CN108880497A - 一种自适应负载音频功率放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应负载音频功率放大电路，包括电源模块、取样模块、放大模块、精密整流模块、MCU模块、电子音量模块和音频功率放大器；所述取样模块设于所述电源模块与所述音频功率放大器的正极之间，用于获取电源模块线路中电流的变化，该取样模块与所述放大模块连接，放大模块与所述精密整流模块连接，精密整流模块与所述MCU模块连接，MCU模块与所述电子音量模块连接，电子音量模块与所述音频功率放大器连接，该电子音量模块还具有音频输入接口，音频功率放大器上连接有负载。该放大电路使音频功率放大器不会超过其最大的功率输出范围，能够自动适应音箱的变化，保证了音频功率放大器稳定的工作。

Description

一种自适应负载音频功率放大电路
技术领域
本发明涉及放大电路技术领域，特别是一种自适应负载音频功率放大电路。
背景技术
音频功率放大器是宣传学习、娱乐、演艺过程中不可缺少的设备。在使用的过程中，音频功率放大器的负载(音箱)的交流阻抗是变化的。有时为了应急，可能用4欧的音箱替代8欧的音箱，甚至2欧的音箱替代8欧的音箱。例如：设计为100W/8Ω的功放，正常情况下带8Ω的负载，那么它的输出电压为28.3V，对应的电流就应该是28.3/8＝3.54A，功放增益是固定的。假设音频功率放大器输入为1V，那么这台功放的增益就是28.3倍；如果负载变为4Ω，那么它的输出电流：28.3/4＝7.08A，功率也就需要200W，这种情况下，不管功率管还是电源部分都可能承受不了。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种音频功率放大电路，该放大电路使音频功率放大器不会超过其最大的功率输出范围，能够自动适应音箱的变化，保证了音频功率放大器稳定的工作。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自适应负载音频功率放大电路，包括电源模块、取样模块、放大模块、精密整流模块、MCU模块、电子音量模块和功率放大器；所述取样模块设于所述电源模块与所述功率放大器的正极之间，用于获取电源模块线路中电流的变化，该取样模块与所述放大模块连接，放大模块与所述精密整流模块连接，精密整流模块与所述MCU模块连接，MCU模块与所述电子音量模块连接，电子音量模块与所述功率放大器连接，该电子音量模块还具有音频输入接口，功率放大器上连接有负载。
作为一种优选的实施方式，所述取样模块为取样电阻，所述放大模块为双端输入单端输出差分放大电路，所述取样电阻串联设于电源模块和功率放大器的正极之间，取样电阻与电源模块正极之间依次通过第一分压电阻和第二分压电阻和地连接，取样电阻与功率放大器正极之间依次通过第三分压电阻和第四分压电阻和地连接，第一分压电阻和第二分压电阻的公共端与所述双端输入单端输出差分放大电路的负输入端连接，第三分压电阻和第四分压电阻的公共端与所述双端输入单端输出差分放大电路的正输入端连接，双端输入单端输出差分放大电路的输出端与所述精密整流模块连接。
作为另一种优选的实施方式，所述放大模块还包括单端输入单端输出差分放大电路，该单端输入单端输出差分放大电路连接于所述双端输入单端输出差分放大电路与所述精密整流模块之间。
作为另一种优选的实施方式，所述第二分压电阻和所述第四分压电阻的两端均并联有滤波电容。
本发明的有益效果是：通过MCU模块控制电子音量模块调整输入电压，使音频功率放大器不超出其功率输出范围，这样就保证了功率放大器，在工作时不超出电源的最大负载能力，保证了音频功率放大器稳定可靠的工作，延长使用寿命，减少售后维护费用，给企业带来巨大的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例的电路结构示意图。
附图标记：10、电源模块，20、取样模块，30、放大模块，31、双端输入单端输出差分放大电路，32、单端输入单端输出差分放大电路，40、精密整流模块，50、MCU模块，60、电子音量模块，70、功率放大器，71、负载。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种自适应负载音频功率放大电路，包括电源模块10、取样模块20、放大模块30、精密整流模块40、MCU模块50、电子音量模块60和功率放大器70；所述取样模块20设于所述电源模块10与所述功率放大器70的正极之间，用于获取电源模块10线路中电流的变化，该取样模块20与所述放大模块30连接，放大模块30与所述精密整流模块40连接，精密整流模块40与所述MCU模块50连接，MCU模块50与所述电子音量模块60连接，电子音量模块60与所述功率放大器70连接，该电子音量模块60还具有音频输入接口，功率放大器70上连接有负载71。
所述取样模块20为取样电阻R1，所述放大模块30为双端输入单端输出差分放大电路31，所述取样电阻R1串联设于电源模块10和功率放大器70的正极之间，取样电阻R1与电源模块10正极之间依次通过第一分压电阻R2和第二分压电阻R3和地连接，取样电阻R1与功率放大器70正极之间依次通过第三分压电阻R4和第四分压电阻R5和地连接，第一分压电阻R2和第二分压电阻R3的公共端与所述双端输入单端输出差分放大电路31的负输入端连接，第三分压电阻R4和第四分压电阻R5的公共端与所述双端输入单端输出差分放大电路31的正输入端连接，双端输入单端输出差分放大电路31的输出端与所述精密整流模块40连接。
所述放大模块30还包括单端输入单端输出差分放大电路32，该单端输入单端输出差分放大电路32连接于所述双端输入单端输出差分放大电路31与所述精密整流模块40之间。
所述第二分压电阻R3和所述第四分压电阻R5的两端均并联有滤波电容C1、C2。
在本实施例中，各模块的功能如下：
电源模块10：为音频功率放大器70提供所需要的能源；
取样模块20：通过取样电阻R1，由于电源模块10的线路中有电流渡过，会在取样电阻R1两端形成电压差ΔV，ΔV是一个很低的电压；
放大模块30：由于ΔV电压很低，所以就需要进行放大，达到能通过MUC模块50采样的电压值；为了减小干扰，采用依次串联的两级差分放大电路，这样可以保证被放大的信号是真正的取样电阻R1两端电流变化的信号；其中第一分压电阻R2＝第三分压电阻R4，第二分压电阻R3＝第四分压电阻R5，滤波电容C1＝滤波电容C2，第一分压电阻R2、第二分压电阻R3、第三分压电阻R4和第四分压电阻R5是为了进行分压，因为电源电压都比较高，滤波电容C1和滤波电容C2是为了滤除干扰信号。双端输入单端输出差分放大电路31和单端输入单端输出差分放大电路32的作用就是进行小信号放大；
精密整流模块40：精密整流的目的就是让变化的信号更容易采集；
MCU模块50：采集放大后的电流信号和控制电子音量模块60；
电子音量模块60：控制输入到功率放大器70的音频信号；
音频功率放大器70：将小信号进行电压、电流放大，以到达推动负载71(即音箱)的目的。
本实施例的工作原理如下：
音频功率放大器70在设计之时，其额定功率(P0)已经确定，也就是音频功率放大器70的输入灵敏度(V0)确定、增益(G)确定、电源模块10的电压(VCC)确定、允许输出的最大电流(IMAX)确定、允许输出的最大电压(VMAX)确定。由于输入电压信号改变，或者是负载71的改变，输出功率就会随着改变。功率的变化分为以下两种情况：
(1)额定负载71，随着输入信号的增加，由于音频功率放大器70的固定增益，音频输入信号超过V0后，音频功率放大器70输出会超过额定值。最终导致输出方波。实际输出电压UOUT＝Vi*G，当Vi＞V0，则UOUT＞VMAX，输出功率POUT＝UOUT 2/R＞P0。解决方法：始终保证Vi≤V0。
(2)输入信号电压不变，负载71变小，会导致输出电流的增加，最终导致输出功率增加。
上述两种情况，都可能导致电源模块10过度使用，或者功率器件过度使用。最终可能使音频功率放大器70损坏。POUT＝UOUT 2/R，R减小，则POUT增加，实际输出电压UOUT＝Vi*G，那么通过减小Vi，一样可以控制输出功率。
而且，电源模块10功率不会产生变化，电源模块的输出功率PPOWER＝UPOWER*IPOWER。只要保证音频功率放大器70的电流I≤IPOWER，那么音频功率放大器70就可以稳定工作。无论是输入电压导致的电流增加，还是负载减小导致的电流增加，减小Vi都可以保证I≤IPOWER。
本实施例的控制原理在于：电源最大允许电流：IPOWER，音频功率放大器工作时，实际电流I，通过对电源模块10的线路中电流变化的采样，然后调整输入电压Vi，使I≤IPOWER。采样电阻R1上最大允许参考电压VREF＝IPOWER*R1，只要检测到的电压值VDEC＝I*R1≥VREF，就可以通过MCU模块10控制电子音量模块60调整输入电压Vi，直到VDEC＜VREF。这样就保证了音频功率放大器70，在工作时不超出电源模块10的最大负载能力。保证了整个系统的可靠性。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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。

