CN210225731U - 一种消除tpa3116系列功放开关机冲击声的电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种消除TI/TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，属于音频或音响领域。本实用新型包括时序开关延时处理，控制时序开关打开或关闭的驱动及控制电路、设置在时序开关与TPA3116系列功放芯片负责静音的第12引脚MUTE引脚之间的分压电路和延时电路，所述分压模块和延时模块还与电源输出端相连，充分利用大电流与小电流充放电的时序差。本实用新型的有益效果为：防止开关机冲击声对消费者的噪声伤害，也避开了由MCU延时控制的硬软件开发和成本的上升。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种音箱电路，尤其涉及一种消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路。
背景技术
消费者在使用音响产品时最不能接受的就是HUM NOISE(电流声)和PO-PO NOISE(开关机冲击声)。美国TI TPA3116 CLASS D类系列功放IC包含TPA3116/TPA3118/TPA3130型号。输出RMS功率分别为：50W*2/30W*2/15W*2，输出功率是民用音响黄金段输出功率，一般使用在中档民用音响产品中。但此系列功放IC有一个非常严重的设计瑕疵，就是在开关机处理PO-PO NOISE不是很到位，也就是在开关机处理不好有很大的冲击声。由于电源打开时瞬间有电源火花，该火花冲击电信号经电路放大后会产生很大的冲击声从喇叭中发出。对消费者，尤其是老人小孩产生一定的噪音伤害，所以必须进行规避设计。而一般的通常用的处理方式是利用MCU输出一个控制电平将进行置高和置低延时处理开关机冲击声的TPA3116设计瑕疵问题，用MCU延时进行置高置低控制可以有效达到控制开关机冲击声，但这样会增加一定的硬件成本和软件成本。
实用新型内容
为解决现有技术中的问题，基于产品性价比的考虑，本实用新型提供一种消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路。
本实用新型包括时序开关，控制时序开关打开或关闭的控制模块、设置在时序开关与TPA3116系列功放芯片负责静音的第12引脚MUTE引脚之间的分压模块和延时模块，所述分压模块和延时模块还与电源输出端相连。
本实用新型作进一步改进，所述控制模块包括信号放大单元、整流单元、时间控制单元、开关控制单元，其中，所述信号放大单元的输入端与音频输入电路的输出端相连，输出端与整流单元的输入端相连，所述整流单元的输出端与开关控制单元的输入端相连，所述时间控制单元控制所述开关控制单元的工作时间，所述开关控制单元的输出端与时序开关的控制端相连。
本实用新型作进一步改进，所述信号放大电路为多级放大电路，包括分别具有放大作用的2个以上运放串联而成。
本实用新型作进一步改进，所述信号放大电路包括运放U306B、运放U306A和运放U202A及其外围阻容器件，其中，
所述运放U306B的正相输入引脚5接地，反相输入引脚6通过串联的电阻R420和电容C416接音频输入电路的输出端，并通过并联的电阻R422和电容C418接运放U306B的输出引脚7，所述运放U306B的输出引脚7通过串联的电容C415和电阻R419接运放U306A的反相输入引脚2，
所述运放U306A的反相输入引脚2通过并联的电阻R421和电容C417接运放U306A的输出引脚1，所述运放U306A的正相输入引脚3接地，电源引脚8分别与接地电容C413和电阻R417的一端相连，电阻R417的另一端接+15V电源，电源引脚4分别与接地电容C412和电阻R413的一端相连，电阻R413的另一端接-15V电源，所述运放U306A的输出引脚1通过串联的电容C411和电阻R228接运放U202A的反相输入引脚2，
所述运放U202A的反相输入引脚2通过并联的电阻R224和电容C236接运放U202A的输出引脚1，所述运放U306A的正相输入引脚3接地，电源引脚8分别与接地电容C233和电阻R234的一端相连，电阻R234的另一端接+15V电源，电源引脚4分别与接地电容C235和电阻R236的一端相连，电阻R236的另一端接-15V电源，所述运放U202A的输出引脚1通过电容C237接整流单元输入端。
