CN110062315B - 一种阻抗自适应功放电路及扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻抗自适应功放电路及扬声器，所述阻抗自适应功放电路包括功放模块和功放保护模块，且所述功放保护模块包括：用于检测扬声器的阻抗值的阻抗检测单元；用于将扬声器的阻抗值与预设阻抗值进行比较的比较单元；用于根据比较单元的比较结果调整功放模块的功率的调整单元。本发明通过阻抗检测单元检测扬声器阻抗，并通过比较单元扬声器的阻抗值与预设阻抗值进行比较，最后通过调整单元根据比较单元的比较结果调整功放模块的功率，可以使得功放模块的功率匹配当前扬声器的阻抗值，降低功放模块发生故障的概率，从而避免功放电路及扬声器在工作过程中出现损坏甚至烧毁的现象。

Description

一种阻抗自适应功放电路及扬声器

技术领域

本发明涉及扬声器技术领域，特别涉及一种阻抗自适应功放电路及扬声器。

背景技术

目前，不同的扬声器的阻抗各不相同。比如，扬声器的阻抗可选为4Ω、6Ω或8Ω等等。不同阻抗的扬声器需要搭配不同的电路调试参数以及功放电压匹配，且即使在设计之初已经确定扬声器阻抗，在实际生产中也会存在不同的阻抗变动范围。当扬声器的阻抗与电路调试参数及功放电压不匹配时，扬声器的功放模块就容易发生故障。

当功放模块发生故障时，输出到扬声器会有较高的电压，如果没有扬声器保护措施，电流将经过扬声器，轻的会伤害线圈，严重会直接烧毁扬声器，同时用户操作不当，也容易烧毁功放、扬声器。此时为了保护扬声器，通常就需要进行冗余设计，这样就会损失性能，不能完全发挥出来扬声器的最大功效。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种阻抗自适应功放电路及扬声器，其可以实现功放电路对扬声器阻抗的自适应，从而有效形成对功放电路的保护，避免功放电路及扬声器在工作过程中出现损坏甚至烧毁的现象。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种阻抗自适应功放电路，包括功放模块和功放保护模块，所述功放保护模块包括阻抗检测单元、比较单元和调整单元，所述阻抗检测单元检测得到扬声器的阻抗值后发送给比较单元，所述比较单元将扬声器的阻抗值与预设阻抗值进行比较得出比较结果后发送给调整单元，所述调整单元根据比较单元的比较结果对功放模块的功率进行调整。

所述的阻抗自适应功放电路中，所述功放保护模块还包括用于防止功放电压超过最大预设电压值的过压检测单元，所述过压检测单元分别连接调整单元和功放模块。

所述的阻抗自适应功放电路中，所述功放保护模块还包括用于使功放模块延时启动的开机延时单元，所述开机延时单元分别连接调整单元和功放模块。

所述的阻抗自适应功放电路中，所述阻抗检测单元包括激励信号产生单元、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、数模转换器、模数转换器和傅里叶变换单元，所述激励信号产生单元连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端分别连接第一电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的同相输入端接地，第一运算放大器的输出端分别第一电阻的另一端和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接扬声器，所述扬声器还连接第三电阻的一端和第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的同相输入端接地，第二扬声器的输出端分别连接第三电阻的另一端和模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接傅里叶变换单元，所述傅里叶变换单元连接比较单元。

所述的阻抗自适应功放电路中，所述阻抗检测单元还包括可编程增益放大器和低通滤波器，所述可编程增益放大器的输入端分别连接第三电阻的另一端和第二运算放大器的输出端，可编程增益放大器的输出端连接低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接模数转换器的输入端。

所述的阻抗自适应功放电路中，所述过压检测单元包括第一MOS管、第一三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第一二极管，所述第一MOS管的栅极分别连接第一三极管的集电极和第四电阻的一端，第一MOS管的源极分别连接第一三极管的发射极、第五电阻的一端和调整单元，第一MOS管的漏极连接功放模块，所述第一三极管的基极连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端分别连接第五电阻的另一端和第一二极管的负极，第一二极管的正极接地，第四电阻的另一端接地。

所述的阻抗自适应功放电路中，所述开机延时单元包括第一电容、第二三极管、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述第二三极管的发射极分别连接调整单元和第七电阻的一端，第二三极管的基极连接第八电阻的一端，第二三极管的集电极分别连接功放模块和第九电阻的一端，所述第一电容的一端分别连接第七电阻的另一端和第八电阻的另一端，第一电容的另一端接地，第九电阻的另一端接地。

