CN110972044A - 扬声器控制电路及音频播放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扬声器控制电路及电子设备，扬声器控制电路包括主控单元、功率放大器、电压检测电路、电流检测电路和模数转换电路，主控单元输出音频信号，功率放大器将音频信号进行功率放大至扬声器，电压检测电路检测功率放大器的输出电压。电流检测电路检测功率放大单元的输出电流。模数转换电路将检测电流以及检测电压转换成对应的数字检测电流信号以及数字检测电压信号并输出至主控单元以反馈调节主控单元输出的音频信号。本发明用于解决扬声器单元无法得到精确控制的技术问题。

Description

扬声器控制电路及音频播放装置

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，特别涉及扬声器控制电路及音频播放装置。

背景技术

当前市场音频功率放大器保护方案主要以功率放大及前端信号处理为主。对于扬声器的使用及保护通常使用预先建模修改参数方案，容易造成实际输出和建模预估不符现象。在中大功率输出时，扬声器单元无法得到精确控制，容易造成扬声器单元过热烧坏和振幅过大造成THD(总谐波失真)过高问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种扬声器控制电路，旨在解决扬声器单元无法得到精确控制的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种扬声器控制电路，用于控制扬声器，所述扬声器控制电路包括：

主控单元，用于输出音频信号；

功率放大器，用于将所述音频信号进行功率放大至所述扬声器；

电压检测电路，用于检测所述功率放大器的输出电压；

电流检测电路，用于检测所述功率放大器的输出电流；

模数转换电路，用于将检测电流以及检测电压转换成对应的数字检测电流信号以及数字检测电压信号并输出至主控单元以反馈调节主控单元输出的音频信号。

可选地，所述主控单元具有反馈信号输入端以及音频信号输出端，所述电压检测电路具有正向输入端、反向输入端、正向输出端和反向输出端，所述电流检测电路具有第一检测端、第二检测端和输出端，所述功率放大器的输入端与所述主控单元的音频信号输出端连接，所述功率放大器的正向输出端与所述电流检测端的第一检测端连接，所述功率放大器的反向输出端、所述电压检测电路的反向输入端及所述扬声器的反向输入端互联；所述电流检测端的第二检测端、所述扬声器的正向输入端及所述电压检测电路的正向输入端互联，所述电流检测电路的输出端与所述模数转换电路的电流采集端连接；所述电压检测电路的正向输出端与所述模数转换电路的正向电压采集端连接，所述电压检测电路的反向输出端与所述模数转换电路的反向电压采集端连接；所述模数转换电路的输出端与所述主控单元的反馈信号输入端连接。

可选地，所述扬声器控制电路还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路设置于所述电压检测电路以及所述模数转换电路之间，所述低通滤波电路具有正向输入端、反向输入端、正向输出端和反向输出端，所述低通滤波电路的正向输入端与所述电压检测电路的正向输出端连接，所述低通滤波电路的反向输入端与所述电压检测电路的反向输出端连接，所述低通滤波电路的正向输出端所述模数转换电路的正向电压采集端连接，所述低通滤波电路的反向输出端所述模数转换电路的反向电压采集端连接；

所述低通滤波电路，用于滤除所述检测电压中的高频噪声。

可选地，所述功率放大器为中功率音频功率放大器和/或大功率音频功率放大器。

可选地，所述电压检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻的第一端为所述电压检测电路的正向输入端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，其连接节点为所述电压检测电路的正向输出端；所述第三电阻的第一端为所述电压检测电路的反向输入端，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接，其连接节点为所述电压检测电路的反向输出端；所述第四电阻的第二端及所述第二电阻的第二端接地。

可选地，所述电流检测电路包括第五电阻和第一芯片，所述第一芯片包括第一检测脚、第二检测脚和输出脚，所述第一芯片的第一检测脚与所述第五电阻的第一端连接，其连接节点为所述电流检测电路的第一检测端，所述第一芯片的第二检测脚与所述第五电阻的第二端连接，其连接节点为所述电流检测电路的第二检测端，所述第一芯片的输出脚为所述电流检测电路的输出端。

