U2，芯片U2的引脚15经过电阻R39后连接+B端接口，芯片U2的引脚10连接-B端接口，芯片U2的引脚14经过电阻R27后连接NMOS管D-FET3的栅极G，芯片U2的引脚13连接NMOS管D-FET3的源极S与NMOS管D-FET4的漏极D，芯片U2的引脚13输出功放信号，NMOS管D-FET3的漏极D连接+B端接口，芯片U2的引脚16经过电阻R44、二极管D2的正极-负极后连接NMOS管D-FET3的漏极D，电阻R44与电阻R27之间串联有电阻R29；
NMOS管D-FET3的源极S连接NMOS管D-FET4的漏极D，NMOS管D-FET4的源极S连接芯片U2的引脚10，NMOS管D-FET4的栅极G经过电阻R28后连接芯片U2的引脚11，NMOS管D-FET4的栅极G经过电阻R28、R45与发光二极管DS2后连接NMOS管D-FET4的源极S。
在一些实施例中，数字功放PWM脉宽调制电路的第一组PWM功放单元上设有过温保护电路，第一组PWM功放单元的过温保护电路包含PNP三极管Q1、热敏电阻PR1，芯片U2的引脚1并联连接热敏电阻PR1、PNP三极管Q1的发射极E，芯片U2的引脚1经过热敏电阻PR1后连接PNP三极管Q1的基极B，PNP三极管Q1的基极B经过电阻R15后接地；第二组PWM功放单元与第一组PWM功放单元相同。
在一些实施例中，MCU控制单元内的SNS-PSU接口经过电阻R141、电感L22后连接MCU芯片的引脚37，电阻R141远离SNS-PSU接口的一端经过电阻R142后接地，电阻R141远离SNS-PSU接口的一端经过电容C141后接地；
MCU控制单元内的主电压+VS接口与数字功放PWM脉宽调制电路的主电压+VS接口相连，MCU控制单元内的主电压+VS接口经过电阻R144、电感L24后连接MCU芯片的引脚34，电阻R144远离主电压+VS接口的一端经过电阻R145后接地，电阻R144远离主电压+VS接口的一端经过电容C142后接地，电阻R144远离主电压+VS接口的一端经过二极管D41的负极、正极后接地；
MCU芯片的引脚9经过电阻R133、发光二极管D40后接地；
MCU芯片的引脚10经过电阻R151、发光二极管D45后接地。
在一些实施例中，数字功放PWM脉宽调制电路连接接插口J8、J9，接插口J8的引脚4、6连接+/-5V辅助电源电路，接插口J8的引脚1连接PWM驱动电源电路，接插口J9经过电阻R84、R83后连接DSP数字信号处理电路的VOUT引脚，接插口J8的引脚5连接启动/关闭控制电路的PNP三极管Q5的发射极E；
启动/关闭控制电路的PNP三极管Q5的集电极C连接+/-15V辅助电压电路32的电源负-15V，PNP三极管Q5的集电极C经过电阻R109后连接PNP三极管Q5的基极B，PNP三极管Q5的基极B经过电阻R107后连接MCU控制单元内的SNS-PSU接口，电阻R107经过电容C94后接地；PNP三极管Q5的基极B经过电阻R110后连接NPN三极管Q7的集电极C，NPN三极管Q7的发射极E接地，NPN三极管Q7的基极B经过电容C95后接地；NPN三极管Q7的基极B经过电阻R108、电感L30后连接MCU控制单元的MCU芯片的引脚8。
本发明的功放模组为双层板排布，数字功放PWM脉宽调制电路(脉宽调制功放电路)、DSP数字信号处理电路分布在上层电路板，变压器隔离输出电路、辅助电源1整流滤波电路、+/-12V辅助电压电路、+/-5V辅助电源电路、电源分压电路排布在下层电路板上，布局合理，散热效果佳，音质保真效果好。
附图说明
图1所示为本发明的电路原理框图；
图2所示为本发明数字功放PWM脉宽调制电路连接线路部分的电子线路图；
图3所示为本发明MCU控制单元的电子线路图；
图4所示为本发明数字功放PWM脉宽调制电路的电子线路图；
图5所示为本发明第一组PWM功放单元的电子线路图。
附图标记说明如下：
EMI滤波器11，桥式整流滤波电路12，自激半桥开关电源电路13，变压器隔离输出电路14，启动/关闭控制电路15，数字功放主电压整流滤波电路21，PWM驱动电源电路22，数字功放PWM脉宽调制电路23，信号输入电路24，数字功放输出电路25，MCU控制单元26，辅助电源1整流滤波电路31，+/-12V辅助电压电路32，+/-5V辅助电源电路33，电源分压电路34，DSP数字信号处理电路35，风扇电压整流滤波电路41，风扇调速电路42，辅助电源2整流滤波电路51。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下结合附图与具体实施方式对本发明的详述得到进一步的了解。
