CN111901725A - 音频功放电路及其功率限制方法、电子设备 - Google Patents

音频功放电路及其功率限制方法、电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种音频功放电路及其功率限制方法、一种电子设备，所述电子设备包括：音频放大模块，包括积分放大单元；功率限制模块，连接于所述音频放大模块的积分放大单元的输出端和输入端之间，用于将所述积分放大单元的输出端的输出电压与阈值电压比较，对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整，将输出电压限制在一定幅值范围内；阈值电压调整模块，与所述功率限制模块连接，用于向所述功率限制模块输出随控制信号变化的阈值电压。所述音频功放电路能够实现灵活动态的功率限制。

Description

音频功放电路及其功率限制方法、电子设备
技术领域
本申请涉及音频功放技术领域，具体涉及一种音频功放电路及其功率限制方法和一种电子设备。
背景技术
大功率音频功放具有输出功率大的特点，广泛应用于中大功率的音响产品。由于输出功率较大，对于喇叭就需要较高的要求，如果不限制输出功率，会导致喇叭损坏的情况发生。对于市场上中等以及中小功率的音响产品来说，内部往往采用大功率音频功放芯片，典型的大功率音频功放芯片为输出1％THD(谐波失真率)的30W/8Ω的音频功放芯片，在应用于15W或者10W的音响产品中时候，就需要对音频放芯片的输出功率进行限制。
为了防止喇叭烧坏，目前市场上的大功率音频功放芯片都采用直接限制输出功率的方式，然而一般限制的功率较为固定，无法调节，这就导致音频功放芯片的应用受到限制，无法满足更多的产品应用。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种音频功放电路及其功率限制方法、电子设备，以解决现有的音频功放芯片的限制功率无法灵活调节的问题。
本申请提供的一种音频功放电路，包括：音频放大模块，包括积分放大单元；功率限制模块，连接于所述音频放大模块的积分放大单元的输出端和输入端之间，用于将所述积分放大单元的输出端的输出电压与阈值电压比较，并根据比较结果对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整，以将输出电压幅度限制在一定幅度范围内；阈值电压调整模块，与所述功率限制模块连接，用于向所述功率限制模块输出随控制信号变化的阈值电压。
可选的，功率限制模块用于在所述积分放大单元的输出的一对差分信号中的其中一个电压低于所述阈值电压时，对所述输入电流的幅值进行调整。
可选的，所述阈值电压调整模块包括：反相放大单元，所述反相放大单元的第一输入端用于所述输入控制信号，第二输入端用于输入一参考信号，所述反相放大单元的输出端作为阈值电压输出端，向所述功率限制模块输出阈值电压，所述阈值电压随所述控制信号变化。
可选的，阈值电压调整模块还包括：参考单元，所述参考单元用于根据所述音频功放电路不同的工作模式输出相应的参考电压。
可选的，所述参考单元用于产生至少两种分别对应于不同工作模式的子参考电压，并根据当前工作模式，选择其中一个子参考电压作为参考电压输出至所述反相放大单元；所述子参考电压均与积分放大单元输出电压的共模基准电平相关。
可选的，所述参考单元包括参考电压产生电路，所述参考电压产生电路包括恒流单元、镜像单元以及输出单元；所述恒流单元用于产生一恒定电流，所述镜像单元用于将所述恒定电流，镜像输出至所述输出单元，所述输出单元利用共模基准电压作为钳位电压，将所述恒定电流转换为与所述钳位电压相关的至少一个子参考电压并输出。
可选的，所述阈值电压调整模块还包括：负反馈单元，用于在所述阈值电压输出端与所述反相放大单元的第一输入端之间形成负反馈调节环路，将所述阈值电压限制在参考阈值电压附近。
可选的，所述负反馈单元包括：比较器和开关晶体管；所述比较器的第一输入端连接至所述反相放大单元的输出端，所述比较器的第二输入端用于输入所述参考阈值电压，所述比较器的输出端连接至所述开关晶体管的栅极；所述开关晶体管的漏极接地，源极连接至所述反相放大单元的第一输入端。
可选的，所述功率限制模块包括：跨导放大单元，用于将所述积分放大单元的输出端的输出电压与所述阈值电压的差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元的输入端，以实现对输入电流的调整。
本发明的技术方案还提供一种音频功放电路的功率限制方法，所述音频功放电路包括积分放大单元，包括：将所述积分放大单元的输出端的输出电压与阈值电压比较，所述阈值电压随控制信号变化；根据比较结果，对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整，以将输出电压幅度限制在一定幅度范围内。
可选的，在所述积分放大单元的输出的一对差分信号中的其中一个低于所述阈值电压时，对所述积分放大单元的输入信号的幅值进行调整。
可选的，所述阈值电压还与参考电压呈线性关系，不同工作模式对应于不同的参考电压。
可选的，包括：通过调整所述控制信号、所述阈值电压与所述控制信号之间的相关系数，所述阈值电压与所述参考电压之间的相关系数中的至少一项，以调整所述阈值电压。
可选的，将所述阈值电压限制在参考阈值电压附近。
可选的，对所述积分放大单元输入端的输入信号进行幅值调整的方法包括：将所述积分放大单元的输出端的输出电压与所述阈值电压的差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元的输入端，以实现对输入端电流的调整。
本发明的音频放大电路能够通过阈值电压调整模块输出随输入控制信号变化的阈值电压，从而可以根据需要，调整阈值电压的值，进而对音频放大电路的输出功率进行动态限制。
进一步的，还可以通过形成负反馈单元，对阈值电压进行钳位，将其限定在参考阈值电压附近，避免过小而导致输出功率过大，从而无法有效地保护喇叭。