可选地，所述低通滤波电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第六电阻和第七电阻，所述第一电容的第一端与所述第二电容的第一端连接，其连接节点为所述低通滤波电路的正向输入端，所述第一电容的第二端与所述第三电容的第一端连接，其连接节点为所述低通滤波电路的反向输入端；所述第二电容的第二端与所述第六电阻的第一端连接，其连接节点为所述低通滤波电路的正向输出端；所述第三电容的第二端与所述第七电阻的第一端连接，其连接节点为所述低通滤波电路的反向输出端；所述第六电阻的第二端和所述第七电阻的第二端接地。

可选地，所述模数转换电路为多通道实时音频转化芯片。

可选地，所述多通道实时音频转化芯片的型号为ES7243。

为实现上述目的，本发明还提出一种音频播放装置，包括如上所述的扬声器控制电路。

本发明通过在扬声器控制电路设置有主控单元、功率放大器、电压检测电路、电流检测电路以及模数转换电路，其中，主控单元输出音频信号，功率放大器将所述音频信号进行功率放大至所述扬声器。电压检测电路检测所述功率放大器的输出电压，电流检测电路检测所述功率放大器的输出电流。模数转换电路将检测电流以及检测电压转换成对应的数字检测电流信号以及数字检测电压信号并输出至主控单元以反馈调节主控单元输出的音频信号。从而通过在功率放大器外部设置有由电压检测电路、电流检测电路和模数转换电路构成的反馈电路，实现了反馈调节音频信号，从而控制了功率放大器功率放大后的音频信号大小，以实现对扬声器需要播放的音频信号进行精确控制，充分提升产品性能。由于该反馈电路为外部电路，不影响现有的音频放大器的性能。且改进后的扬声器控制电路成本较低，空间占有小。可以达到小体积下低频下潜和声压级提升作用，同时可以支持非线性补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明扬声器控制电路的模块示意图；

图2为本发明扬声器控制电路的电路示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种扬声器控制电路，用于解决扬声器单元无法得到精确控制的技术问题。

在示例性技术中，常规的中大功率音频方案不支持内部电流信号I、电压信号V回采功能，主要原因是大电流下的电流信号I、电压信号V回采会造成功率放大器或者音频功率放大器芯片集成设计体积过大、发热过高，从而影响产品的稳定性。小型的音频功率放大器或者音频功率放大器芯片集成电流信号I、电压信号V信号回采，但是只能做到单通道反馈，且功率只能到达20W，难以满足现有音响技术要求。

在一实施例中，如图1所示，提出一种扬声器控制电路，用于控制扬声器30，扬声器30控制电路包括主控单元10、功率放大器20、电压检测电路50、电流检测电路40以及模数转换电路60，其中，主控单元10输出音频信号，功率放大器20将音频信号进行功率放大并输出至扬声器30。电压检测电路50检测功率放大器20的输出电压，电流检测电路40检测功率放大器20的输出电流。模数转换电路60将电流检测电路40输出的检测电流以及电压检测电路50输出的检测电压转换成对应的数字检测电流信号以及数字检测电压信号并输出至主控单元10以反馈调节主控单元10输出的音频信号。从而通过在功率放大器20外部设置有由电压检测电路50、电流检测电路40和模数转换电路60构成的反馈电路，实现了反馈调节音频信号，从而控制了功率放大器20功率放大后的音频信号大小，以实现对扬声器30需要播放的音频信号进行精确控制，充分提升产品性能。由于该反馈电路为外部电路，不影响现有的音频放大器的性能。且改进后的扬声器30控制电路成本较低，空间占有小。可以达到小体积下低频下潜和声压级提升作用，同时可以支持非线性补偿。而且，本专利提供的外部回采技术可以满足20W以上的电流信号I、电压信号V回采，弥补了中大功率音箱对Smart PA(音频芯片)设计需求。同时可以扩大扩大功率放大器20或者音频功率放大器20芯片的选型范围，且可以在不改变现有电路的基础上增设反馈调节，实现对扬声器30的保护。