本实用新型作进一步改进，所述开关控制单元包括运放U202B及其外围阻容器件，所述U202B的正相输入引脚5通过电阻R423接整流单元和时间控制单元输出端，反相输入引脚6分别与电阻R231、电阻R232、电容C2334的一端相连，并通过电容C233接输出引脚7，所述电阻R231另一端接+15V电源，电阻R232、电容C234另一端分别接地，所述U202B的输出引脚接时序开关控制端。
本实用新型作进一步改进，所述时间控制单元包括极性电容C302和电阻R411，其中，所述极性电容C302的正极和电阻R411的一端接整流单元输出端和电阻R423输入端之间，所述极性电容C302的负极和电阻R411的另一端接地。
本实用新型作进一步改进，所述整流单元包括二极管D101和二极管D102，其中，所述二极管D101的负极和二极管D102的正极分别接信号放大单元输出端，所述二极管D102输出端接开关控制单元输入端，二极管D101正极接。
本实用新型作进一步改进，所述时序开关包括电阻R309、极性电容C301和三极管Q301，其中，所述三极管Q301的基极分别与电阻R309的一端和极性电容C301正极相连，电阻R309另一端接控制模块输出端，极性电容C301负极接地，所述三极管Q301的发射极接地，集电极接分压模块的一端。
本实用新型作进一步改进，所述分压模块包括电阻R310和电阻R316，其中，所述电阻R310的一端与所述三极管Q301的集电极相连，另一端分别与电阻R316的一端和TPA3116系列功放芯片MUTE引脚，电阻R316的另一端接TPA3116系列功放芯片的电源AVCC引脚。
本实用新型作进一步改进，所述延时模块包括极性电容C309，所述极性电容C309与电阻R316并联，其中，负极接TPA3116系列功放芯片的电源AVCC引脚。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：利用纯硬件的电阻电容等器件，防止开关机冲击声对消费者的噪声伤害，也避开了由MCU延时控制的硬软件开发和成本的上升。
附图说明
图1为包括本实用新型的音箱整机电路原理图；
图2为控制模块电路原理图；
图3为TPA3116系列功放芯片第12引脚的外围电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
本申请人在开发CQ6A/CQ8A/CQ6D/CQ8D等网路及教育用有源音箱产品所使用的功放芯片是美国TI TPA3116 CLASS D类系列功放IC。本实用新型主要针对TPA3116功放IC开关机冲击声的一种规避电路。本申请人CQ6A/CQ8A/CQ6D/CQ8D等网路及教育用有源音箱产品的整机电路如图1所示。
本整机功放电路前级电路已经过电子分频处理，在此不作分析，只对开关机冲击声规避电路进行重点阐述。其中功放IC U307的引脚4为高频输入，引脚10为低频输入，相对应的，引脚26/27～29/30桥接成高频输出，引脚20/21～23/24桥接成低频输出。真正可以进行规避开关机冲击的引脚只有引脚12(也叫12PIN)/MUTE引脚。由于引脚12置高置低逻辑时序都占空比是1.4秒作用，也就是规避TPA3116 CLASS D类功放开关机冲击声，可利用的地方就是针对置高置低及1.4秒的时序逻辑进行开发。
如图1-图3所示，本实用新型包括时序开关，控制时序开关打开或关闭的控制模块、设置在时序开关与TPA3116系列功放芯片负责静音的第12引脚MUTE引脚之间的分压模块和延时模块，所述分压模块和延时模块还与电源输出端相连。
本例的时序开关包括电阻R309、极性电容C301和三极管Q301，其中，所述三极管Q301的基极分别与电阻R309的一端和极性电容C301正极相连，电阻R309另一端接控制模块输出端，极性电容C301负极接地，所述三极管Q301的发射极接地，集电极接分压模块的一端。
本例的分压模块包括电阻R310和电阻R316，其中，所述电阻R310的一端与所述三极管Q301的集电极相连，另一端分别与电阻R316的一端和TPA3116系列功放芯片MUTE引脚，电阻R316的另一端接TPA3116系列功放芯片的电源AVCC引脚。
本例的延时模块包括极性电容C309，所述极性电容C309与电阻R316并联，其中，负极接TPA3116系列功放芯片的电源AVCC引脚。
本实用新型利用Q301/NPN三极管TTL的逻辑关系处理置高静音，置低打开功放输出。当打开电源时PVCC立马送到功放IC U307的PVCC脚，功放处于待机状态。如果引脚12处于低电平时功放被打开。
