CN110829987A - 功放保护电路及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种功放保护电路及电子设备，功放保护电路包括：电压检测单元，与电源电压连接，用于检测所述电源电压是否超过功放芯片的正常工作电压；电流泄放单元，用于当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，对所述电源电压进行电流泄放处理，从而避免了上述现有技术中电源PVDD的电压升高导致的功放芯片损坏。
Description
技术领域
本申请实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种功放保护电路及电子设备。
背景技术
D类音频功放采用BD调制方式，输出级需用BTL桥式连接，应用中能避免LC滤波器的使用，降低了元器件成本。另外，D类音频功放不仅能延长电池的使用时间，还可以减小手机等手持设备的发热量，因此，D类音频功放在便携式电子设备上得到了广泛应用。
在手机等手持设备中，喇叭的等效阻抗约为8欧姆。但在智能家居和智能音箱等应用场景中，越来越多采用等效阻抗为4欧姆的喇叭，进一步提高响度和改善音质。
但是，对于D类音频功放来说，4欧姆喇叭在输出信号频率在谐振频率f0 附近，电流相位比电压相位超前。此时喇叭的电感和电容中存储的能量通过功放输出级流入电源，导致功放输出级电源电压在该段时间内一直升压，超过芯片的安全工作电压，进而损坏功放芯片。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例所解决的技术问题之一在于提供一种功放保护电路及电子设备，用以克服或者缓解现有技术中上述技术缺陷。
本申请实施例提供了一种，其包括：
电压检测单元，与电源电压连接，用于检测所述电源电压是否超过功放芯片的正常工作电压；
电流泄放单元，用于当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，对所述电源电压进行电流泄放处理。
可选地，本申请一实施例中，所述电压检测单元在检测到所述电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，输出一特征电平，所述特征电平用于表征所述电源电压超过功放芯片的正常工作电压。
可选地，本申请一实施例中，所述电压检测单元包括：比较器，所述比较器的一端电连接所述电源电压，所述比较器的另外一端与参考电压连接，所述参考电压等效于所述功放芯片的正常工作电压。
可选地，本申请一实施例中，所述电压检测单元包括：时间模块，用于设定所述电流泄放单元的启动时间以进行电流泄放处理。
可选地，本申请一实施例中，还包括：控制单元，分别与所述电压检测单元和电流泄放单元连接，用于当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时启动电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理。
可选地，本申请一实施例中，所述控制单元包括：开关单元、电流源、储能元件，所述开关单元用于进行开关动作以使得所述电流源对所述储能元件进行充电处理，以启动电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理。
可选地，本申请一实施例中，所述开关单元为MOS器件，和/或，所述储能元件为电容。
可选地，本申请一实施例中，所述控制单元还包括：触发单元，用于所述储能元件的电压大于设定阈值时启动电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理。
可选地，本申请一实施例中，所述电流泄放单元包括第一泄放支路以及第二泄放支路，所述第一泄放支路以及第二泄放支路先后启动以对所述电源电压进行电流泄放分段处理。
可选地，本申请一实施例中，所述第一泄放支路和第二泄放支路分别包括开关单元，所述开关单元用于进行开关动作以先后启动所述第一泄放支路以及第二泄放支路对所述电源电压进行电流泄放分段处理。
本申请实施例还提供一种功放保护方法，其包括：
检测电源电压是否超过功放芯片的正常工作电压；
当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，对所述电源电压进行电流泄放处理。
本申请实施例还提供一种电子设备，其包括上述任一项实施例中所述的功放保护电路。
本申请实施例提供的技术方案中，通过电压检测单元检测所述电源电压是否超过功放芯片的正常工作电压；进一步地，当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时通过电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理，从而避免了上述现有技术中电源PVDD的电压升高导致的功放芯片损坏。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1为本申请实施例一中功放的等效电路示意图；