进一步的，所述阈值电压调整模块还包括参考单元，用于输出参考电压，所述阈值电压还与不同工作模式下的参考电压相关，从而可以针对不同的工作模式，对输出功率进行相应的限制，对电路工作状态的适应性与灵活性更高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例的音频功放电路的结构示意图；
图2是本申请一实施例的音频功放电路的阈值电压调整模块的结构示意图；
图3是本申请一实施例的音频功放电路的阈值电压调整模块的结构；
图4是本申请一实施例的音频功放电路的功率限制的原理图；
图5是本申请一实施例的音频功放电路的模式1下的波形示意图；
图6是本申请一实施例的音频功放电路的模式2下的波形示意图；
图7是本申请一实施例的参考电压产生电路的电路结构示意图；
图8是本申请一实施例的音频功放电路的功率限制方法的流程示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，现有技术的音频功放电阻的功率限制通常为固定值，无法根据不同的应用场景进行调节。
发明人提出一种新的音频功放电路及其功率限制方法，能够根据不同情况，在较大的电压电源范围内，调节音频功放电路的输出功率，以满足宽电源电压范围的要求，并且具有较高的灵活性。
下面结合附图，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一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
请参考图1，为发明一实施例的音频功放电路的结构示意图。
该实施例中，所述音频功放电路包括：音频功放模块110、功率限制模块120以及阈值电压调整模块130。
所述音频功放模块110包括积分放大单元111、信号调制单元112以及驱动输出单元113。
所述积分放大单元111包括一级积分放大器AMP1和二级积分放大器AMP2，一对差分信号INP和INN分别通过电容Cin和电阻Rin耦合至一级积分放大器AMP1，依次经过一级积分放大器AMP1和二级积分放大器AMP2进行全差分放大后输出信号A2VON和A2VOP，所述差分信号INP和INN经过电容Cin和电阻Rin转换为电流信号A1VIP和A1VIN输入至AMP1，经过AMP1积分放大运算输出电压信号A1VON和A1VOP，A1VON和A1VOP经过电阻转换为电流信号输入AMP2，由AMP2积分运算放大后输出信号A2VON和A2VOP，A2VON和A2VOP为电压信号。
输出信号A2VON和A2VOP分别通过信号调制单元112中的比较器CMP1和比较器CMP2与一调制信号SRAMP进行调制，产生脉宽调制信号后通过所述驱动输出单元113输出驱动信号VOP和VON，所述调制信号SRAMP通常为三角波或锯齿波等具有周期性的倾斜上升和倾斜下降边沿的波形。需要指出的是，所述积分放大单元111、信号调制单元112通常采用芯片内部的低压差线性稳压器(LDO)(图中未示出)产生的低压域电源VDD进行供电，VDD通常为4V～6V左右，而所述驱动输出单元的电源通常采用芯片外部输入的高压域电源PVDD(图中未示出)，最低可到4V，最高可达30V，通常为20V～30V左右。
所述积分放大单元111包括一级积分放大器AMP1和二级放大器AMP2，用于将电流信号转换输出为电压信号。所述积分放大单元111的输出信号A2VON和A2VOP的大小决定了输出所述音频功放模块的输出功率，而所述输出信号A2VON和A2VOP的电压大小由所述积分放大单元111的一级积分放大器AMP1的输入端的输入电流决定，即由所述一级积分放大器AMP1的输入端的输入电流决定。
本实施例中，所述积分放大单元111的输出端与输入端之间，连接有功率限制模块120，所述功率限制模块120用于根据所述积分放大单元111输出端信号调整所述积分放大单元111输入端的输入电流的幅值，所述积分放大单元111通过一级积分放大器AMP1和二级放大器AMP2将输入电流转换为输出电压，可以通过对输入电流的控制实现对输出电压的幅值调整。
该实施例中，所述功率限制模块120用于将所述积分放大单元111的输出端的输出信号A2VON、A2VOP与阈值电压VLIMIT比较，并根据比较结果对所述积分放大单元111输入端的输入电流AIVIP和A1VIN进行电流幅值调整，经过两级积分器后，将AMP2输出信号A2VOP和A2VON的电压大小限制在一定幅度范围内，从而对输出功率进行调整。
由于所述积分放大单元111的输出端的输出信号A2VON、A2VOP为一对关于共模基准电压VCM对称的差分信号，可以设置阈值电压VLIMT小于VCM，将输出信号A2VON、A2VOP分别与所述阈值电压VLIMIT进行比较，当A2VON、A2VOP其中一个电压低于VLIMIT时，所述功率限制模块120开始工作，对一级积分放大器AMP1的输入端抽取电流，降低所述一级积分放大器AMP1输入端输入的电流幅值，从而限制二级积分放大器AMP2输出端的输出信号A2VON、A2VOP的信号幅值，可以将输出信号A2VON、A2VOP的电压值范围限制在VLIMIT～(2*VCM-VLIMIT)范围内，从而实现对输出功率的限制；当二级积分放大器AMP2输出端的输出信号A2VON、A2VOP均大于阈值电压VLIMIT时，所述功率限制模块120无效，不会对一级积分放大器AMP1输入端抽放电流。
具体的，所述功率限制模块120包括跨导放大单元，用于将所述积分放大单元111的输出端的输出电压与所述阈值电压VLIMIT的差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元111的输入端，以实现对所述积分放大单元111的输入端的输入电流的调整。例如，当输出信号A2VON小于所述阈值电压VLIMIT时，将A2VON与VLIMIT的电压差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元111的两个输入端。根据所述输出电流的电流方向，实现对积分放大单元111输入端的输入电流的抽取或补充。所述跨导放大单元包括跨导放大器以及匹配的相关电路结构，跨导放大器能够将输入的差分电压转换为输出电流。
