CN201312286Y - 一种d类音频功率放大器及其输出过流保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种D类音频功率放大器输出过流保护电路，该电路包括检测第一开关管电流以生成第一电流信号的第一采样电路、接收第一电流信号并根据第一电流信号生成第一过流信号的第一转换电路；检测第二开关管电流以生成第二电流信号的第二采样电路、接收第二电流信号并根据第二电流信号生成第二过流信号的第二转换电路；根据第一过流信号和第二过流信号生成关断信号的逻辑电路。通过转换电路使得输出电路的电平发生翻转，最终控制其开关管在过流的时候无法导通，保护了开关管，该结构全部采用CMOS工艺制作，集成度高，成本低，所占用的芯片面积小。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种D类音频功率放大器及其输出过流保护电路。
背景技术
D类音频功率放大器可以在较低失真的情况下提供高达接近90％的效率，因而在手机、MP3等便携式电子产品中被越来越广泛的应用。
D类音频功率放大器是通过将输入的音频信号与载波信号相比较，产生包含有输入音频信号信息的脉冲宽度调制波形(PWM波形)，然后通过功率开关管来驱动扬声器，通过扬声器将音频信号还原；或者在输出端之后通过滤波器将音频信号还原以后再驱动扬声器。由于其功率管是工作在开关状态，因而其消耗的电流非常小，可以达到很高的效率。但是，当负载扬声器被烧毁或由于误操作使输出短接时，就有可能在开关功率管中流过很大的瞬态电流，这样大的瞬态电流可能会烧毁功率管，导致音频功放不能正常工作，因此需要一个保护电路来对其进行保护。
传统的用于D类音频功率放大器的过流保护的方法是在输出回路里串联一个阻值很小的电阻，通过检测电阻上的电压来判断是否过流。但是，由于在输出回路里串联了电阻，不可避免的会影响音频功放的性能。
专利ZL02221385.6公开了一种数字音频功率放大器输出过流保护电路，其由主输出回路、辅助输出回路及4个MOSFET管构成的H桥电路构成，主输出回路包括两个对称的输出滤波器，辅助输出回路由两个对称的输出滤波器和两个差值检测器及一个或门电路构成，四个MOSFET管的输出端分别与一个对应的滤波器的输入端相连，每一个主输出滤波器和一个辅助输出滤波器之间分别接入一个差值检测电路，两差值检测电路的输出端均与或门电路的输入端相连，利用建立的辅助保护电路，与原主输出电路进行差值比较，可取出差值信号，根据差值信号的大小，设定一个合适的翻转电平，产生一个控制信号，使数字功放处于静音状态，从而达到保护数字功放的目的。由于该电路中使用了滤波器，使得芯片面积较大，成本高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中过流保护电路占用芯片面积大，成本高的问题。
为了解决上述问题，本实用新型是这样实现的，一种D类音频功率放大器，包括用于产生载波信号的脉冲产生器；
接收所述载波信号并根据所述载波信号与输入的音频信号生成脉宽调制信号的调制器；
根据所述脉宽调制信号生成控制信号的功率放大器，所述功率放大器包括第一开关管和第二开关管构成的半桥电路；
根据所述控制信号生成驱动信号的滤波器；
其中所述音频放大器还包括：
检测第一开关管电流以生成第一电流信号的第一采样电路、接收所述第一电流信号并根据第一电流信号生成第一过流信号的第一转换电路；
检测第二开关管电流以生成第二电流信号的第二采样电路、接收所述第二电流信号并根据第二电流信号生成第二过流信号的第二转换电路；
根据所述第一过流信号和所述第二过流信号生成载波控制信号控制所述脉冲产生器关断的逻辑电路。
本实用新型还提供了一种D类音频功率放大器输出过流保护电路，所述D类音频功率放大器包括第一开关管和第二开关管构成的半桥电路，其中，包括检测第一开关管电流以生成第一电流信号的第一采样电路、接收所述第一电流信号并根据第一电流信号生成第一过流信号的第一转换电路；
检测第二开关管电流以生成第二电流信号的第二采样电路、接收所述第二电流信号并根据第二电流信号生成第二过流信号的第二转换电路；
根据所述第一过流信号和所述第二过流信号生成关断信号的逻辑电路。
本实用新型提供的输出过流保护电路通过两个检测电路检测其是否处于过流状态，通过转换电路使得输出电路的电平发生翻转，最终控制其开关管在过流的时候无法导通，保护了开关管，该结构全部采用CMOS工艺制作，集成度高，成本低，所占用的芯片面积小。
附图说明
图1本实用新型实施例提供的D类音频功率放大器的结构图；；
图2是本实用新型实施例提供输出过流保护电路的电路图；
图3是本实用新型另一实施例提供的输出过流保护电路的电路图；
图4是本实用新型实施例提供的第一转换电路的电路图；
图5是本实用新型实施例提供的第二转换电路的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型提供的一种D类音频功率放大器的结构图，该音频功率放大器包括用于产生载波信号的脉冲产生器110；接收载波信号并根据所述载波信号与输入音频信号生成脉宽调制信号(PWM)的调制器120；