图2为本申请实施例二中功放输出级的示意图；
图3为本申请实施例三中音频带内阻抗和相位的相互关系示意图；
图4为本申请实施例四中功放保护电路的模块示意图；
图5为本申请实施例五中功放保护电路的模块示意图；
图6为本申请实施例六中功放保护电路的模块示意图；
图7为本申请实施例七中功放保护电路的模块示意图；
图8为本申请实施例八中功放保护电路的示例性结构示意图。
具体实施方式
实施本申请实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
下面结合本申请实施例附图进一步说明本申请实施例具体实现。
本申请下述实施例提供的技术方案中，通过电压检测单元检测所述电源电压是否超过功放芯片的正常工作电压；进一步地，当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时通过电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理，从而避免了上述现有技术中电源PVDD的电压升高导致的功放芯片损坏。
图1为本申请实施例一中功放的等效电路示意图；如图1所示，从等效电路的角度来看，功放包括：串联支路和并联支路，串联支路包括串联的电阻Re 和电感Le，并联支路包括并联的电阻Res、电感Les和电容Ces。
图2为本申请实施例二中功放输出级的示意图；如图2所示，两个P晶体管P1、P2，以及两个N晶体管N1、N2，这些结构器件的连接方式为BTL桥式。
图3为本申请实施例三中音频带内阻抗和相位的相互关系示意图；如图3 所示，对于测试4欧姆功放在音频带内阻抗和相位的相互关系，可以看出在谐振频率f0附近有-60度到60度的相位角偏移，正的相位表示功放电流相位超前功放电压相位，负的相位表示功放电流相位滞后功放电压相位。
再参见图2，在谐振频率f0附近的正弦波正半周期快接近0V时，由于功放等效电感/电容的储能效应影响，功放电流相位超前于电压相位，在P1和N2 都开启的情况下功放电流相位已经转向从VON流向VOP，功放上的电流由于功放中大电感的影响向电源PVDD上流入，会给电源PVDD的电容充电，导致电源PVDD的电压在该段时间一直升高，可能导致功放芯片损坏。
图4为本申请实施例四中功放保护电路的模块示意图；如图4所示，其包括：电压检测单元401和电流泄放单元402，其中：
电压检测单元401与电源电压连接，用于检测所述电源电压是否超过功放芯片的正常工作电压；本实施例中，电源电压为功放芯片供电，因此，电源电压与功放芯片存在电气连接。该电源电压用PVDD表示。
电流泄放单元402用于当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，对所述电源电压进行电流泄放处理。
具体地，本实施例中，所述电压检测单元401在检测到所述电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，输出一特征电平，所述特征电平用于表征所述电源电压超过功放芯片的正常工作电压。
在一具体应用场景中，该特征电平具体为一高电平。当然，在其他实施例中，该特征电平也可以为其他形式。
图5为本申请实施例五中功放保护电路的模块示意图；如图4所示，其包括：电压检测单元401和电流泄放单元402。
与上述实施例四不同的是，本实施例中，所述电压检测单元包括：比较器411，所述比较器的一端电连接所述电源电压，所述比较器的另外一端与参考电压连接，所述参考电压等效于所述功放芯片的正常工作电压。
与上述实施例不同的是，本实施例中，所述电压检测单元包括：时间模块 421，用于设定所述电流泄放单元的启动时间以进行电流泄放处理。
在一具体应用场景中，所述时间模块具体可以为Deglitch时间模块。
图6为本申请实施例六中功放保护电路的模块示意图；如图6所示，其包括：电压检测单元401和电流泄放单元402。
与上述实施例不同的是，本实施例中，功放保护电路还包括：控制单元403，分别与所述电压检测单元和电流泄放单元连接，用于当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时启动电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理。
可选地，本申请一实施例中，所述控制单元包括：第一开关单元413、电流源423、储能元件433，所述第一开关单元413用于进行开关动作以使得所述电流源423对所述储能元件433进行充电处理，以启动电流泄放单元402对所述电源电压进行电流泄放处理。
可选地，本申请一实施例中，所述第一开关单元413为MOS器件，和/或，所述储能元件423为电容。
进一步地，所述控制单元还包括：触发单元443，用于所述储能元件的电压大于设定阈值时启动电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理。
具体地，在一应用场景中，所述触发单元443可以为单端运放。