所述阈值电压调整模块130，与所述功率限制模块120连接，用于向所述功率限制模块120输出随控制信号PLIMIT变化的阈值电压VLIMIT。
阈值电压VLIMIT不同的情况下，输出信号A2VON、A2VOP的幅值范围也跟随变化，从而在不同情况下，可以通过调节输出的阈值电压VLIMIT，从而调整对输出功率的限制程度。
该实施例中，所述阈值电压调整模块130用于输出与所述控制信号PLILMIT负相关的阈值电压VLIMIT，即在其他条件不变的情况下，控制信号PLIMIT越大，输出的阈值电压VLIMIT越小。在其他实施例中，所述阈值电压VLIMIT与所述控制信号PLILMIT之间还可以为正相关关系。可以通过调整控制信号PLILMIT与阈值电压VLIMIT之间的相关系数，在控制信号PLILMIT不变的情况下，对阈值电压VLILMIT进行调整。
上述音频放大电路能够通过阈值电压调整模块输出随控制信号PLIMIT可调的阈值电压VLIMIT，从而可以在不同情况下，调整阈值电压VLIMT的值，进而对音频放大电路的输出功率进行动态限制。
请参考图2，为本发明一实施例的阈值电压调整模块130的结构示意图。
该实施例中，所述阈值电压调整模块130包括反相放大单元131和参考单元132。
所述参考单元132用于根据不同的工作模式输出相应的参考电压VCOM；所述反相放大单元131的第一输入端用于输入控制信号PLIMIT，第二输入端用于输入所述参考电压VCOM，所述反相放大单元131的输出端作为阈值电压VLIMIT的输出端。
该实施例中，所述反相放大单元131包括放大器AMP12，控制信号PLIMIT通过一电阻RS1耦合至所述放大器AMP12的负输入端，所述放大器AMP12的正输入端用于输入所述参考电压VCOM的分压信号，所述反相放大器AMP12的输出端与负输入端之间还连接有电阻RF1。该实施例中，所述控制信号PLIMIT与所述电阻RS1之间还连接有缓冲器AMP11，用于稳定所述控制信号PLIMIT，提高控制信号PLIMIT的驱动力。所述缓冲器AMP11包括一放大器，该放大器的输出端和负输入端短接，缓冲器AMP11的正输入端输入控制信号PLIMIT。在其他实施例中，可以省略所述缓冲器AMP11，或者，所述缓冲器AMP11还可以采用其他类型的器件。
该实施例中，所述参考单元132用于产生两个对应于不同工作模式的子参考电压VREF1和VREF2，并根据当前工作模式，选择其中一个子参考电压作为参考电压VCOM输入。模式1情况下，对应的参考电压VCOM＝VREF1；模式2情况下，对应的参考电压VCOM＝VREF2。具体的，所述参考单元132包括参考电压产生电路1321，所述参考电压产生电路1321的两个输出端分别用于输出子参考电压VREF1和子参考电压VREF2，且两个输出端分别通过开关连接至一缓冲器AMP13，通过所述缓冲器AMP13输出稳定的参考电压VCOM。
在不同的工作模式，通过时钟信号CLK1和CLK2分别控制所述参考电压产生电路1321的输出端与缓冲器AMP13之间的开关的通断，以输出对应的参考电压VCOM。
所述参考电压产生电路1321用于产生与所述积分放大单元111的二级积分放大器AMP2的共模基准电压VCM相关的子参考电压。所述音频功放电路的输出功耗通常和谐波失真率正相关，输出功耗越高，谐波失真率越低。该实施例中，所述音频功放电路具有两种工作模式，例如：低功耗、低THD的模式1和高功耗、高THD的模式2，以满足对于功耗和THD的不同要求，不同工作模式下，对应不同的共模基准电压。
所述音频功放模块110的信号调制单元112的调制信号SRAMP的信号幅度为PWM_VL～PWM_VH，其中PWM_VL为调制信号SRAMP的电压最低值，PWM_VH为调制信号SRAMP的电压最高值。不同工作模式下，对应的共模基准电压VCM不同。在一个实施例中VREF1＝VCM，VREF2＝PWM_VH，模式1时，VCM＝(PWM_VL+PWM_VH)/2，VCOM＝VREF1＝VCM；模式2时，VCM在(PWM_VL+PWM_VH)/2至PWM_VH之间，VCOM＝VREF2＝PWM_VH。
例如，调制信号SRAM为幅度为(0.5VDD-0.0556PVDD)～(0.5VDD+0.0556PVDD)的三角波，即PWM_VL＝0.5VDD-0.0556PVDD，PWM_VH＝0.5VDD+0.0556PVDD，模式1情况下，VCM＝0.5VDD，参考电压VCOM＝VREF1＝VCM＝0.5VDD；模式2情况下，VCM>0.5VDD，参考电压VCOM＝VREF2＝PWM_VH＝0.5VDD+0.0556PVDD。
在其他实施例中，随着调制信号SRAM的信号幅度不同，不同模式下的共模基准电压VCM和参考电压VCOM也相应做出改变。
在其他实施例中，也可以具有三种或三种以上的工作模式，分别对应不同的参考电压，例如在三种工作模式的情况下，对应着三个共模基准电压。模式1下，VREF1＝VCM1；模式2下，VCM2>VCM1，VREF2＝VCM2；模式3下，VCM3>VCM2，VREF3＝PWM_VH。本领域技术人员，可以根据实际需要合理设置各模式下参考电压VCOM以及共模基准电压VCM的数值。
在其他实施例中，所述音频功放电路也可以仅工作在一种功耗模式下，所述参考电压VCOM固定，可以直接在所述反相放大器的第二输入端输入一固定的参考电压VCOM的分压。