本发明包括EMI滤波器11，EMI滤波器11输入端连接AC交流电输入，EMI滤波器11、桥式整流滤波电路12、自激半桥开关电源电路13、变压器隔离输出电路14依次连接，自激半桥开关电源电路13进行过温/过压/过流保护(直流保护模块--直流偏转，采用热敏电阻，限功率，限流，报警，关机；过温保护模块--打嗝保护—降温自启动，Reset保护—上电复位、软件或人工复位)，变压器隔离输出电路14输出端并联连接数字功放主电压整流滤波电路21、辅助电源1整流滤波电路31、风扇电压整流滤波电路41、辅助电源2整流滤波电路51；桥式整流滤波电路12对输入交流电压进行选择。
辅助电源1整流滤波电路31经过+/-12V辅助电压电路32后连接电源分压电路34，辅助电源1整流滤波电路31对电压进行整流滤波，辅助电源1整流滤波电路31连接+/-5V辅助电源电路33，+/-5V辅助电源电路33输出端分别连接数字功放PWM脉宽调制电路23、MCU控制单元26，+/-12V辅助电压电路32连接MCU控制单元26，电源分压电路34输出端分别连接MCU控制单元26、DSP数字信号处理电路35。电源分压电路34进行MCU＝+5V、DSP＝+3.3V分压，即电源分压电路34对MCU控制单元26提供+5V电压，电源分压电路34对DSP数字信号处理电路35提供+3.3V电压。
DSP数字信号处理电路35连接信号输入电路24(进行信号放大/压缩/检测)，通信1/2信号输入到信号输入电路24，信号输入电路24接收通信1/2信号输入，信号输入电路24(进行信号放大/压缩/检测)连接数字功放输出电路25、MCU控制单元26，连接数字功放PWM脉宽调制电路23输出端连接数字功放输出电路25，数字功放输出电路25用通道1-2输出500W/4欧姆+500W/4欧姆输出信号，数字功放输出电路25输出信号同时进行滤波/检测/能量回收。
MCU控制单元26输入端分别连接启动/关闭控制电路15、数字功放主电压整流滤波电路21，MCU控制单元26分别连接数字功放PWM脉宽调制电路23、DSP数字信号处理电路35、风扇调速电路42。
MCU控制单元26由MCU单片机控制，进行电压检测/在线控制，启动/关闭检测控制，输出模式/输出功率检测控制，温度控制/自动烧机等在线控制。
数字功放主电压整流滤波电路21输出端经过PWM驱动电源电路22后连接数字功放PWM脉宽调制电路23，数字功放PWM脉宽调制电路23输入端连接DSP数字信号处理电路35。
风扇电压整流滤波电路41输出端连接风扇调速电路42，风扇调速电路42输入端连接MCU控制单元26。
数字功放PWM脉宽调制电路23分布在上层电路板，其余电路排布在下层电路板上。
数字功放PWM脉宽调制电路23包含两组PWM功放单元，第一组PWM功放单元包含PWM脉宽调制芯片U2，芯片U2的引脚15经过电阻R39后连接+B端接口，芯片U2的引脚10连接-B端接口，芯片U2的引脚14经过电阻R27后连接NMOS管D-FET3的栅极G，芯片U2的引脚13连接NMOS管D-FET3的源极S与NMOS管D-FET4的漏极D，芯片U2的引脚13输出功放信号，NMOS管D-FET3的漏极D连接+B端接口，芯片U2的引脚16经过电阻R44、二极管D2的正极-负极后连接NMOS管D-FET3的漏极D，电阻R44与电阻R27之间串联有电阻R29；
NMOS管D-FET3的源极S连接NMOS管D-FET4的漏极D，NMOS管D-FET4的源极S连接芯片U2的引脚10，NMOS管D-FET4的栅极G经过电阻R28后连接芯片U2的引脚11，NMOS管D-FET4的栅极G经过电阻R28、R45与发光二极管DS2后连接NMOS管D-FET4的源极S。
数字功放PWM脉宽调制电路23的第一组PWM功放单元上设有过温保护电路，第一组PWM功放单元的过温保护电路包含PNP三极管Q1、热敏电阻PR1，芯片U2的引脚1并联连接热敏电阻PR1、PNP三极管Q1的发射极E，芯片U2的引脚1经过热敏电阻PR1后连接PNP三极管Q1的基极B，PNP三极管Q1的基极B经过电阻R15后接地；第二组PWM功放单元与第一组PWM功放单元相同。