需要说明的是，任何实现上述各功能电路之间信号传递的连接关系均可，并不限定，本实施例中，采用如下连接关系实现上述各功能电路之间信号传递，主控单元10具有反馈信号输入端以及音频信号输出端，电压检测电路50具有正向输入端、反向输入端、正向输出端和反向输出端，电流检测电路40具有第一检测端、第二检测端和输出端，功率放大器20的输入端与主控单元10的音频信号输出端连接，功率放大器20的正向输出端与电流检测端的第一检测端连接，功率放大器20的反向输出端、电压检测电路50的反向输入端及扬声器30的反向输入端互联；电流检测端的第二检测端、扬声器30的正向输入端及电压检测电路50的正向输入端互联，电流检测电路40的输出端与模数转换电路60的电流采集端连接；电压检测电路50的正向输出端与模数转换电路60的正向电压采集端连接，电压检测电路50的反向输出端与模数转换电路60的反向电压采集端连接；模数转换电路60的输出端与主控单元10的反馈信号输入端连接。

在一实施例中，如图2所示，扬声器30控制电路还包括低通滤波电路70，低通滤波电路70设置于电压检测电路50以及模数转换电路60之间，低通滤波电路70具有正向输入端、反向输入端、正向输出端和反向输出端，低通滤波电路70的正向输入端与电压检测电路50的正向输出端连接，低通滤波电路70的反向输入端与电压检测电路50的反向输出端连接，低通滤波电路70的正向输出端模数转换电路60的正向电压采集端连接，低通滤波电路70的反向输出端模数转换电路60的反向电压采集端连接。

其中，低通滤波电路70滤除检测电压中的高频噪声。

在一实施例中，为了避免在音频功率放大器20中增设反馈回路可能引起的设计体积过大、发热过高等影响产品的稳定性的现象的发生，功率放大器20为中功率音频功率放大器20和/或大功率音频功率放大器20。

此时，在中功率音频功率放大器20和/或大功率音频功率放大器20的外部设置由电压检测电路50、电流检测电路40以及模数转换电路60构成的反馈回路，可以在不改变原有的音频功率放大器20的基础上对扬声器30进行保护，避免在音频功率放大器20增设反馈回路而引起的体积增加、发热等影响产品稳定性的现象的发生。

在一实施例中，如图2所示，电压检测电路50包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，第一电阻R1的第一端为电压检测电路50的正向输入端，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，其连接节点为电压检测电路50的正向输出端；第三电阻R3的第一端为电压检测电路50的反向输入端，第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端连接，其连接节点为电压检测电路50的反向输出端；第四电阻R4的第二端及第二电阻R2的第二端接地。

其中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4采用高精度电阻分压方案，在进行电路设计时，根据音频功率放大器20的输出电压范围不同调整第一电阻R1和第二电阻R2的电阻大小以及第三电阻R3和第四电阻R4的电阻大小。此时，V_sensor+为正向检测电压，V_out+为音频功率放大器20的正向输出电压，r2为第二电阻R2的电阻值，r1为第一电阻R1的电阻值，V_sensor+＝V_out+*r2/(r1+r2)。

V_sensor-为反向检测电压，V_out-为音频功率放大器20的反向输出电压，r4为第四电阻R4的电阻值，r3为第三电阻R3的电阻值，V_sensor-＝V_out-*r4/(r3+r4)。

在一实施例中，电流检测电路40包括第五电阻R5和第一芯片U1，第一芯片U1包括第一检测脚In+、第二检测脚In-和输出脚out，第一芯片U1的第一检测脚In+与第五电阻R5的第一端连接，其连接节点为电流检测电路40的第一检测端，第一芯片U1的第二检测脚In-与第五电阻R5的第二端连接，其连接节点为电流检测电路40的第二检测端，第一芯片U1的输出脚out为电流检测电路40的输出端。

其中，来自功率放大器20的信号经过第五电阻R5时，第五电阻R5两端会产生一个微弱的电压Vr5，该电压和所选的第五电阻R5的阻值r5成正比，I_out为功率放大器20输出电流，Vr5＝I_out*r5。R5阻值可以从10m ohm到250m ohm根据需求选择。