所述参考单元132的输出端连接至所述反相放大单元131的第二输入端，用于向所述反相放大单元131输入参考电压VCOM。具体的，所述反相放大单元131包括放大器AMP12，所述放大器AMP12的输出端即为所述反相放大单元131的输出端。所述参考单元132的输出端与所述放大器AMP12的正输入端之间连接有一分压电路，所述分压电路包括串联于所述放大器AMP12的输出端与地端之间的电阻R0、RF2和RS2，电阻R0一端连接至所述放大器AMP12的输出端，电阻R0另一端连接至所述电阻RF2的一端，电阻RF2的另一端连接至电阻RS2，电阻RS2另一端接地。所述参考单元132的输出端连接至电阻R0和RF2的连接端，所述电阻RF2和RS2的连接端连接至所述放大器AMP12的正输入端。
所述反相放大器AMP12的两个输入端具有虚短特征，电压相等。可以计算得到：
Figure BDA0002597529400000101
得到:
Figure BDA0002597529400000102
阈值电压VLIMIT与控制信号PLIMIT成反比，相关系数为
Figure BDA0002597529400000103
阈值电压VLIMIT与参考电压VCOM也相关，两者之间具有相关系数
Figure BDA0002597529400000104
通过调整所述控制信号PLIMIT、所述阈值电压VLIMIT与所述控制信号PLIMIT之间的相关系数，所述阈值电压VLIMIT与所述参考电压VCOM之间的相关系数中的任一项或几项，可以实现对阈值电压VLIMIT的调整。
该实施例中，RS1＝RS2＝RS，RF1＝RF2＝RF。
从而VLIMIT为：
Figure BDA0002597529400000105
此时，若PLIMIT较大的情况下，会导致VLIMIT过小，从而使得输出信号A2VON、A2VOP的电压波动幅度2*(VCM-VLIMIT)较大，导致输出功率无法得到足够的限制，依旧可能会对喇叭造成损坏。
请参考图3，为本发明另一实施例的阈值电压调整模块130的结构示意图。
该实施例中，所述阈值电压调整模块130还包括负反馈单元133。所述负反馈单元133用于在反相放大单元131的输出端(即所述阈值电压VLIMIT输出端)与所述反相放大单元131的第一输入端之间形成以参考阈值电压VREF_LIMIT为目标值的负反馈调节环路。
所述负反馈单元133包括比较器COMP和开关晶体管M0，所述比较器COMP的正输入端连接至所述反相放大单元131的输出端，用于输入阈值电压VLIMITL；所述比较器COMP的负输入端用于输入参考阈值电压VREF_LIMIT；所述比较器COMP的输出端连接至所述开关晶体管M0的栅极，所述开关晶体管M0的漏极接地，源极连接至所述反相放大器AMP12的负输入端。所述开关晶体管M0为PMOS晶体管。
当PLIMIT较大，导致VLIMIT电压小于VREF_VLIMIT时，比较器COMP输出低电平，使得所述开关晶体管M0栅压被拉低，M0导通，源极抽取所述放大器AMP12负输入端的电流，所述放大器AMP12、比较器COMP以及开关晶体管M0构成负反馈环路，从而稳定VLIMIT电压值，使得VLIMIT被钳位在VREF_LIMIT附近；当VLIMIT大于VREF_VLIMIT时，比较器COMP输出高电平，所述开关晶体管M0栅压为高，晶体管M0断开，所述反馈环路断开，不起作用，对所述阈值电压VLIMIT不起限制作用。因此，所述负反馈单元133能够避免所述阈值电压VLIMIT过低，将阈值电压VLIMIT限制在参考阈值电压VREF_LIMIT附近，所述阈值电压VLIMIT可以略大于、等于或略小于所述参考阈值电压VREF_LIMIT。对于宽范围的电源电压PVDD来说，能够有效地限制输出功率，保护喇叭，起到二次保护效果。
所述参考阈值电压VREF_LIMIT可以设置为低于调制信号SRAMP的最低值PWM_VL。
请参考图4，为本发明一实施例的功率限制的原理示意图。
以1％THD的谐波失真条件下的功率限制为例，调制信号SRAMP的信号幅值范围为△V，
Figure BDA0002597529400000111
二级积分放大器AMP2输出信号A2VON和A2VOP的幅值范围变动为△VS。从二级积分放大器AMP2的输出端信号A2VON/A2VOP到整个音频功放电路的输出端的音频驱动信号OUTP/OUTN，放大倍数
Figure BDA0002597529400000112
由此，当输出的差分驱动信号OUTP和OUTN，转成单端输出后的信号OUTP-OUTN的峰值电压VP为：
Figure BDA0002597529400000121
峰值电压VP决定了音频功放电路的1％THD时候的最大输出功率。
图4中，信号1为原始信号，信号2为经过功率限制后的信号，通过调整控制信号PLIMIT可以调整VILIMIT的值，从而实现对功率限制后的信号2的信号幅度范围的调整，进而实现对输出功率的调整。
请参考图5，为本发明一实施例的模式1下的各波形示意图。
该实施例中，PWM_VH＝0.5VDD+0.556PVDD，PWM_VL＝0.5VDD-0.556PVDD。
模式1下，二级积分放大器AMP2的输入共模基准电压
Figure BDA0002597529400000122
当所述二级积分放大器AMP2输出的一对输出信号A2VON和A2VOP波动幅度较小，小于2*(VCM-VLIMIT)，两者均始终大于阈值电压VLIMIT时，不对输入端的信号幅度进行限制；当信号波动幅度逐渐增大，其中一个输出信号小于阈值电压VLIMIT时，触发功率限制，此时VREF1＝VCM＝0.5VDD。输出信号波动幅度被限制为
Figure BDA0002597529400000123
由于三角波的信号范围VV＝PWM_WH-PWM_VL＝2*0.0556*PVDD。
所以二级积分放大器AMP2的输出端到输出级的输出端的放大倍数为
Figure BDA0002597529400000124
所以功放输出的差分驱动信号OUTP和OUTN转单端输出的信号峰值VP1为：
Figure BDA0002597529400000125