MCU控制单元26内的SNS-PSU接口经过电阻R141、电感L22后连接MCU芯片的引脚37，电阻R141远离SNS-PSU接口的一端经过电阻R142后接地，电阻R141远离SNS-PSU接口的一端经过电容C141后接地，该电路检测开关电源正常启动﹐高电位OK(正常)；
MCU控制单元26内的主电压+VS接口与数字功放PWM脉宽调制电路23的主电压+VS接口相连，MCU控制单元26内的主电压+VS接口经过电阻R144、电感L24后连接MCU芯片的引脚34，电阻R144远离主电压+VS接口的一端经过电阻R145后接地，电阻R144远离主电压+VS接口的一端经过电容C142后接地，电阻R144远离主电压+VS接口的一端经过二极管D41的负极、正极后接地；该电路检测CLASS-D主电压，高电位OK(正常)；
MCU芯片的引脚9经过电阻R133、发光二极管D40后接地，此时，发光二极管D40常亮﹕功放故障或功放未启动；发光二极管D40常灭﹕功放已启动，但未进行烧机测试；发光二极管D40闪亮﹕第一次烧机测试完成后，即为正常状态；
MCU芯片的引脚10经过电阻R151、发光二极管D45后接地，发光二极管D45为自动烧机指示灯，慢闪：烧机失败；快闪：烧机中；常亮：烧机完成。
数字功放PWM脉宽调制电路23连接接插口J8、J9，接插口J8的引脚4、6连接+/-5V辅助电源电路33，接插口J8的引脚1连接PWM驱动电源电路22，接插口J9经过电阻R84、R83后连接DSP数字信号处理电路35的VOUT引脚，接插口J8的引脚5连接启动/关闭控制电路15的PNP三极管Q5的发射极E；
启动/关闭控制电路15的PNP三极管Q5的集电极C连接+/-15V辅助电压电路32的电源负-15V，PNP三极管Q5的集电极C经过电阻R109后连接PNP三极管Q5的基极B，PNP三极管Q5的基极B经过电阻R107后连接MCU控制单元26内的SNS-PSU接口，电阻R107经过电容C94后接地；PNP三极管Q5的基极B经过电阻R110后连接NPN三极管Q7的集电极C，NPN三极管Q7的发射极E接地，NPN三极管Q7的基极B经过电容C95后接地；NPN三极管Q7的基极B经过电阻R108、电感L30后连接MCU控制单元26的MCU芯片的引脚8。
以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，包括EMI滤波器(11)，EMI滤波器(11)、桥式整流滤波电路(12)、自激半桥开关电源电路(13)、变压器隔离输出电路(14)依次连接，其特征在于，变压器隔离输出电路(14)输出端并联连接数字功放主电压整流滤波电路(21)、辅助电源1整流滤波电路(31)、风扇电压整流滤波电路(41)、辅助电源2整流滤波电路(51)；
辅助电源1整流滤波电路(31)经过+/-12V辅助电压电路(32)后连接电源分压电路(34)，辅助电源1整流滤波电路(31)连接+/-5V辅助电源电路(33)，+/-5V辅助电源电路(33)输出端分别连接数字功放PWM脉宽调制电路(23)、MCU控制单元(26)，+/-12V辅助电压电路(32)连接MCU控制单元(26)，电源分压电路(34)输出端分别连接MCU控制单元(26)、DSP数字信号处理电路(35)；
DSP数字信号处理电路(35)连接信号输入电路(24)，信号输入电路(24)接收通道1-2信号输入，信号输入电路(24)连接数字功放输出电路(25)、MCU控制单元(26)，连接数字功放PWM脉宽调制电路(23)输出端连接数字功放输出电路(25)，数字功放输出电路(25)用通道1-2输出500W/4欧姆+500W/4欧姆输出信号；
MCU控制单元(26)输入端分别连接启动/关闭控制电路(15)、数字功放主电压整流滤波电路(21)，MCU控制单元(26)分别连接数字功放PWM脉宽调制电路(23)、DSP数字信号处理电路(35)、风扇调速电路(42)。
2.根据权利要求1所述的一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，其特征在于，所述数字功放主电压整流滤波电路(21)输出端经过PWM驱动电源电路(22)后连接数字功放PWM脉宽调制电路(23)，数字功放PWM脉宽调制电路(23)输入端连接DSP数字信号处理电路(35)。
3.根据权利要求1所述的一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，其特征在于，所述风扇电压整流滤波电路(41)输出端连接风扇调速电路(42)，风扇调速电路(42)输入端连接MCU控制单元(26)。
