CN114025285B - 一种高效音频电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效音频电源，包括直流电源、升压转换模块、分压模块、音频信号调理模块，所述直流电源、所述升压转换模块、所述分压模块、所述音频信号调理模块依次电相连构成一条支路，所述直流电源、所述音频信号调理模块、所述分压模块依次电相连构成另一条支路，所述分压模块还与所述升压转换模块电相连构成一条升压转换模块的反馈支路；所述升压转换模块的输出端用以电连接音频功率放大器，所述音频信号调理模块的输入端用以输入音频信号。本发明解决了现有技术存在的不能在保证音质的前提下减少系统损耗、延长电池的续航时间等问题。

Description

一种高效音频电源
技术领域
本发明涉及音频功放技术领域，具体是一种高效音频电源。
背景技术
在现代音频功放系统中，由于人们为了绿色可持续发展，本着节约能源的目的，电源的效率备受关注。除此之外，在无线音频功放系统中，由于易于携带、使用方便，受到消费者的青睐，而电池续航能力，由于直接影响到无线音箱的用户体验，因此电源效率一直是消费者所关注的一项重要指标。
使用锂电池或者其他低电压设备作为电源时，需要升压转换模块将电池电压升高后给功放供电，而功放供电电压的设定要在音频质量和系统功耗之间权衡，因为如果电压设定太低，峰值功率较高时，会造成音频信号的缺顶失真，影响音质；如果电压设定太高，在峰值功率较低的时候，会造成过多的损耗。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种高效音频电源，解决现有技术存在的不能在保证音质的前提下减少系统损耗、延长电池的续航时间等问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种高效音频电源，包括直流电源、升压转换模块、分压模块、音频信号调理模块，所述直流电源、所述升压转换模块、所述分压模块、所述音频信号调理模块依次电相连构成一条支路，所述直流电源、所述音频信号调理模块、所述分压模块依次电相连构成另一条支路，所述分压模块还与所述升压转换模块电相连构成一条升压转换模块的反馈支路；所述升压转换模块的输出端用以电连接音频功率放大器，所述音频信号调理模块的输入端用以输入音频信号。
由于分压模块、音频信号调理模块的存在，升压转换模块可根据。升压转换模块的输出电压能够根据输入音频幅度自动调节，也就是当输入音频信号升高的时候，升压转换模块输出电压升高；当信号回落的时候，升压转换模块输出电压降低，那么就可以在保证音质的前提下减少系统功率损耗，延长电池或其他供电设备的续航时间，减少能源浪费。
作为一种优选的技术方案，还包括电连接于所述直流电源与所述音频信号调理模块之间的自开关模块。
自开关模块使得便于控制所述直流电源与所述音频信号调理模块之间电连接的通断。
作为一种优选的技术方案，所述分压模块包括MOS管，MOS管的栅极与所述音频信号调理模块电相连，MOS管的漏极与所述升压转换模块电相连构成一条升压转换模块的反馈支路。
利用MOS管的可变电阻特性，能较好实现分压功能。
作为一种优选的技术方案，音频信号调理模块包括依次电相连的声道放大模块、峰值信号检测电路、分压放大器，所述声道放大器用以输入音频信号并进行放大，所述分压放大器与所述分压模块电相连。
这便于对输入的音频信号进行放大、检测、处理，并根据音频信号的大小自动调节分压放大器的输出电压。
作为一种优选的技术方案，所述声道放大模块包括跟随器、左声道放大器、右声道放大器，所述左声道放大器的输入端用以输入左声道音频信号，所述右声道放大器的输入端用以输入右声道音频信号，所述左声道放大器的输出端、所述右声道放大器的输出端分别与所述跟随器的输入端电相连，所述跟随器的输出端与所述峰值信号检测电路电相连。
这便于实现左声道和右声道音频信号的放大、检测、处理，并根据音频信号的大小自动调节分压放大器的输出电压。
作为一种优选的技术方案，所述左声道放大器、所述右声道放大器均包括运算放大器，所述左声道放大器与所述右声道放大器组成同相放大电路，分别对左声道音频信号、右声道音频信号进行信号放大。
电路结构简便，容易实现。
作为一种优选的技术方案，所述升压转换模块包括芯片LT3959，所述分压模块与芯片LT3959的FXB引脚电相连构成一条升压转换模块的反馈支路。
芯片LT3959放大性能较优，使用广泛。
作为一种优选的技术方案，所述直流电源为锂电池。
锂电池轻便便于携带和安装，而且具有高储存能量密度。
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