在RF/RS值固定的情况下，就可以通过控制信号PLIMIT调节输出信号的信号峰值VP1。也可以通过调整RF/RS值，实现对单端信号OUTP-OUTN的信号峰值VP1的调整。
请参考图6，为本发明一实施例的模式2下的各波形示意图。
模式2状态下，二级积分放大器AMP2的共模基准电压VCM位于0.5VDD～PWM_VH之间，参考电压
VCOM＝VREF2＝PWM_VH＝0.5VDD+0.0556PVDD。
当信号较大时，为了避免谐波失真THD增大，所述二级积分放大器AMP2输出的电压峰值会被限制在三角波的最大值PWM_VH附近。
此时，所述二级积分放大器AMP2的输出信号幅值被限制在：
Figure BDA0002597529400000131
通过放大后，输出单端信号峰值VP2为：
Figure BDA0002597529400000132
假如RF/RS值固定，那么就可以通过所述控制信号PLIMIT，调节输出信号VP2的值；也可以通过调整RF/RS值，实现对信号峰值VP2的调整。
对于不同的工作模式，还可以通过调整不同模式下的RF/RS值和PLIMIT的值，实现两个模式下输出功率一致，以满足用户对于固定输出功率的需求。
请参考图7，为本发明一实施例的参考电压产生电路1321的电路结构示意图。
所述参考电压产生电路1321包括恒流单元701、镜像单元702以及输出单元703。所述恒流单元701用于产生一恒定电流IB，所述镜像单元702用于将所述恒定电流IB，镜像输出至所述输出单元703，所述输出单元703利用共模基准电压VCM作为钳位电压，将所述恒定电流IB转换为与所述钳位电压相关的多个电压信号并输出。
该实施例中，所述参考电压产生电路1321不仅用于产生子参考电压VREF1和子参考电压VREF2，还用于产生调制信号SRAMP的PWM_VH和PWM_VL，以及参考阈值电压VREF_LIMIT。
所述恒流单元701包括串联于高压域电源PVDD与地之间的电阻R11和电阻R12、放大器AMP21、晶体管MP0以电阻R13。
电阻R11一端连接至高圧域电源PVDD，另一端连接至电阻R12,所述电阻R12另一端接地，所述电阻R12和电阻R11的连接端与放大器AMP21的一个输入端连接，所述放大器AMP12的输出端连接至晶体管MP0的栅极，所述晶体管MP0的漏极通过电阻R13接地端，并且还连接至放大器AMP12的另一输入端。其中，晶体管MP0为PMOS晶体管。
高压域电源PVDD通过R11和R12分压后向放大器AMP21负输入端提供第一输入电压VIN，
Figure BDA0002597529400000141
由于放大器AMP21两个输入端之间的虚短效应，使得AMP21正输入端的第二输入电压VIP＝VIN。电阻R13一端电压固定为VIP，因此流过恒定电流
Figure BDA0002597529400000142
所述镜像单元702包括镜像连接的晶体管MP1和MP2，其中，MP1和MP2均为PMOS晶体管，MP1源极连接至低压域电源VDD，漏极连接至MP0的源极。该实施例中，MP1和MP1尺寸相同，因此，MP2内流过与MP1内相同过的电流IB。MP2的漏极连接至输出单元，用于向所述输出单元703提供恒定电流IB。
所述输出单元703包括晶体管MN0、依次串联于晶体管MP2漏极与晶体管MN0漏极之间的电阻R16、R17、R18，还包括放大器AMP22以及电阻R14和电阻R15。所述晶体管MN0为NMOS晶体管。
电阻R14和电阻R15串联连接于低压域电源VDD与地端之间，电阻R14和电阻R15之间的连接端连接至放大器AMP22的负输入端，所述放大器AMP22的正输入端连接至电阻R16和电阻R17的连接端，所述放大器AMP22的输出端连接至晶体管MN0的栅极，以控制晶体管MN0的开关状态。
低压域电源VDD通过R14和R15分压输出共模基准电压VCM，并输入至放大器AMP22的负输入端，
Figure BDA0002597529400000151
不同工作模式下，VCM不同，可以通过调整R14和R15的阻值，可以改变共模基准电压VCM。
在一个实施例中，设置R14与R15阻值相同，VCM＝0.5VDD，对应于工作模式1，VCOM＝VREF1＝VCM。
从所述串联的电阻R16、R17、R18各端输出电压，分别作为PWM_VH、VREF1、PWM_VL、VREF_LIMIT；其中VREF1＝VCM,PWM_VH同时也作为参考电压VREF2。
在一个实施例中，VREF1＝VCM＝0.5VDD，
Figure BDA0002597529400000152
PWM_VL值为：
Figure BDA0002597529400000153
VREF_LIMIT值为：
Figure BDA0002597529400000154
若R18值为0Ω，那么VREF_LIMIT＝PWM_VL，只要R18大于0就能够确保VREF_LIMIT低于PWM_VL，从而可以起到二次保护喇叭的效果。
在一个实施例中，R16＝R17值，使得
Figure BDA0002597529400000155
在本发明的实施例中，可以通过调整所述输出单元703内，各电阻的阻值，调整各个输出信号的值。
上述实施例中，音频放大电路能够通过阈值电压调整模块输出随控制信号PLIMIT可调的阈值电压VLIMIT，从而可以根据需要，调整阈值电压VLIMT的值，进而对音频放大电路的输出功率进行动态限制。
进一步的，还可以通过形成负反馈单元，对阈值电压VLIMIT进行钳位，将其限定在参考阈值电压VREF_VLIMIT附近，避免VLIMIT过小而导致输出功率过大。
进一步的，所述阈值电压调整模块还包括参考单元，用于输出参考电压，所述阈值电压还与不同工作模式下的参考电压相关，从而可以针对不同的工作模式，对输出功率进行相应的限制，对电路工作状态的适应性与灵活性更高。
本发明的技术方案还提供一种电子设备，包括上述实施例中所述的音频功放电路。所述电子设备在宽电源电压范围内可以任意调节音频功放输出功率，具有较高的灵活性，能够有效保护喇叭，满足宽电源电压范围的要求。