一种扬声器，所述扬声器内集成有如以上任意一项所述的阻抗自适应功放电路。

相较于现有技术，本发明提供的一种阻抗自适应功放电路及扬声器，所述阻抗自适应功放电路包括功放模块和功放保护模块，且所述功放保护模块包括：用于检测扬声器的阻抗值的阻抗检测单元；用于将扬声器的阻抗值与预设阻抗值进行比较的比较单元；用于根据比较单元的比较结果调整功放模块的功率的调整单元；所述阻抗检测单元连接比较单元，所述比较单元连接调整单元，所述调整单元连接功放模块。本发明通过阻抗检测单元检测扬声器阻抗，并通过比较单元扬声器的阻抗值与预设阻抗值进行比较，最后通过调整单元根据比较单元的比较结果调整功放模块的功率，可以使得功放模块的功率匹配当前扬声器的阻抗值，降低功放模块发生故障的概率，从而避免功放电路及扬声器在工作过程中出现损坏甚至烧毁的现象。

附图说明

图1为本发明提供的一种阻抗自适应功放电路的结构框图。

图2为本发明提供的一种阻抗自适应功放电路的工作流程图。

图3为本发明提供的一种阻抗自适应功放电路中阻抗检测单元的较佳实施例的电路原理图。

图4为本发明提供的一种阻抗自适应功放电路的结构框图二。

图5为本发明提供的一种阻抗自适应功放电路中过压检测单元的较佳实施例的电路原理图。

图6为本发明提供的一种阻抗自适应功放电路中开机延时单元的较佳实施例的电路原理图。

具体实施方式

本发明提供一种阻抗自适应功放电路及扬声器，其可以实现功放电路对扬声器阻抗的自适应，从而有效形成对功放电路的保护。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明提供的一种阻抗自适应功放电路的结构框图，所述阻抗自适应功放电路包括功放模块100和功放保护模块，且所述功放保护模块包括：

用于检测扬声器的阻抗值的阻抗检测单元200；

用于将扬声器的阻抗值与预设阻抗值进行比较的比较单元300；

用于根据比较单元300的比较结果调整功放模块100的功率的调整单元400；

所述阻抗检测单元200连接比较单元300，所述比较单元300连接调整单元400，所述调整单元400连接功放模块100。

请参阅图2，所述阻抗自适应功放电路的工作过程为：所述阻抗检测单元200检测扬声器的阻抗值后，将扬声器的阻抗值反馈给比较单元300；比较单元300将扬声器的阻抗值与预设的初始阻抗值进行比较并判断两者是否存在差异，如果比较单元300反馈给调整单元400的比较结果为两者没有差异，则调整单元400不对扬声器的功率进行调整，功放模块100按照目前设定的功率进行输出；如果比较单元300反馈给调整单元400的比较结果为扬声器的阻抗偏离预设的初始阻抗值，则调整单元400对功放模块100的功率进行调整，使得功放模块100的功率匹配当前扬声器的阻抗值。因此，本发明可使扬声器的阻抗与电路调试参数及功放电压自动匹配，降低功放模块100发生故障的概率。

例如，初始设置的扬声器的阻抗值为8欧姆，与其匹配的输出功率为10W。启动后阻抗检测单元200检测扬声器的阻抗值，如果检测到扬声器的阻抗值为5欧姆，则把检测得到的阻抗值输出到比较单元300，比较单元300将5欧姆与8欧姆进行比较，得出需要调整功放模块100的功率的比较结果并把比较结果输出到调整单元400上，调整单元400根据比较单元300得出的比较结果，将输出功率减低到6.25W，从而使得功放模块100的工作功率重新与扬声器的阻抗匹配。

具体来说，所述比较单元300和调整单元400的功能通过控制芯片进行实现。例如，比较单元300和调整单元400可以是基于STM32系列的单片机芯片的功能单元，通过在单片机芯片内写入相应的控制程序并结合相应的外围电路，从而实现比较单元300的比较功能以及调整单元400的调整功能，即实现对扬声器阻抗的比较以及功放模块的功率调整。当然，也可采用其他型号但具有相同功能的控制芯片，且其实现方式可由本领域技术人员根据实际需求进行设定，本发明对此不做赘述。