本实用新型利用电阻电容的充放电的时间进行处理，同时利用三极管TTL的逻辑关系，其功能效果同样达到甚至超过MCU延时控制的效果，电阻R316与R310进行分压使12PIN/MUTE脚并通过Q301/8050三极管的TTL逻辑关系对功放输出进行控制。其中电阻R316为100K，R310为1K。如果三级管Q301/8050基极处于0.6V以下的低电平，三极管Q301截止，也就是三极管Q301开关没打开。由于电阻R310悬空，电阻R316与R310的分压关系不成立，12PIN/MUTE处于高电平的状态，功放处于MUTING(静音)状态，功放被MUTING没输出。如果三级管Q301基极处于0.6V以上的高电平，三极管处于饱和状态，也就是电阻R310被接地，电阻R316与R310的分压关系成立。功放IC U307的12PIN/MUTE处于1/100*PVCC低电平的状态，功放处于输出状态。如果让功放IC U307的12PIN/MUTE脚置高置低状态与电源供电的时序不进行合理延时的话，还是会有开关机冲击声输出。本实用信息在打开电源后必须保证12PIN/MUTE脚至于高电平状态，其时序占空比大于开关机冲击电信号经前级放大和功率放大时序占空比。鉴于此考虑，因为电容在充放电期间，刚接通电源时电容是短路的，也就是开机瞬间将PVCC同时加到电源脚时也同时加到12PIN/MUTE脚上，使之处于高电平状态TPA3116功放也处于关闭状态。随着时间的增加也就是充电时间的增加，电容正负极的电容压降达到一定值时，因为在开关机时冲击电平也会通过电路回路放大，继而驱动三极管Q301，使之TTL逻辑关系也成立，功放输出被打开，电阻R316与R310的分压关系成立，这时会产生打开功放而出现冲击声。为使在开机期间保证对TPA311612PIN/MUTE有效置高，其驱动原理见图2的说明。其高电平时序逻辑必须大于开机冲击电信号送达功放的时序，这样就有效避开了开机冲击。因此本实用新型的电路中在电阻R316并有一个47U/25V的电解电容C309就是保证12PIN/MUTE开关机产生延时处理的时序逻辑，其时间常数为4.7秒。这个4.7秒是指R316并有一个47U/25V的电解电容时间常数关系，其实还包含功放电路中R325与AVCC&PVCC到功放IC U307的17，18，19，31，32等PIN脚的内阻，也包含TPA3116功放IC12PIN到地电阻R310与功放IC与地的内阻。这个时序4.7秒非常重要的参数，但实际开机延时时间常数不是4.7秒，是远远小于4.7秒的一个数值，实测时序占空比约400～500毫秒，显然400～500毫秒小于1.4秒，也就是说，在开机冲击电平信号到达功放时功放还处于MUTE状态，因此，能够有效防止开机冲击PO-PONOISE。
本实用新型的三极管Q301/8050，R309/4K7，C301/10UF这三个元件组成12PIN的时序开关，当R309前面有高电平输入时，三极管Q301开关特性打开。也就是Q301三极管的TTL逻辑关系。三级管Q301/8050基极处于0.6V以上的高电平，三极管饱和，R316与R310的分压关系成立。12PIN/MUTE处于1/100*PVCC低电平的状态，功放处于输出状态。本例电路中在Q301/8050的基极有一个C301/10UF的电解电容接地，也是利用电容瞬间短路充放电的原理进行延时，消除三极管Q301/8050产生电子开关的二次电信号冲击。R309与C301的时间常数为：47毫秒。它有效缓解和消除三极管Q301/8050产生电子开关的二次电信号冲击。
如图3所示，本例通过控制模块驱动时序开关，提供打开Q301三极管的TTL逻辑关系的电平。
作为本实用新型的一个实施例，本例控制模块包括信号放大单元、整流单元、时间控制单元、开关控制单元，其中，所述信号放大单元的输入端与音频输入电路的输出端相连，输出端与整流单元的输入端相连，所述整流单元的输出端与开关控制单元的输入端相连，所述时间控制单元控制所述开关控制单元的工作时间，所述开关控制单元的输出端与时序开关的控制端相连。
本实用新型的信号放大电路为多级放大电路，包括分别具有放大作用的2个以上运放串联而成。本例信号放大电路包括运放U306B、运放U306A和运放U202A及其外围阻容器件，其中，
所述运放U306B的正相输入引脚5接地，反相输入引脚6通过串联的电阻R420和电容C416接音频输入电路的输出端，并通过并联的电阻R422和电容C418接运放U306B的输出引脚7，所述运放U306B的输出引脚7通过串联的电容C415和电阻R419接运放U306A的反相输入引脚2，