本发明的实施例还提供一种音频功放电路的输出功率限制方法。
请参考图8，为本发明一实施例的输出功率限制方法的流程示意图。
包括如下步骤：
步骤S801:将积分放大单元的输出端的输出信号与阈值电压比较，所述阈值电压随控制信号变化。
在一个实施例中，所述阈值电压与所述控制信号之间成负相关，控制信号越大，所述阈值电压越小。
步骤S802:根据比较结果，对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整，从而将输出电压限制在一定幅值范围内。
具体的，在所述积分放大单元的输出的一对差分信号的其中一个低于所述阈值电压时，对所述积分放大单元的输入电流的幅值进行调整；在所述输出信号均大于所述阈值电压时，对输入电流不作调整，不对输出电压进行限制，从而保持输出电压幅度不变。
其中，对所述积分放大单元的输入电流的幅值进行调整的方法包括：将所述积分放大单元的输出端的输出电压与所述阈值电压的差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元的输入端，对所述积分放大单元的输入电流进行调整。
为了避免所述阈值电压过小，导致对功率限制不足，在一个实施例中，在阈值电压较小的情况下，还将所述阈值电压钳位在参考阈值电压附近，所述阈值电压略大于、等于或略小于所述参考阈值电压。例如可以通过负反馈方式，实现对阈值电压的钳位。
在一些实施例中，所述阈值电压还可以进一步与参考电压相关，例如成线性关系。所述音频功放电路可以工作在对应不同静态功耗的工作模式，不同的工作模式对应产生不同的参考电压。所述阈值电压与参考电压相关，可以更灵活的适应不同工作模式下的功率限制要求。
由于阈值电压限制了输出电压的信号幅度，因此，可以根据不同的情况，通过调整所述控制信号、所述阈值电压与所述控制信号之间的相关系数，所述阈值电压与所述参考电压之间的相关系数中的任一项或几项，对阈值电压进行调整，从而实现对积分放大单元的输出电压幅度的调整，进而实现更为灵活精准的功率限制。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种音频功放电路，其特征在于，包括：
音频放大模块，包括积分放大单元；
功率限制模块，连接于所述音频放大模块的积分放大单元的输出端和输入端之间，用于将所述积分放大单元的输出端的输出电压与阈值电压比较，并根据比较结果对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整，以将输出电压限制在一定幅值范围内；
阈值电压调整模块，与所述功率限制模块连接，用于向所述功率限制模块输出随控制信号变化的阈值电压。
2.根据权利要求1所述的音频功放电路，其特征在于，功率限制模块用于在所述积分放大单元的两个输出电压中的其中一个输出电压低于所述阈值电压时，对所述输入电流进行调整。
3.根据权利要求1所述的音频功放电路，其特征在于，所述阈值电压调整模块包括：反相放大单元，所述反相放大单元的第一输入端用于输入所述控制信号，第二输入端用于输入一参考电压，所述反相放大单元的输出端作为阈值电压输出端，向所述功率限制模块输出阈值电压，所述阈值电压随所述控制信号变化。
4.根据权利要求3所述的音频功放电路，其特征在于，所述阈值电压调整模块还包括：参考单元，所述参考单元用于根据所述音频功放电路不同的工作模式输出相应的参考电压。
5.根据权利要求4所述的音频功放电路，其特征在于，所述参考单元用于产生至少两种分别对应于不同工作模式的子参考电压，并根据当前工作模式，选择其中一个子参考电压作为参考电压输出至所述反相放大单元；所述子参考电压均与积分放大单元输出电压的共模基准电平相关。
6.根据权利要求5所述的音频功放电路，其特征在于，所述参考单元包括参考电压产生电路，所述参考电压产生电路包括恒流单元、镜像单元以及输出单元；所述恒流单元用于产生一恒定电流，所述镜像单元用于将所述恒定电流镜像输出至所述输出单元，所述输出单元利用共模基准电压作为钳位电压，将所述恒定电流转换为与所述钳位电压相关的至少一个子参考电压并输出。
7.根据权利要求3所述的音频功放电路，其特征在于，所述阈值电压调整模块还包括：负反馈单元，用于在所述阈值电压输出端与所述反相放大单元的第一输入端之间形成负反馈调节环路，将所述阈值电压限制在参考阈值电压附近。
8.根据权利要求7所述的音频功放电路，其特征在于，所述负反馈单元包括：比较器和开关晶体管；所述比较器的第一输入端连接至所述反相放大单元的输出端，所述比较器的第二输入端用于输入所述参考阈值电压，所述比较器的输出端连接至所述开关晶体管的栅极；所述开关晶体管的漏极接地，源极连接至所述反相放大单元的第一输入端。
9.根据权利要求1所述的音频功放电路，其特征在于，所述功率限制模块包括：跨导放大单元，用于将所述积分放大单元的输出端的输出电压与所述阈值电压的差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元的输入端，以实现对输入电流的调整。
10.一种音频功放电路的功率限制方法，所述音频功放电路包括积分放大单元，其特征在于，包括：
将所述积分放大单元的输出端的输出电压与阈值电压比较，所述阈值电压随控制信号变化；
根据比较结果，对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整，以将输出电压限制在一定幅值范围内。
11.根据权利要求10所述的功率限制方法，其特征在于，在所述积分放大单元的输出的一对差分信号中的其中一个低于所述阈值电压时，对所述积分放大单元的输入电流进行调整，以调整输出电压幅度。
12.根据权利要求10所述的功率限制方法，其特征在于，所述阈值电压还与参考电压呈线性关系，不同工作模式对应于不同的参考电压。