4.根据权利要求1所述的一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，其特征在于，所述数字功放PWM脉宽调制电路(23)分布在上层电路板，其余电路排布在下层电路板上。
5.根据权利要求1所述的一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，其特征在于，所述数字功放PWM脉宽调制电路(23)包含两组PWM功放单元，第一组PWM功放单元包含PWM脉宽调制芯片U2，芯片U2的引脚15经过电阻R39后连接+B端接口，芯片U2的引脚10连接-B端接口，芯片U2的引脚14经过电阻R27后连接NMOS管D-FET3的栅极G，芯片U2的引脚13连接NMOS管D-FET3的源极S与NMOS管D-FET4的漏极D，芯片U2的引脚13输出功放信号，NMOS管D-FET3的漏极D连接+B端接口，芯片U2的引脚16经过电阻R44、二极管D2的正极-负极后连接NMOS管D-FET3的漏极D，电阻R44与电阻R27之间串联有电阻R29；
NMOS管D-FET3的源极S连接NMOS管D-FET4的漏极D，NMOS管D-FET4的源极S连接芯片U2的引脚10，NMOS管D-FET4的栅极G经过电阻R28后连接芯片U2的引脚11，NMOS管D-FET4的栅极G经过电阻R28、R45与发光二极管DS2后连接NMOS管D-FET4的源极S。
6.根据权利要求5所述的一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，其特征在于，所述数字功放PWM脉宽调制电路(23)的第一组PWM功放单元上设有过温保护电路，第一组PWM功放单元的过温保护电路包含PNP三极管Q1、热敏电阻PR1，芯片U2的引脚1并联连接热敏电阻PR1、PNP三极管Q1的发射极E，芯片U2的引脚1经过热敏电阻PR1后连接PNP三极管Q1的基极B，PNP三极管Q1的基极B经过电阻R15后接地；第二组PWM功放单元与第一组PWM功放单元相同。
7.根据权利要求1所述的一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，其特征在于，所述MCU控制单元(26)内的SNS-PSU接口经过电阻R141、电感L22后连接MCU芯片的引脚37，电阻R141远离SNS-PSU接口的一端经过电阻R142后接地，电阻R141远离SNS-PSU接口的一端经过电容C141后接地；
MCU控制单元(26)内的主电压+VS接口与数字功放PWM脉宽调制电路(23)的主电压+VS接口相连，MCU控制单元(26)内的主电压+VS接口经过电阻R144、电感L24后连接MCU芯片的引脚34，电阻R144远离主电压+VS接口的一端经过电阻R145后接地，电阻R144远离主电压+VS接口的一端经过电容C142后接地，电阻R144远离主电压+VS接口的一端经过二极管D41的负极、正极后接地；
MCU芯片的引脚9经过电阻R133、发光二极管D40后接地；
MCU芯片的引脚10经过电阻R151、发光二极管D45后接地。
8.根据权利要求1所述的一种脉宽调制500W+500W(DSP)功放模组，其特征在于，所述数字功放PWM脉宽调制电路(23)连接接插口J8、J9，接插口J8的引脚4、6连接+/-5V辅助电源电路(33)，接插口J8的引脚1连接PWM驱动电源电路(22)，接插口J9经过电阻R84、R83后连接DSP数字信号处理电路(35)的VOUT引脚，接插口J8的引脚5连接启动/关闭控制电路(15)的PNP三极管Q5的发射极E；
启动/关闭控制电路(15)的PNP三极管Q5的集电极C连接+/-15V辅助电压电路32的电源负-15V，PNP三极管Q5的集电极C经过电阻R109后连接PNP三极管Q5的基极B，PNP三极管Q5的基极B经过电阻R107后连接MCU控制单元(26)内的SNS-PSU接口，电阻R107经过电容C94后接地；PNP三极管Q5的基极B经过电阻R110后连接NPN三极管Q7的集电极C，NPN三极管Q7的发射极E接地，NPN三极管Q7的基极B经过电容C95后接地；NPN三极管Q7的基极B经过电阻R108、电感L30后连接MCU控制单元(26)的MCU芯片的引脚8。
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