图7为本申请实施例七中功放保护电路的模块示意图；如图7所示，其包括：电压检测单元401和电流泄放单元402。
与上述实施例不同的是，所述电流泄放单元402包括第一泄放支路402A 以及第二泄放支路402B，所述第一泄放支路402A以及第二泄放支路402B先后启动以对所述电源电压进行电流泄放分段处理。
具体地，所述第一泄放支路402A和第二泄放支路402B分别包括第二开关单元422，所述第二开关单元用于进行开关动作以先后启动所述第一泄放支路以及第二泄放支路对所述电源电压进行电流泄放分段处理。
图8为本申请实施例八中功放保护电路的示例性结构示意图；如图8所示，其中包括差分比较器801、Deglitch时间模块802、反相器803、晶体管M3-M4、电流源M0-M2、电容C1-C2、单端运放P1-P2、晶体管SW1-SW2、电阻R1-R2。
对应上述图1-图7中的模块示意图：差分比较器801(相当于上述实施例中的比较器411)、Deglitch时间模块802(相当于上述实施例中的时间模块 421)、反相器803可以组成电压检测单元401，晶体管M3-M4(相当于上述实施例中的第一开关单元413)、电流源M0-M2(相当于上述实施例中的电流源 423)、电容C1-C2(相当于上述实施例中的储能元件433)可以组成上述控制单元403。
单端运放P1-P2作为上述实施例中的触发单元443。
晶体管SW1-SW2作为上述实施例中的第二开关单元422，除此之外，电流协泄放单元还包括泄放电阻，本实施例中，泄放电阻为电阻R1-R2。本实施例中，一个泄放支路中配置了一个第二开关单元422和一个电阻(R1或R2)。
本实施例中，可以具体设定所述电源电压超过功放芯片的正常工作电压的范围，只有超过该范围时，比如通过检测PVDD电压高于正常工作电压(VREF) 几百mV(比如500mV)后，差分比较器的输出VCOMP变为高电平，经过 Deglitch时间模块设定的一段时间后(相当于设定了所述电流泄放单元的启动时间以进行电流泄放处理)，经过反相器处理后变成低电平，导致晶体管M3和 M4断开，电流源M2和M1分别对电容C1和C2充电，当电容C1的电压VC1高于触发单元P1的阈值电压之后，晶体管M5导通，此时电源电压PVDD通过电阻R1泄放电流，确保电源电压PVDD不会继续升高，芯片工作于安全的状态下。
由于功放的谐振频率f0频率通常在200Hz左右，可能存在输出波形接近0 电平时，晶体管M5反复导通的情况，此时电源电压PVDD可能会引入20KHz 以内纹波分量。若电源电压PVDD上的纹波分量位于音频带内，在功放上会引入一定的噪声干扰。
为此，为了避免音频带内的噪声干扰，电容C2电容值为电容C1电容值的 2倍，当电容C1的电压VC1高于触发单元P1的阈值电压时，电容C2的电压 VC2仍低于触发单元P2的阈值电压压。在电源电压PVDD在泄放过程中，电容C2的电压VC2电压高于触发单元P2的阈值电压，此时晶体管M6导通，电源电压PVDD通过电阻R1和R2共同泄放电流，从而实现两段的方式将电源电压PVDD纹波电压移出音频带内，避免在功放上出现可被听见的噪声。
本实施例中，触发单元P1和触发单元P2的阈值电压可以相同。
由此可见，电容C2的存在一方面避免了音频带内的噪声干扰，另一方面，与电容C1配合形成了两段式的泄放处理。
但是需要说明的是，上述实施例中仅是示例，对于各元器件的数量并没有特别限定，但实际上，对于本领域普通技术人员来说，当有多个元器件时，可以根据实际需求组成电路模块。
本申请实施例九中功放保护方法的流程示意图；其包括如下步骤：
检测电源电压是否超过功放芯片的正常工作电压；
当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，对所述电源电压进行电流泄放处理。
本申请实施例还提供一种电子设备，其包括上述任一项实施例中所述的功放保护电路。
据本公开各种实施方式的电子设备可以是包括至少一个处理器的任何设备，并且可包括：相机、便携式设备、移动终端、通信终端、便携式通信终端、便携式移动终端等。例如，电子设备可包括以下至少一种：智能电话、平板个人计算机(PC)、移动电话、视频电话、电子书(e-book)阅读器、台式PC、膝上PC、上网本计算机、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、MP3播放器、移动医疗设备、相机、以及可穿戴设备(例如，诸如电子眼镜的头戴式设备(HMD)、电子服装、电子手镯、电子项链、电子配件、电子纹身、或智能手表)。
根据一些实施方式，电子设备可以是智能家电。该家电可包括以下至少一种，例如：电视、数字化视频光碟(DVD)播放器、音响装置、冰箱、空调、真空清洁器、烤箱、微波炉、洗衣机、空气净化器、机顶盒、家庭自动化控制面板、安全控制面板、电视盒(例如，SAMSUNGHOMESYNCTM、APPLE TVTM或 GOOGLE TVTM)、游戏机(例如，XBOXTM和PLAYSTATIONTM)、电子词典、电子钥匙、摄录机和电子相框。