13.根据权利要求12所述的功率限制方法，其特征在于，包括：通过调整所述控制信号、所述阈值电压与所述控制信号之间的相关系数、所述阈值电压与所述参考电压之间的相关系数中的至少一项，以调整所述阈值电压。
14.根据权利要求10所述的功率限制方法，其特征在于，将所述阈值电压限制在参考阈值电压附近。
15.根据权利要求10所述的功率限制方法，其特征在于，对所述积分放大单元输入端的输入电流进行幅值调整的方法包括：将所述积分放大单元的输出端的输出电压与所述阈值电压的差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元的输入端，以实现对输入电流的调整。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113179089A (zh) * 2021-04-19 2021-07-27 上海艾为电子技术股份有限公司 音频功放电路及其功率限制方法、电子设备
CN115033048A (zh) * 2022-07-19 2022-09-09 浙江大学 具有共模锁定功能的检测电路、系统及方法
CN116418231A (zh) * 2023-06-12 2023-07-11 上海海栎创科技股份有限公司 一种供电电源的升压控制方法和音频装置

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0537792A1 (en) * 1991-10-18 1993-04-21 STMicroelectronics S.r.l. Power amplifier, in particular, audio amplifier
US20030062953A1 (en) * 2001-10-01 2003-04-03 Eric Mendenhall Power supply regulation and protection circuit for audio power amplifier
CN102204086A (zh) * 2008-10-21 2011-09-28 美国亚德诺半导体公司 耳机放大器电路
US20120049961A1 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 Ripley David S Amplifier gain adjustment in response to reduced supply voltage
US20120182081A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-19 Yamaha Corporation Dynamic Range Compression Circuit and Class D Amplifier
CN102820863A (zh) * 2012-09-10 2012-12-12 西安启芯微电子有限公司 应用于d类音频放大器中的双阈值自动增益控制电路
WO2013078394A1 (en) * 2011-11-22 2013-05-30 Analog Devices, Inc. Multi-level boosted class d amplifier
CN103929137A (zh) * 2014-04-17 2014-07-16 上海智浦欣微电子有限公司 一种连续调节d类功放功率的电路及其功率调节方法
US20140210432A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 Richtek Technology Corporation Voltage adjusting circuit for amplifier circuit and method thereof
CN204408280U (zh) * 2015-03-04 2015-06-17 深圳市芯电威科技有限公司 一种音频功率放大器过载保护电路
TW201624915A (zh) * 2014-12-18 2016-07-01 緯創資通股份有限公司 聲音輸出裝置及其控制方法
CN106656065A (zh) * 2016-11-16 2017-05-10 上海艾为电子技术股份有限公司 音频功率放大器和音频设备
CN108011505A (zh) * 2016-10-28 2018-05-08 伟诠电子股份有限公司 动态控制过电压保护的系统以及电压转换器
CN108476355A (zh) * 2015-12-25 2018-08-31 松下知识产权经营株式会社 保护装置
CN108880492A (zh) * 2017-05-11 2018-11-23 英飞凌科技奥地利有限公司 D类音频放大器及其输出级功率消耗的降低方法
US20190214956A1 (en) * 2018-01-09 2019-07-11 Biamp Systems, LLC Audio power source with improved efficiency
CN209119791U (zh) * 2018-11-16 2019-07-16 南宁职业技术学院 过流保护电路
CN110073594A (zh) * 2017-03-14 2019-07-30 华为技术有限公司 线性突发模式转移阻抗放大器中的闭环自动增益控制
WO2020028140A1 (en) * 2018-07-30 2020-02-06 Motorola Solutions, Inc. Method and apparatus for rapidly and dynamically adjusting current limiting in a portable communication device

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0537792A1 (en) * 1991-10-18 1993-04-21 STMicroelectronics S.r.l. Power amplifier, in particular, audio amplifier