可选地，第一芯片U1为高精度电流检测放大器AD8418，上述实施例中，电压Vr5输入给高精度电流检测放大器AD8418，AD8418固定20倍放大Rs两端电压Vr5,因此检测电流V_i sensor＝20*Vr5。

在一实施例中，低通滤波电路70包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第六电阻R6和第七电阻R7，第一电容C1的第一端与第二电容C2的第一端连接，其连接节点为低通滤波电路70的正向输入端，第一电容C1的第二端与第三电容C3的第一端连接，其连接节点为低通滤波电路70的反向输入端；第二电容C2的第二端与第六电阻R6的第一端连接，其连接节点为低通滤波电路70的正向输出端；第三电容C3的第二端与第七电阻R7的第一端连接，其连接节点为低通滤波电路70的反向输出端；第六电阻R6的第二端和第七电阻R7的第二端接地。

其中，第二电容C2和第六电阻R6构成低通滤波器，滤除正向检测电压的高频噪声，第三电容C3和第七电阻R7构成低通滤波器滤除反向检测电压的高频噪声。第一电容C1在正向检测电压和反向检测电压之间构成隔离，防止两个检测电压相互干扰。

可选地，为了方便快捷的进行模数转换，模数转换电路60为多通道实时音频转化芯片U2。

可选地，多通道实时音频转化芯片U2的型号为ES7243。

其中，采样的电流信号I、电压信号V通过ES7243转换为I2S格式的数字信号转发给主控单元10。主控单元10通过数据还原可得到原始的功放输出信号。

可选地，主控单元10可以采用现有的MCU实现，搭载现有的数据处理软件以方便对反馈的电流信号I、电压信号V进行处理。

以下结合图1、2对本发明的原理进行说明：

MCU输出音频信号，功率放大器20对音频信号进行功率放大分别输出正向音频信号和反向音频信号，随后正向音频信号流经第五电阻R5后输出至扬声器，第五电阻R5两端会产生一个微弱的电压Vr5，该电压和所选的第五电阻R5的阻值r5成正比，I_out为功率放大器20输出电流，Vr5＝I_out*r5，电压Vr5输入给高精度电流检测放大器AD8418，AD8418固定20倍放大Rs两端电压Vr5,因此得到检测电流V_i sensor＝20*Vr5。

第一电阻R1和第二电阻R2对正向音频信号进行高精度电阻分压，此时，AD8418获得的V_sensor+为正向检测电压，V_out+为音频功率放大器20的正向输出电压，r2为第二电阻R2的电阻值，r1为第一电阻R1的电阻值，V_sensor+＝V_out+*r2/(r1+r2)。

第三电阻R3和第四电阻R4对反向音频信号进行高精度电阻分压。此时，V_sensor-为反向检测电压，V_out-为音频功率放大器20的反向输出电压，r4为第四电阻R4的电阻值，r3为第三电阻R3的电阻值，V_sensor-＝V_out-*r4/(r3+r4)。

由上述过程实时反映扬声器单元的状态，配合电流估算或者温度传感器还能反应扬声器温度，并且能对扬声器进行精确位移控制，充分提升产品性能。由于反馈电路为外部电路，不影响现有的音频功放芯片性能，从而可以扩大芯片的选型范围。且改进后的整体电路成本较低，空间占有小。配合实验室测试得到的采样电压、电流对应的音频信号调整关系，MCU对音频信号进行调整，可以达到小体积下低频下潜和声压级提升作用，同时可以支持非线性补偿。

为了解决上述问题，本发明还提出一种音频播放装置，包括如上所述的扬声器30控制电路。

值得注意的是，因为本发明音频播放装置包含了上述扬声器30控制电路的全部实施例，因此本发明音频播放装置具有上述扬声器30控制电路的所有有益效果，此处不再赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种扬声器控制电路，用于控制扬声器，其特征在于，所述扬声器控制电路包括：