Claims (4)

1.一种自适应负载音频功率放大电路，其特征在于，包括电源模块、取样模块、放大模块、精密整流模块、MCU模块、电子音量模块和音频功率放大器；所述取样模块设于所述电源模块与所述音频功率放大器的正极之间，用于获取电源模块线路中电流的变化，该取样模块与所述放大模块连接，放大模块与所述精密整流模块连接，精密整流模块与所述MCU模块连接，MCU模块与所述电子音量模块连接，电子音量模块与所述音频功率放大器连接，该电子音量模块还具有音频输入接口，音频功率放大器上连接有负载。
2.根据权利要求1所述的自适应负载音频功率放大电路，其特征在于，所述取样模块为取样电阻，所述放大模块为双端输入单端输出差分放大电路，所述取样电阻串联设于电源模块和音频功率放大器的正极之间，取样电阻与电源模块正极之间依次通过第一分压电阻和第二分压电阻和地连接，取样电阻与音频功率放大器正极之间依次通过第三分压电阻和第四分压电阻和地连接，第一分压电阻和第二分压电阻的公共端与所述双端输入单端输出差分放大电路的负输入端连接，第三分压电阻和第四分压电阻的公共端与所述双端输入单端输出差分放大电路的正输入端连接，双端输入单端输出差分放大电路的输出端与所述精密整流模块连接。
3.根据权利要求2所述的自适应负载音频功率放大电路，其特征在于，所述放大模块还包括单端输入单端输出差分放大电路，该单端输入单端输出差分放大电路连接于所述双端输入单端输出差分放大电路与所述精密整流模块之间。
4.根据权利要求2或3所述的自适应负载音频功率放大电路，其特征在于，所述第二分压电阻和所述第四分压电阻的两端均并联有滤波电容。
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