US20030062953A1 (en) * 2001-10-01 2003-04-03 Eric Mendenhall Power supply regulation and protection circuit for audio power amplifier
CN102204086A (zh) * 2008-10-21 2011-09-28 美国亚德诺半导体公司 耳机放大器电路
US20120049961A1 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 Ripley David S Amplifier gain adjustment in response to reduced supply voltage
US20120182081A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-19 Yamaha Corporation Dynamic Range Compression Circuit and Class D Amplifier
WO2013078394A1 (en) * 2011-11-22 2013-05-30 Analog Devices, Inc. Multi-level boosted class d amplifier
CN102820863A (zh) * 2012-09-10 2012-12-12 西安启芯微电子有限公司 应用于d类音频放大器中的双阈值自动增益控制电路
US20140210432A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 Richtek Technology Corporation Voltage adjusting circuit for amplifier circuit and method thereof
CN103929137A (zh) * 2014-04-17 2014-07-16 上海智浦欣微电子有限公司 一种连续调节d类功放功率的电路及其功率调节方法
TW201624915A (zh) * 2014-12-18 2016-07-01 緯創資通股份有限公司 聲音輸出裝置及其控制方法
CN204408280U (zh) * 2015-03-04 2015-06-17 深圳市芯电威科技有限公司 一种音频功率放大器过载保护电路
CN108476355A (zh) * 2015-12-25 2018-08-31 松下知识产权经营株式会社 保护装置
CN108011505A (zh) * 2016-10-28 2018-05-08 伟诠电子股份有限公司 动态控制过电压保护的系统以及电压转换器
CN106656065A (zh) * 2016-11-16 2017-05-10 上海艾为电子技术股份有限公司 音频功率放大器和音频设备
CN110073594A (zh) * 2017-03-14 2019-07-30 华为技术有限公司 线性突发模式转移阻抗放大器中的闭环自动增益控制
CN108880492A (zh) * 2017-05-11 2018-11-23 英飞凌科技奥地利有限公司 D类音频放大器及其输出级功率消耗的降低方法
US20190214956A1 (en) * 2018-01-09 2019-07-11 Biamp Systems, LLC Audio power source with improved efficiency
WO2020028140A1 (en) * 2018-07-30 2020-02-06 Motorola Solutions, Inc. Method and apparatus for rapidly and dynamically adjusting current limiting in a portable communication device
CN209119791U (zh) * 2018-11-16 2019-07-16 南宁职业技术学院 过流保护电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐光煜: ""2.7W双通道立体声D类功率放大器的设计"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *
杨力: ""D类音频功率放大器的研究与设计"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113179089A (zh) * 2021-04-19 2021-07-27 上海艾为电子技术股份有限公司 音频功放电路及其功率限制方法、电子设备
CN113179089B (zh) * 2021-04-19 2023-03-14 上海艾为电子技术股份有限公司 音频功放电路及其功率限制方法、电子设备
CN115033048A (zh) * 2022-07-19 2022-09-09 浙江大学 具有共模锁定功能的检测电路、系统及方法
CN115033048B (zh) * 2022-07-19 2023-09-15 浙江大学 具有共模锁定功能的检测电路、系统及方法
CN116418231A (zh) * 2023-06-12 2023-07-11 上海海栎创科技股份有限公司 一种供电电源的升压控制方法和音频装置
CN116418231B (zh) * 2023-06-12 2023-08-22 上海海栎创科技股份有限公司 一种供电电源的升压控制方法和音频装置

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