根据所述脉宽调制信号生成控制信号的功率放大器130，所述功率放大器包括第一开关管Q1和第二开关管Q2构成的半桥电路；
根据所述控制信号生成驱动信号的滤波器，其中滤波器为低通滤波器140；
其中该音频放大器还包括检测第一开关管Q1电流以生成第一电流信号的第一采样电路1、接收第一电流信号并根据第一电流信号生成第一过流信号的第一转换电路2；
检测第二开关管Q2电流以生成第二电流信号的第二采样电路3、接收第二电流信号并根据第二电流信号生成第二过流信号的第二转换电路4；
根据第一过流信号和第二过流信号生成关断信号的逻辑电路5。
在本实施例中，第一开关管Q1为PMOS1管，第一采样电路1为与第一开关管同极性的晶体管PMOS2管；第二开关管Q2为NMOS1管，第二采样电路3为与第二开关管Q2同极性的晶体管NMOS2管。
图2示出了本实用新型提供的一种输出过流保护电路的结构图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
如图2所示，D类音频功率放大器包括第一开关管Q1和第二开关管Q2构成的半桥电路，输出过流保护电路包括检测第一开关管Q1电流以生成第一电流信号的第一采样电路1、接收第一电流信号并根据第一电流信号生成第一过流信号的第一转换电路2；
检测第二开关管Q2电流以生成第二电流信号的第二采样电路3、接收第二电流信号并根据第二电流信号生成第二过流信号的第二转换电路4；
根据第一过流信号和第二过流信号生成载波控制信号的逻辑电路5。
在本实施例中，第一开关管Q1为PMOS1管，第一采样电路1为与第一开关管同极性的晶体管PMOS2管；第二开关管Q2为NMOS管，第二采样电路3为与第二开关管Q2同极性的晶体管NMOS2管，PMOS1管的源极接电源VDD。
如图3所示，其中逻辑电路5包括用于将第二过流信号反相输出的反相器51和或非门52，或非门52与第一转换电路2的输出端和所述反相器的输出端分别相连。
第一采样电路1为PMOS2管，它的栅级和第一开关管Q1的栅级相连，漏级和第一开关管Q1的漏级相连。因为后面的芯片无法承受大的电流，因此需要将其电流变小，使其能够保证后面的芯片能够正常工作，PMOS2的宽长比是第一开关管Q1的几百分之一，所以其检测到的电流是第一开关管中电流的几百分之一。
第二采样电路2为NMOS2管，它的栅级和第二开关管Q2的栅级相连，漏级和第二开关管Q2的漏级相连。NMOS2管大小也是是开关功率管的几百分之一，所以其检测到的电流也是第二开关管Q2中电流的几百分之一。
在本实施例中，在正常情况下，第一转换电路3输出低电平，第二转换电路4输出高电平，经逻辑电路5后，输出高电平，控制脉冲产生器110的开启。
如图4所示，是第一转换电路3的电路结构图，第一转换电路2包括电阻R21，R22，开关管PMOS21，PMOS22，PMOS23，开关管NMOS21，NMOS22，NMOS23，其中R22＞R21，其中PMOS21，PMOS22组成电流镜，使得两端的电流近似相等，NMOS21，NMOS22组成电流镜，使得两端的电流近似相等，为其提供稳定的电流。Vb1是为了给NMOS21、NMOS22、NMOS2提供一个偏压，使其在工作的状态。在电流正常的情况下，由于PMOS22的栅极和漏极相接，其始终工作在饱和区，PMOS21工作在线性区，其相当于导通状态，PMOS23的栅极端电压变高，其为截止状态，NMOS23导通接地，因此OCP-OUT端输出低电平；当加在PMOS1管源极的电压VDD忽然变大时，流过PMOS21管的电流变大，即电流出现过流的情况，流过电阻R21的电流变大，从而电阻R21上的压降也变大，也就使OCP点的电压变小，PMOS21工作在饱和区，PMOS21，PMOS22组成电流镜，为了保证流过它的电流不变，NMOS21工作在线性区，就会使PMOS21的漏级电压减小，PMOS21的漏级连接到PMOS23的栅极，PMOS23的栅极端电压变低，当PMOS21漏级电压小到一定值时就会使PMOS23导通，从而使输出电平OCP_OUT由低电平变为高电平，因此当出现过流情况时，第一转换电路的电平由低电平变为高电平，电流通过OCP端被抽取到第一采样电路，在过流的情况下，抽取的电流达到一定值时，这个一定值为PMOS21管漏极端的电压小于PMOS23管的导通电压时，这时PMOS23管导通，就会使得第一采样电路的输出电平发生翻转，从而使得最终输出电平发生翻转，由高电平变为低电平，控制脉冲产生器110关断，最终控制PMOS1管和NMOS1管关断，实现在过流情况下，对开关管的保护。