此外，在本实施例中，请参阅图3，所述阻抗检测单元200包括激励信号产生单元210、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、数模转换器DAC、模数转换器ADC和傅里叶变换单元220，所述激励信号产生单元210连接数模转换器DAC的输入端，数模转换器DAC的输出端分别连接第一电阻R1的一端和第一运算放大器U1的反相输入端，所述第一运算放大器U1的同相输入端接地，第一运算放大器U1的输出端分别第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接扬声器，所述扬声器还连接第三电阻R3的一端和第二运算放大器U2的反相输入端，所述第二运算放大器U2的同相输入端接地，第二扬声器的输出端分别连接第三电阻R3的另一端和模数转换器ADC的输入端，所述模数转换器ADC的输出端连接傅里叶变换单元220，所述傅里叶变换单元220连接比较单元300。

其中，第一电阻R1为第一运算放大器U1的反馈电阻，第二电阻R2起到保护第一运算放大器U1的作用，且第一电阻R1和第二电阻R2均为可调电阻；第三电阻R3为第二运算放大器U2的反馈电阻。前端通过激励信号产生单元210产生一定频率的正弦扫描信号，经过第一运算放大器U1的放大后对扬声器的阻抗进行激励，之后再经过第二运算放大器U2放大后进行AD转换取样，通过傅里叶变换单元220得出喇叭阻抗数值，最后傅里叶变换单元220通过I2C总线把信号发给比较单元300，由比较单元300将得到的阻抗值与预设阻抗值进行比较。值得一提的是，所述傅里叶单元同样为STM32系列的单片机芯片的功能单元，通过单片机芯片实现傅里叶转换的功能。

并且，所述阻抗检测单元200还包括可编程增益放大器U3和低通滤波器LPF，所述可编程增益放大器U3的输入端分别连接第三电阻R3的另一端和第二运算放大器U2的输出端，可编程增益放大器U3的输出端连接低通滤波器LPF的输入端，所述低通滤波器LPF的输出端连接模数转换器ADC的输入端。通过可编程增益放大器U3和低通滤波器LPF可更好的对信号进行放大和滤波，使得测得的阻抗值更加准确。

在进一步的实施例中，请参阅图4，所述功放保护模块还包括用于防止功放电压超过最大预设电压值的过压检测单元500，所述过压检测单元500分别连接调整单元400和功放模块100。过压检测单元500中设置取样电阻，可通过对取样电阻的电压进行检测，从而得到功放模块100的功放电压。如果电压超过设计最大电压，则生成保护控制信号，经驱动电路控制输出功放开关，将功放输出断开，使扬声器脱离功放。形成对扬声器的保护。

具体的，请参阅图5，所述过压检测单元500包括第一MOS管Q1、第一三极管Q2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第一二极管D1，所述第一MOS管Q1的栅极分别连接第一三极管Q2的集电极和第四电阻R4的一端，第一MOS管Q1的源极分别连接第一三极管Q2的发射极、第五电阻R5的一端和调整单元400，第一MOS管Q1的漏极连接功放模块100，所述第一三极管Q2的基极连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端分别连接第五电阻R5的另一端和第一二极管D1的负极，第一二极管D1的正极接地，第四电阻R4的另一端接地。

在过压检测单元500中，第一MOS管Q1作为开关元件串行连接在功放模块100的电源线上。当发生过压时（即输入端电压突然升高），则第一三极管Q2导通，此时第一MOS管Q1的栅极电压等于输入电压，即第一MOS管Q1的栅极电压等于源极电压，第一MOS管Q1关断，从而断开了调整单元400与功放模块100的连接，避免功放模块100的输入电压突然升高；第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6均可起到限流作用。

在更进一步的实施例中，请继续参阅图4，所述功放保护模块还包括用于使功放模块100延时启动的开机延时单元600，所述开机延时单元600分别连接调整单元400和功放模块100。在功放模块100启动过程中，偶尔会有电压尖峰，导致扬声器会有烧毁的风险。通过开机延时单元600，其可在功放模块100启动预定时间（如2秒）之后再接通扬声器，避免功放模块100启动时不稳定的工作期间内大电压冲击扬声器。

具体的，请参阅图6，所述开机延时单元600包括第一电容C1、第二三极管Q3、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9，所述第二三极管Q3的发射极分别连接调整单元400和第七电阻R7的一端，第二三极管Q3的基极连接第八电阻R8的一端，第二三极管Q3的集电极分别连接功放模块100和第九电阻R9的一端，所述第一电容C1的一端分别连接第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的另一端，第一电容C1的另一端接地，第九电阻R9的另一端接地。