所述运放U306A的反相输入引脚2通过并联的电阻R421和电容C417接运放U306A的输出引脚1，所述运放U306A的正相输入引脚3接地，电源引脚8分别与接地电容C413和电阻R417的一端相连，电阻R417的另一端接+15V电源，电源引脚4分别与接地电容C412和电阻R413的一端相连，电阻R413的另一端接-15V电源，所述运放U306A的输出引脚1通过串联的电容C411和电阻R228接运放U202A的反相输入引脚2，
所述运放U202A的反相输入引脚2通过并联的电阻R224和电容C236接运放U202A的输出引脚1，所述运放U306A的正相输入引脚3接地，电源引脚8分别与接地电容C233和电阻R234的一端相连，电阻R234的另一端接+15V电源，电源引脚4分别与接地电容C235和电阻R236的一端相连，电阻R236的另一端接-15V电源，所述运放U202A的输出引脚1通过电容C237接整流单元输入端。
本例开关控制单元包括运放U202B及其外围阻容器件，所述U202B的正相输入引脚5通过电阻R423接整流单元和时间控制单元输出端，反相输入引脚6分别与电阻R231、电阻R232、电容C2334的一端相连，并通过电容C233接输出引脚7，所述电阻R231另一端接+15V电源，电阻R232、电容C234另一端分别接地，所述U202B的输出引脚接时序开关控制端。
本例时间控制单元包括极性电容C302和电阻R411，其中，所述极性电容C302的正极和电阻R411的一端接整流单元输出端和电阻R423输入端之间，所述极性电容C302的负极和电阻R411的另一端接地。
本例的整流单元包括二极管D101和二极管D102，其中，所述二极管D101的负极和二极管D102的正极分别接信号放大单元输出端，所述二极管D102输出端接开关控制单元输入端，二极管D101正极接。
本例的控制模块工作原理为：
在有音频信号输入时取出一路信号经运放U306B，U306A，U202A三级放大，每级放大倍数为10倍，也就是输入音频信号为1mV时*10*10*10＝1000mV，经二极管D101和D102整流变成1.4V直流，这个音频直流经电阻R423缓冲后送入运放U202B/5PIN正相输入脚，与为U202B6脚R231/220K&R232/1K*(+15V)＝68mV反相输入进行比较。当音频直流大于68mV时7PIN输出高电平通过电阻R309驱动三极管Q301对TPA3116功放进行关闭和打开。
本控制电路有两个作用：1.在没音频输入时关断功放，有音频输入时打开功放，做到一种节能的方式。2.在关机时抢在关机冲击电平送入功放前关断功放，达到消除关机出现PO-PO NOISE冲击声。
本实用新型电路中在二极管D101/D102输出端增加整流滤波电容C302/10UF，既有滤波功能也有时间控制功能，也就是控制直流电平在运放U202B的正向输入引脚5PIN的时间长短，使运放U202B的输出引脚7PIN的输出电平在合理时间进行翻转。起到打开和关断TPA3116功放的功能。与电容C302/10UF并联的电阻R411/10K能决定运放U202B 7PIN高低电平的翻转时间。当音频信号切断后音频直流能保持100毫秒的时间。这个100毫秒的时间常数非常重要，时间太长关机冲击电平会在功放关断前送入功放输出产生很大的关机冲击声，太短又会在小信号时音频因为对Q301/8050驱动时间不够而出现断音。既可以防止断音又可以在关电源产生冲击电平送入功放间使U202B 7PIN输出电压翻转提前关断TPA3116静音功能，达到防止关机冲击声的输出。
综上，本电路完美的达到了防止开关机冲击声对消费者的噪声伤害，也避开了由MCU延时控制的硬软件开发和成本的上升。同时也通过电路原理与理论计算相结合完成了此电路的正确性，同时装备的产品也验证了此电路的可靠性。
以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：包括时序开关，控制时序开关打开或关闭的控制模块、设置在时序开关与TPA3116系列功放芯片负责静音的第12引脚MUTE引脚之间的分压模块和延时模块，所述分压模块和延时模块还与电源输出端相连。
2.根据权利要求1所述的消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：所述控制模块包括信号放大单元、整流单元、时间控制单元、开关控制单元，其中，所述信号放大单元的输入端与音频输入电路的输出端相连，输出端与整流单元的输入端相连，所述整流单元的输出端与开关控制单元的输入端相连，所述时间控制单元控制所述开关控制单元的工作时间，所述开关控制单元的输出端与时序开关的控制端相连。