如图5所示，是第二转换电路4的电路结构图，其包括电阻R31、R32，PMOS管PMOS31、PMOS32、PMOS33，NMOS管NMOS31、NMOS32、NMOS33构成，Vb2是为了给PMOS31、PMOS32、PMOS33一个偏压，使其在工作的状态。第二采样电路NMOS2的电流流向OCN，其中R31＞R32，其中NMOS31，NMOS32组成电流镜，使得两端的电流近似相等，PMOS31，PMOS32组成电流镜，使得两端的电流近似相等，为其提供稳定的电流。在电流不过流的情况下，由于NMOS32的栅极和漏极相接，其始终工作在饱和区，NMOS31工作在线性区，其相当于导通状态，NMOS33的栅极端电压变低，其为截止状态，PMOS33导通接电源，因此OCN-OUT端输出高电平；当流过NMOS1管的电流变大，即电流出现过流的情况，流过电阻R31的电流变大，从而电阻R31上的压降也变大，也就使OCN点的电压变高，NMOS31工作在饱和区，PMOS31工作在线性区，NMOS31，NMOS32组成电流镜，为了保证流过它的电流不变，就会使NMOS31的漏级电压增大，NMOS31的漏级连接到NMOS33的栅极，NMOS33的栅极端电压变高，当NMOS31漏级电压大到一定值时就会使NMOS33导通，这个值为NMOS33的导通电压，从而使输出电平OCN_OUT由高电平变为低电平，因此当出现过流情况时，第二转换电路的电平由高电平变为低电平，就会使得第二采样电路4的输出电平发生翻转，从而使得最终输出电平发生翻转，由高电平变为低电平，控制脉冲产生器110关断，最终控制PMOS1管和NMOS1管关断，实现在过流情况下，对开关管的保护。
其中OCP_OUT和OCN_OUT的电平只要有一个发生变化，就会使输出控制电平OC_OUT发生翻转。也就是说，开关管有任何一个电流过大，都会使过流保护电路起作用，从而关断芯片，达到保护的目的。通过改变检测电流的MOS管的尺寸和开关功率管尺寸的比例，或者通过调节电流转换电压电路里两个电阻的相对值的大小，就可以调节合适的过流点，保证芯片的安全。
本使用新型同样可以应用于D类音频功率放大器的输出级是由4个开关管构成的H桥电路。只要在另一个半桥也用同样的结构，经过简单的逻辑运算，就可以实现过流保护。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种D类音频功率放大器，包括用于产生载波信号的脉冲产生器；
接收所述载波信号并根据输入的音频信号与所述载波信号生成脉宽调制信号的调制器；
根据所述脉宽调制信号生成控制信号的功率放大器，所述功率放大器包括第一开关管和第二开关管构成的半桥电路；
根据所述控制信号生成驱动信号的滤波器；+
其特征在于；所述音频放大器还包括：
检测第一开关管电流以生成第一电流信号的第一采样电路、接收所述第一电流信号并根据第一电流信号生成第一过流信号的第一转换电路；
检测第二开关管电流以生成第二电流信号的第二采样电路、接收所述第二电流信号并根据第二电流信号生成第二过流信号的第二转换电路；
根据所述第一过流信号和所述第二过流信号生成载波控制信号控制所述脉冲产生器关断的逻辑电路。
2、一种D类音频功率放大器输出过流保护电路，所述D类音频功率放大器包括第一开关管和第二开关管构成的半桥电路，其特征在于，包括检测第一开关管电流以生成第一电流信号的第一采样电路、接收所述第一电流信号并根据第一电流信号生成第一过流信号的第一转换电路；
检测第二开关管电流以生成第二电流信号的第二采样电路、接收所述第二电流信号并根据第二电流信号生成第二过流信号的第二转换电路；
根据所述第一过流信号和所述第二过流信号生成关断信号的逻辑电路。
3、如权利要求2所述的D类音频功率放大器输出过流保护电路，其特征在于，所述逻辑电路包括用于将第二过流信号反相输出的反相器和或非门，所述或非门分别与所述第一转换电路的输出端和所述反相器的输出端相连。
4、如权利要求2所述的D类音频功率放大器输出过流保护电路，其特征在于，所述第一采样电路为具有和第一开关管相同极性的第一晶体管。
5、如权利要求4所述的D类音频功率放大器输出过流保护电路，其特征在于，所述第一晶体管的宽长比小于第一开关管。
6、如权利要求2所述的D类音频功率放大器输出过流保护电路，其特征在于，所述第二采样电路为具有和第二开关管相同类型的晶体管。
7、如权利要求6所述的D类音频功率放大器输出过流保护电路，其特征在于，所述第二晶体管的宽长比小于第二开关管。
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Assignee: Ningbo BYD Semiconductor Co., Ltd. Assignor: Biyadi Co., Ltd. Contract record no.: 2010440020106 Denomination of utility model: D-type audio-frequency power amplifier and overcurrent output protecting circuit thereof Granted publication date: 20090916 License type: Exclusive License Record date: 20100708 |
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