本发明在保证音质的前提下减少系统功率损耗，延长电池或其他供电设备的续航时间，减少能源浪费。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的电路结构图的第一部分；
图3为本发明的电路结构图的第二部分；
图4为本发明的电路结构图的第三部分；
图5为实施例3中MOS管输出特性曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图5所示，一种高效音频电源，包括直流电源、升压转换模块、分压模块、音频信号调理模块，所述直流电源、所述升压转换模块、所述分压模块、所述音频信号调理模块依次电相连构成一条支路，所述直流电源、所述音频信号调理模块、所述分压模块依次电相连构成另一条支路，所述分压模块还与所述升压转换模块电相连构成一条升压转换模块的反馈支路；所述升压转换模块的输出端用以电连接音频功率放大器，所述音频信号调理模块的输入端用以输入音频信号。
由于分压模块、音频信号调理模块的存在，升压转换模块可根据。升压转换模块的输出电压能够根据输入音频幅度自动调节，也就是当输入音频信号升高的时候，升压转换模块输出电压升高；当信号回落的时候，升压转换模块输出电压降低，那么就可以在保证音质的前提下减少系统功率损耗，延长电池或其他供电设备的续航时间，减少能源浪费。
作为一种优选的技术方案，还包括电连接于所述直流电源与所述音频信号调理模块之间的自开关模块。
自开关模块使得便于控制所述直流电源与所述音频信号调理模块之间电连接的通断。
作为一种优选的技术方案，所述分压模块包括MOS管，MOS管的栅极与所述音频信号调理模块电相连，MOS管的漏极与所述升压转换模块电相连构成一条升压转换模块的反馈支路。
利用MOS管的可变电阻特性，能较好实现分压功能。
实施例2
如图1至图5所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：
作为一种优选的技术方案，音频信号调理模块包括依次电相连的声道放大模块、峰值信号检测电路、分压放大器，所述声道放大器用以输入音频信号并进行放大，所述分压放大器与所述分压模块电相连。
这便于对输入的音频信号进行放大、检测、处理，并根据音频信号的大小自动调节分压放大器的输出电压。
作为一种优选的技术方案，所述声道放大模块包括跟随器、左声道放大器、右声道放大器，所述左声道放大器的输入端用以输入左声道音频信号，所述右声道放大器的输入端用以输入右声道音频信号，所述左声道放大器的输出端、所述右声道放大器的输出端分别与所述跟随器的输入端电相连，所述跟随器的输出端与所述峰值信号检测电路电相连。
这便于实现左声道和右声道音频信号的放大、检测、处理，并根据音频信号的大小自动调节分压放大器的输出电压。
作为一种优选的技术方案，所述左声道放大器、所述右声道放大器均包括运算放大器，所述左声道放大器与所述右声道放大器组成同相放大电路，分别对左声道音频信号、右声道音频信号进行信号放大。
电路结构简便，容易实现。
作为一种优选的技术方案，所述升压转换模块包括芯片LT3959，所述分压模块与芯片LT3959的FXB引脚电相连构成一条升压转换模块的反馈支路。
芯片LT3959放大性能较优，使用广泛。
作为一种优选的技术方案，所述直流电源为锂电池。
锂电池轻便便于携带和安装，而且具有高储存能量密度。
实施例3
如图1至图5所示，本实施例包含实施例1、实施例2的全部技术特征，本实施例在实施例1、实施例2的基础上，提供更细化的实施方式。
本实施例中：
直流电源接：VIN PUT(位置1)；
升压转换模块包括：芯片LT3959、R1、R2、R3、R6、R7、C1、C2、C3、C4、L1、L2、VD1、E1、E2、E1、E4；
分压模块包括：R20、R13、R4、R5、Q2的源漏间电阻、C7；
自开关模块包括：R8、Q1、C5、C6、DZ1；
左声道放大器包括：U1A、R9、R10、R11、R14、C8、VD2；
右声道放大器包括：U2B、R18、R19、R21、R22、C10、VD4；
跟随器包括：U2A、VD3、R15；
峰值信号检测电路包括：C9、R17、R15；(R15既属于峰值信号检测电路又属于跟随器)
分压放大器包括：U1B、R16、Q2的的栅源间电阻。