根据另一个实施方式，电子设备可包括以下至少一种：各种医疗设备(例如，各种便携式医疗测量设备(例如，血糖监测设备、心率监测设备、血压测量设备、体温测量设备等)、磁共振血管造影(MRA)、磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)仪、以及超声仪)、导航设备、全球定位系统(GPS)接收器、事件数据记录器(EDR)、飞行数据记录器(FDR)、车辆娱乐信息设备、用于船舶的电子设备 (例如，用于船舶的导航设备和回转罗盘)、航空电子设备、安全设备、机动车头部单元、家用或工业机器人、银行中的自动柜员机(ATM)、商店中的销售点(POS)、或物联网设备(例如，电灯泡、各种传感器、电量计或气量计、喷淋设备、消防报警器、恒温控制器、路灯、烤面包器、运动器械、热水箱、加热器、热水器等)。
根据一些实施方式，电子设备可包括以下至少一种：家具或建筑/结构的一部分、电子板、电子签名接收设备、投影仪和各种类型的测量仪器(例如，水量计、电量计、气量计或无线电波计)。根据本公开各种实施方式的电子设备可以是上述各种设备的一种或多种的组合。根据本公开的一些实施方式的电子设备可以是柔性设备。另外，根据本公开实施方式的电子设备不限于上述设备，而可包括根据技术发展的新的电子设备。
本文中所使用的用语“模块”或“功能单元”例如可意为包括有硬件、软件和固件的单元或者包括有硬件、软件和固件中两种或更多种的组合的单元。“模块”可与例如用语“单元”、“逻辑”、“逻辑块”、“部件”或“电路”可交换地使用。“模块”或“功能单元”可以是集成部件元件的最小单元或集成部件元件的一部分。“模块”可以是用于执行一个或多个功能的最小单元或其一部分。“模块”或“功能单元”可机械地或电学地实施。例如，根据本公开的“模块”或“功能单元”可包括以下至少一种：专用集成电路(ASIC)芯片、场可编程门阵列(FPGA)以及已公知的或今后待开发的用于执行操作的可编程逻辑器件。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种功放保护电路，其特征在于，包括：
电压检测单元，与电源电压连接，用于检测所述电源电压是否超过功放芯片的正常工作电压；
电流泄放单元，用于当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，对所述电源电压进行电流泄放处理。
2.根据权利要求1所述的功放保护电路，其特征在于，所述电压检测单元在检测到所述电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，输出一特征电平，所述特征电平用于表征所述电源电压超过功放芯片的正常工作电压。
3.根据权利要求1所述的功放保护电路，其特征在于，所述电压检测单元包括：比较器，所述比较器的一端电连接所述电源电压，所述比较器的另外一端与参考电压连接，所述参考电压等效于所述功放芯片的正常工作电压。
4.根据权利要求1所述的功放保护电路，其特征在于，所述电压检测单元包括：时间模块，用于设定所述电流泄放单元的启动时间以进行电流泄放处理。
5.根据权利要求1所述的功放保护电路，其特征在于，还包括：控制单元，分别与所述电压检测单元和电流泄放单元连接，用于当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时启动电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理。
6.根据权利要求5所述的功放保护电路，其特征在于，所述控制单元包括：开关单元、电流源、储能元件，所述开关单元用于进行开关动作以使得所述电流源对所述储能元件进行充电处理，以启动电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理。
7.根据权利要求6所述的功放保护电路，其特征在于，所述开关单元为MOS器件，和/或，所述储能元件为电容。
8.根据权利要求5所述的功放保护电路，其特征在于，所述控制单元还包括：触发单元，用于所述储能元件的电压大于设定阈值时启动电流泄放单元对所述电源电压进行电流泄放处理。
9.根据权利要求1所述的功放保护电路，其特征在于，所述电流泄放单元包括第一泄放支路以及第二泄放支路，所述第一泄放支路以及第二泄放支路先后启动以对所述电源电压进行电流泄放分段处理。
10.根据权利要求9所述的功放保护电路，其特征在于，所述第一泄放支路和第二泄放支路分别包括开关单元，所述开关单元用于进行开关动作以先后启动所述第一泄放支路以及第二泄放支路对所述电源电压进行电流泄放分段处理。
11.一种功放保护方法，其特征在于，包括：
检测电源电压是否超过功放芯片的正常工作电压；
当所述电压检测单元检测到电源电压超过功放芯片的正常工作电压时，对所述电源电压进行电流泄放处理。
12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的功放保护电路。
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