开机延时单元600通过第九电阻R9和第一电容C1组成缓导通电路，利用第一电容C1的充放电过程，使得输入端电压变化时，输出端电压变化得以减缓，输出电压与输入比较能得到一定的滞后，从而实现功放模块100的延时启动。

同时，本发明还提供一种扬声器，在扬声器的后端或者扬声器内集成有用于驱动扬声器的功放电路，且所述功放电路为以上所述的阻抗自适应功放电路。所述扬声器通过所述阻抗自适应功放电路，可以使得阻抗自适应功放电路中的功放模块的功率匹配当前扬声器的阻抗值，降低功放模块发生故障的概率，从而避免阻抗自适应功放电路及扬声器在工作过程中出现损坏甚至烧毁的现象。

综上所述，本发明提供了一种阻抗自适应功放电路及扬声器，所述阻抗自适应功放电路包括功放模块和功放保护模块，且所述功放保护模块包括：用于检测扬声器的阻抗值的阻抗检测单元；用于将扬声器的阻抗值与预设阻抗值进行比较的比较单元；用于根据比较单元的比较结果调整功放模块的功率的调整单元；所述阻抗检测单元连接比较单元，所述比较单元连接调整单元，所述调整单元连接功放模块。本发明通过阻抗检测单元检测扬声器阻抗，并通过比较单元扬声器的阻抗值与预设阻抗值进行比较，最后通过调整单元根据比较单元的比较结果调整功放模块的功率，可以使得功放模块的功率匹配当前扬声器的阻抗值，降低功放模块发生故障的概率，从而避免功放电路及扬声器在工作过程中出现损坏甚至烧毁的现象。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种阻抗自适应功放电路，包括功放模块，其特征在于，还包括功放保护模块，所述功放保护模块包括阻抗检测单元、比较单元和调整单元，所述阻抗检测单元检测得到扬声器的阻抗值后发送给比较单元，所述比较单元将扬声器的阻抗值与预设阻抗值进行比较得出比较结果后发送给调整单元，所述调整单元根据比较单元的比较结果对功放模块的功率进行调整；

所述阻抗检测单元包括激励信号产生单元、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、数模转换器、模数转换器和傅里叶变换单元，所述激励信号产生单元连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端分别连接第一电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的同相输入端接地，第一运算放大器的输出端分别第一电阻的另一端和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接扬声器，所述扬声器还连接第三电阻的一端和第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的同相输入端接地，第二扬声器的输出端分别连接第三电阻的另一端和模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接傅里叶变换单元，所述傅里叶变换单元连接比较单元；

第一电阻为第一运算放大器的反馈电阻，第三电阻为第二运算放大器的反馈电阻。

2.根据权利要求1所述的一种阻抗自适应功放电路，其特征在于，所述功放保护模块还包括用于防止功放电压超过最大预设电压值的过压检测单元，所述过压检测单元分别连接调整单元和功放模块。

3.根据权利要求1所述的一种阻抗自适应功放电路，其特征在于，所述功放保护模块还包括用于使功放模块延时启动的开机延时单元，所述开机延时单元分别连接调整单元和功放模块。

4.根据权利要求1所述的一种阻抗自适应功放电路，其特征在于，所述阻抗检测单元还包括可编程增益放大器和低通滤波器，所述可编程增益放大器的输入端分别连接第三电阻的另一端和第二运算放大器的输出端，可编程增益放大器的输出端连接低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接模数转换器的输入端。

5.根据权利要求2所述的一种阻抗自适应功放电路，其特征在于，所述过压检测单元包括第一MOS管、第一三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第一二极管，所述第一MOS管的栅极分别连接第一三极管的集电极和第四电阻的一端，第一MOS管的源极分别连接第一三极管的发射极、第五电阻的一端和调整单元，第一MOS管的漏极连接功放模块，所述第一三极管的基极连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端分别连接第五电阻的另一端和第一二极管的负极，第一二极管的正极接地，第四电阻的另一端接地。

6.根据权利要求3所述的一种阻抗自适应功放电路，其特征在于，所述开机延时单元包括第一电容、第二三极管、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述第二三极管的发射极分别连接调整单元和第九电阻的一端，第二三极管的基极连接第八电阻的一端，第二三极管的集电极分别连接功放模块和第七电阻的一端，所述第一电容的一端分别连接第九电阻的另一端和第八电阻的另一端，第一电容的另一端接地，第七电阻的另一端接地。

7.一种扬声器，其特征在于，所述扬声器内集成有如权利要求1-6中任意一项所述的阻抗自适应功放电路。

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