VIN接电容E1、E2的一端，接电阻R2的一端，接电阻R1的一端，接LT3959芯片的27脚VIN，接电感L1的一端。电容E1、E2的另一端接GND，电阻R2的另一端接LT3959芯片的39号脚PGOOD，电阻R1的另一端接LT3959芯片的40号脚EN-UVLO和电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R6到LT3959的37号脚，接电容C2到LT3959的36号脚，接LT3959的24、37、4、12号脚，接电容C3到LT3959的36号脚，接电容C4到电阻R7至LT3959的30号脚，接电阻R5的一端到FBX和LT3959的31号脚，FBX接电阻R4的一端，电阻R4接LT3959的28号脚和OUT。电感L1的另一端接电容C1的一端和LT3959芯片的8、9、20、21、38号引脚，电容C1的另一端接电感L2的一端和二极管VD1的一端，电感L2的另一端接电容E3、E4、OUT和LT3959的13、14、15、16、17号引脚并接GND，二极管VD1的另一端接电容E3、E4的另一端和OUT。
JP1的1号脚接GND，JP1的2号脚接左声道输入音频至电容C8的一端，电容C8的另一端接R11的一端，R11的另一端接U1A运放OP07的3号引脚，接电阻R14到GND。U1A运放的2号脚接电阻R9到GND，接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接VD2二极管负端，接电阻R12的一端到GND，接U2A运放的3号脚。二极管VD2的正端接运放U1A的1号脚。JP2的1号脚接GND，JP1的2号脚接右声道输入音频至电容C10的一端，电容C10的另一端接R21的一端，R21的另一端接U1B运放OP07的5号引脚，接电阻R22到GND。U1B运放的6号脚接电阻R18到GND，接电阻R19的一端，电阻R19的另一端接VD4二极管负端，接U2A运放的3号脚。二极管VD4的正端接运放U1B的7号脚。运放U2A的2号脚接电阻R15的一端，接电容C9的一端到GND，接电阻R17的一端到GND，接运放U1B的5号脚。电阻R15的另一端接二极管VD3的负端，二极管VD3的正端接运放U2A的1号脚。运放U1B的6号脚接电阻R20的一端到GND，接mos管Q2的源端。运放U1B的7号脚接电阻R16到mos管Q2的栅极。mos管Q2的漏端接电阻R13到FBX，FBX接电容C7到GND。U1、U2运放的8号脚接VCCs，U1、U2运放的4号脚接GND。
VIN PUT接直流电源，接开关SW1的一端，开关SW1的另一端接VIN，接电阻R8的一端，接三极管Q1的集电极。电阻R8的另一端接稳压二极管DZ1的一端到GND，接三极管Q1的基极。三极管Q1的发射极接电容C5到GND，接电容C6到GND，接VCCs。
图2至图4展示了本实施例的具体电路结构，以上模块或部件及其外围电路构成了本实施例的电路；但需要说明的是，本发明的具体形式并不限于本实施例所展示的电路结构。
如果升压转换模块输出电压，能够根据功放的输入音频幅度自动调节，也就是当输入音频信号升高的时候，升压转换模块输出电压升高；当信号回落的时候，升压转换模块输出电压降低，那么就可以在保证音质的前提下减少系统功率损耗，延长电池或其他供电设备的续航时间。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在电池后面接一个总开关控制整个系统的通断。总开关后面分为升压转换模块和音频信号调理两个部分，音频信号调理部分受自开关电路控制，当电池电压过低时，自开关电路断开，音频信号部分不工作，当电池电压较高时，音频信号调理部分工作。在电池的升压转换模块部分，采用具有电压反馈控制功能的升压芯片，该功能可以通过反馈引脚的电压的大小实时改变升压转换模块的输出电压。在音频信号调理部分，音频信号输入端，也就是音频功率放大电路的前端信号输入处，对左右两个声道的音频信号分别通过放大器对信号进行放大，再将两路放的后的音频信号并接，给到后面的跟随器做前后级隔离，隔离后的双声道混叠信号由峰值检测电路进行峰值检测，此后得到双声道混叠信号的峰值电压值，再利用放大器对这个峰值电压适当缩放后控制MOS管的栅极，使得MOS管工作在深线性区，此时MOS管充当可变电阻，利用该MOS管电阻可变的特点将MOS管与定值电阻串联分压并入升压转换模块的反馈控制引脚，起到改变升压转换模块输出电压的功能。
本发明的有益效果是：可以在保证音质的前提下减少系统损耗，大大延长电池的续航时间，减少能源浪费。