3.根据权利要求2所述的消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：所述信号放大电路为多级放大电路，包括分别具有放大作用的2个以上运放串联而成。
4.根据权利要求3所述的消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：所述信号放大电路包括运放U306B、运放U306A和运放U202A及其外围阻容器件，其中，
所述运放U306B的正相输入引脚5接地，反相输入引脚6通过串联的电阻R420和电容C416接音频输入电路的输出端，并通过并联的电阻R422和电容C418接运放U306B的输出引脚7，所述运放U306B的输出引脚7通过串联的电容C415和电阻R419接运放U306A的反相输入引脚2，
所述运放U306A的反相输入引脚2通过并联的电阻R421和电容C417接运放U306A的输出引脚1，所述运放U306A的正相输入引脚3接地，电源引脚8分别与接地电容C413和电阻R417的一端相连，电阻R417的另一端接+15V电源，电源引脚4分别与接地电容C412和电阻R413的一端相连，电阻R413的另一端接-15V电源，所述运放U306A的输出引脚1通过串联的电容C411和电阻R228接运放U202A的反相输入引脚2，
所述运放U202A的反相输入引脚2通过并联的电阻R224和电容C236接运放U202A的输出引脚1，所述运放U306A的正相输入引脚3接地，电源引脚8分别与接地电容C233和电阻R234的一端相连，电阻R234的另一端接+15V电源，电源引脚4分别与接地电容C235和电阻R236的一端相连，电阻R236的另一端接-15V电源，所述运放U202A的输出引脚1通过电容C237接整流单元输入端。
5.根据权利要求4所述的消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：所述开关控制单元包括运放U202B及其外围阻容器件，所述U202B的正相输入引脚5通过电阻R423接整流单元和时间控制单元输出端，反相输入引脚6分别与电阻R231、电阻R232、电容C2334的一端相连，并通过电容C233接输出引脚7，所述电阻R231另一端接+15V电源，电阻R232、电容C234另一端分别接地，所述U202B的输出引脚接时序开关控制端。
6.根据权利要求5所述的消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：所述时间控制单元包括极性电容C302和电阻R411，其中，所述极性电容C302的正极和电阻R411的一端接整流单元输出端和电阻R423输入端之间，所述极性电容C302的负极和电阻R411的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：所述整流单元包括二极管D101和二极管D102，其中，所述二极管D101的负极和二极管D102的正极分别接信号放大单元输出端，所述二极管D102输出端接开关控制单元输入端，二极管D101正极接地。
8.根据权利要求1-7任一项所述的消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：所述时序开关包括电阻R309、极性电容C301和三极管Q301，其中，所述三极管Q301的基极分别与电阻R309的一端和极性电容C301正极相连，电阻R309另一端接控制模块输出端，极性电容C301负极接地，所述三极管Q301的发射极接地，集电极接分压模块的一端。
9.根据权利要求8所述的消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：所述分压模块包括电阻R310和电阻R316，其中，所述电阻R310的一端与所述三极管Q301的集电极相连，另一端分别与电阻R316的一端和TPA3116系列功放芯片MUTE引脚，电阻R316的另一端接TPA3116系列功放芯片的电源AVCC引脚。
10.根据权利要求9所述的消除TPA3116系列功放开关机冲击声的电路，其特征在于：所述延时模块包括极性电容C309，所述极性电容C309与电阻R316并联，其中，负极接TPA3116系列功放芯片的电源AVCC引脚。
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