主控单元，用于输出音频信号；

功率放大器，用于将所述音频信号进行功率放大至所述扬声器；

电压检测电路，用于检测所述功率放大器的输出电压；

电流检测电路，用于检测所述功率放大器的输出电流；

模数转换电路，用于将检测电流以及检测电压转换成对应的数字检测电流信号以及数字检测电压信号并输出至主控单元以反馈调节主控单元输出的音频信号。

2.如权利要求1所述的扬声器控制电路，其特征在于，所述主控单元具有反馈信号输入端以及音频信号输出端，所述电压检测电路具有正向输入端、反向输入端、正向输出端和反向输出端，所述电流检测电路具有第一检测端、第二检测端和输出端，所述功率放大器的输入端与所述主控单元的音频信号输出端连接，所述功率放大器的正向输出端与所述电流检测端的第一检测端连接，所述功率放大器的反向输出端、所述电压检测电路的反向输入端及所述扬声器的反向输入端互联；所述电流检测端的第二检测端、所述扬声器的正向输入端及所述电压检测电路的正向输入端互联，所述电流检测电路的输出端与所述模数转换电路的电流采集端连接；所述电压检测电路的正向输出端与所述模数转换电路的正向电压采集端连接，所述电压检测电路的反向输出端与所述模数转换电路的反向电压采集端连接；所述模数转换电路的输出端与所述主控单元的反馈信号输入端连接。

3.如权利要求2所述的扬声器控制电路，其特征在于，所述扬声器控制电路还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路设置于所述电压检测电路以及所述模数转换电路之间，所述低通滤波电路具有正向输入端、反向输入端、正向输出端和反向输出端，所述低通滤波电路的正向输入端与所述电压检测电路的正向输出端连接，所述低通滤波电路的反向输入端与所述电压检测电路的反向输出端连接，所述低通滤波电路的正向输出端所述模数转换电路的正向电压采集端连接，所述低通滤波电路的反向输出端所述模数转换电路的反向电压采集端连接；

所述低通滤波电路，用于滤除所述检测电压中的高频噪声。

4.如权利要求1所述的扬声器控制电路，其特征在于，所述功率放大器为中功率音频功率放大器和/或大功率音频功率放大器。

5.如权利要求2所述的扬声器控制电路，其特征在于，所述电压检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻的第一端为所述电压检测电路的正向输入端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，其连接节点为所述电压检测电路的正向输出端；所述第三电阻的第一端为所述电压检测电路的反向输入端，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接，其连接节点为所述电压检测电路的反向输出端；所述第四电阻的第二端及所述第二电阻的第二端接地。

6.如权利要求2所述的扬声器控制电路，其特征在于，所述电流检测电路包括第五电阻和第一芯片，所述第一芯片包括第一检测脚、第二检测脚和输出脚，所述第一芯片的第一检测脚与所述第五电阻的第一端连接，其连接节点为所述电流检测电路的第一检测端，所述第一芯片的第二检测脚与所述第五电阻的第二端连接，其连接节点为所述电流检测电路的第二检测端，所述第一芯片的输出脚为所述电流检测电路的输出端。

7.如权利要求3所述的扬声器控制电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第六电阻和第七电阻，所述第一电容的第一端与所述第二电容的第一端连接，其连接节点为所述低通滤波电路的正向输入端，所述第一电容的第二端与所述第三电容的第一端连接，其连接节点为所述低通滤波电路的反向输入端；所述第二电容的第二端与所述第六电阻的第一端连接，其连接节点为所述低通滤波电路的正向输出端；所述第三电容的第二端与所述第七电阻的第一端连接，其连接节点为所述低通滤波电路的反向输出端；所述第六电阻的第二端和所述第七电阻的第二端接地。

8.如权利要求1-7任一项所述的扬声器控制电路，其特征在于，所述模数转换电路为多通道实时音频转化芯片。

9.如权利要求6所述的扬声器控制电路，其特征在于，所述多通道实时音频转化芯片的型号为ES7243。

10.一种音频播放装置，其特征在于，包括如权利1-9任一项所述的扬声器控制电路。

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