在说明书附图中，位置1为整个系统的供电输入处，位置2为系统供电开关，开关按下后三极管(位置3)导通，此时位置4处将存在电压，其电压值与供电输入处电压接近相等，信号峰值检测和MOS管部分开始工作。位置5为低功耗同步升压电源芯片，由其外围电路组成升压转换模块，位置7为升压转换模块输入端，输入电压1.6V-12V，位置8为升压转换模块输出端，输出电压范围在8V-20V，具体电压由输入音频信号的峰值决定，线性误差低于1％，位置6即该升压转换模块的FBX端输出反馈引脚，通过该引脚的电阻对输出电压分压后反馈回芯片，进而控制输出电压。音频功率放大器接外放喇叭即可实现音频输出。放大器(位置9和位置10)组成同相放大电路，分别对左右声道音频的正电部分进行信号放大，负电部分直接为零电压。然后一起接到由运算放大器(位置11)构成的峰值检测电路，通过对电容12的充放电，反应出峰值电压。再将峰值电压从运算放大器(位置13)的同相端接入，运算放大器(位置13)的输出端接到MOS管(位置14)的栅极，MOS管(位置14)通过串接电阻分压，再将分压电压反馈回运算放大器(位置13)的反相输入端。设置MOS管(位置14)的源漏串接电阻以及前端电路的放大倍数，使得MOS管(位置14)满足深线性区工作条件Ugs-Uth>>Uds，在该区域Uds值较小，沟道电阻基本上仅受Ugs控制。当Ugs一定时，Id与Uds成线性关系，该区域近似为一组直线。这时场效管D、S间相当于一个受电压Ugs控制的可变电阻。MOS管输出特性曲线如图5所示，此图为常见MOS管的输出特性曲线，在此出现只为说明设计方案原理，不为实际实施例的输出曲线。
此时若信号的峰值变大，由于运算放大器(位置13)的同相输入端变大，运算放大器(位置13)的输出将变大，即MOS管(位置14)的Ugs变大，MOS管的沟道电阻将变小，根据LT3959芯片手册的升压公式Vout＝1.6V*(1+R2/R1)可知，上式涉及的R1为MOS管(位置14)等效电阻、电阻(位置15)、电阻(位置16)串联后与电阻(位置18)并联的整体阻值，上式涉及的R2为电阻(位置17)，此时由于MOS管电阻减小，导致R1减小，升压转换模块的输出电压(位置8)将增大。反之信号峰值降低时，升压转换模块的输出电压(位置8)将降低。由此升压转换模块的输出电压(位置8)随音频信号峰值呈线性变化。
值得说明的是，本实施例中，优选的，直流电源输出电压为1.6～12V，升压转换模块输出电压为8～12V；当直流电源输出电压低于2.5V时，音频信号调理模块不工作；当音频信号调理模块不工作时，升压转换模块输出电压固定为12V。
如上所述，可较好地实现本发明。
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高效音频电源，其特征在于，包括直流电源、升压转换模块、分压模块、音频信号调理模块，所述直流电源、所述升压转换模块、所述分压模块、所述音频信号调理模块依次电相连构成一条支路，所述直流电源、所述音频信号调理模块、所述分压模块依次电相连构成另一条支路，所述分压模块还与所述升压转换模块电相连构成一条升压转换模块的反馈支路；所述升压转换模块的输出端用以电连接音频功率放大器，所述音频信号调理模块的输入端用以输入音频信号；
还包括电连接于所述直流电源与所述音频信号调理模块之间的自开关模块，所述自开关模块包括NPN型的三极管(Q1)、电阻(R8)、稳压二极管(DZ1)，三极管(Q1)的基极通过稳压二极管(DZ1)接地，三极管(Q1)的集电极与所述直流电源电相连，三极管(Q1)的发射极与所述音频信号调理模块电相连，电阻(R8)的一端电连接于三极管(Q1)的集电极，电阻(R8)的另一端电连接于三极管(Q1)的基极；
所述分压模块包括MOS管，MOS管的栅极与所述音频信号调理模块电相连，MOS管的漏极与所述升压转换模块电相连构成一条升压转换模块的反馈支路；
音频信号调理模块包括依次电相连的声道放大模块、峰值信号检测电路、分压放大器，所述声道放大模块用以输入音频信号并进行放大，所述分压放大器与所述分压模块电相连；
所述声道放大模块包括跟随器、左声道放大器、右声道放大器，所述左声道放大器的输入端用以输入左声道音频信号，所述右声道放大器的输入端用以输入右声道音频信号，所述左声道放大器的输出端、所述右声道放大器的输出端分别与所述跟随器的输入端电相连，所述跟随器的输出端与所述峰值信号检测电路电相连；
所述左声道放大器、所述右声道放大器均包括运算放大器，所述左声道放大器与所述右声道放大器组成同相放大电路，分别对左声道音频信号、右声道音频信号进行信号放大，所述三极管(Q1)的发射极与所述左声道放大器的运算放大器的电源端电相连；
所述升压转换模块包括芯片LT3959，所述分压模块与芯片LT3959的FXB引脚电相连构成一条升压转换模块的反馈支路。
2.根据权利要求1所述的一种高效音频电源，其特征在于，所述直流电源为锂电池。
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