CN211406271U - 一种适配多负载的模式切换功率放大器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适配多负载的模式切换功率放大器系统，适用于定阻负载和定压负载，其包括电源模块、信号处理模块和检测模块。电源模块将交流电整流滤波变换后为信号处理模块供电，其输出端与信号处理模块的电源端电连接，包括交流电输入、开关电源。信号处理模块将信号处理放大后驱动负载，包括输入单元、放大单元与输出单元。检测模块测量并判断负载的性质，包括信号发生电路、测量单元和处理单元，其输出端与电源模块的开关电源、信号处理模块的输入单元、负载分别电连接。本系统通过检测模块判断负载类型，切换供电电压与限制电流，使得一个功放兼容定阻和定压两种模式，无需人工切换，简单易操作，与现有技术相比实现了装置的轻量化。

Description

一种适配多负载的模式切换功率放大器系统

技术领域

本实用新型涉及领域电子电路领域，特别是一种适配多负载的模式切换功率放大器系统。

背景技术

广播系统主要分为定压式和定阻式。定压式系统具有远距离布置线路和定压高稳定性传输的特点，广泛应用于学校、广场、医院、厂区、部队、机场、住宅小区等公共场所。而移动或车载的广播系统作为一种常用的移动式的宣传和娱乐设备，因为使用时间补偿，不需要考虑全天候使用，多采用定阻式。错误判断定压型或定阻型不仅导致音质变差，并有可能损坏功放或扬声器。

现有的定压功放一般采用有变压器输出模式，在定阻功放基础上增加输出转换变压器及相关反馈电路，将信号转化成定阻和定压两种模式，从不同的变压器回路输出，其缺点是增加的定阻定压变压器体积大、质量重、接线复杂，制造成本及运输成本均很高。并且，现有功放定压输出和定阻输出的接线柱是分开的，使用时若连线错误容易损坏喇叭。

为了减小线路损耗，避免系统中某个喇叭开启或关闭对其他喇叭的音量造成影响，所以定压功放采用了高电压、低电流输出方式。到达定压音箱时，通过配套的匹配线间变压器进行降压，才可以推动音箱发声。而定阻功率放大器，采用了高电流、低电压输出方式，通常情况下定阻音箱的电阻是一定的，如果用错，要么无法驱动，要么会烧毁音箱或功放。

因此，有必要提供定阻与定压一体化、可自由切换，适配多种音箱的功率放大器。

发明内容

鉴于上述问题，本实用新型提供了一种适配多负载的模式切换功率放大器系统。

本实用新型公开了一种适配多负载的模式切换功率放大器系统，同时适用于定阻负载和定压负载，其包括电源模块、信号处理模块和检测模块。所述电源模块将交流电整流滤波后为所述信号处理模块供电，其输出端与所述信号处理模块的电源端电连接，包括交流电输入与开关电源。所述信号处理模块将信号处理放大后驱动负载，包括输入单元、放大单元与输出单元。所述检测模块测量并判断负载的性质，包括信号发生电路、测量单元和处理单元，其输出端与所述电源模块的开关电源、所述信号处理模块的输入单元、负载分别电连接。

所述电源模块包括交流电输入和开关电源。所述交流电输入用于连接市电或其他交流供电设备；所述开关电源用于将输入的交流电整流滤波为信号处理模块的供电水平，包括一模式切换变压器及其控制电路。所述模式切换变压器的初级接所述交流电输入，次级包括定压绕组与定阻绕组，定压绕组绕线较细，额定电压大、额定电流小；定阻绕组绕线较粗，额定电压小、额定电流大。所述模式切换变压器的控制电路位于变压器次级，两个绕组的控制电路分别包含两个场效应晶体管与一个储能电容，两个场效应晶体管源极、栅极分别相连，由同一控制信号驱动，串联在绕组的一端上，储能电容并联在绕组两端；所述储能电容的耐压值由绕组的额定电压决定。所述模式切换变压器的控制电路与所述检测模块的一个输出端电连接，次级绕组的切换由所述检测模块控制。

所述信号处理模块包括输入单元、放大单元和输出单元。所述输入单元接收输入信号，输入信号在外部的音频信号和所述检测模块产生的检测信号两者中进行切换，由所述检测模块来控制切换。所述放大单元的输入与所述输入单元电连接，用以放大输入信号。所述输出单元用以将放大过的信号优化输出，连接扬声器负载。

所述检测模块包括信号发生电路、测量单元和处理单元。所述信号发生电路为特定频率信号发生电路，信号频率略高于或略低于人耳闻阈、又低于所述信号处理模块的截止频率，特定频率信号的数量由所述处理单元采用的负载判断方式决定，输出作为所述信号处理模块的输入信号的可选项，电连接所述输入单元切换开关的一端，由所述检测模块的处理单元控制切换。所述测量单元电连接负载，测量负载两端的电流与电压的相关信息，如幅值或相位，并将测量数据发送至所述处理单元。所述处理单元包括开机启动部、数据处理部和模式切换部，依次电连接，输出与所述电源模块的开关电源、所述信号处理模块的输入单元分别电连接。所述开机启动部在本实用新型所述的一种适配多负载的模式切换功率放大器系统开机时，为所述检测模块的信号发生电路、测量单元、处理单元的其余部分供电，同时所述模式切换变压器的次级默认选择电压较低的定阻绕组为所述信号处理模块供电，所述输入单元的输入信号选择为所述信号发生电路；所述数据处理部接收所述测量单元得到的负载两端的电压电流信息，将该信息进行处理后得到相应的阻抗信息；所述模式切换部接收所述数据处理部得到的负载的阻抗信息对负载进行分类，根据阻抗值从小到大排列有以下五种类别：断路区、定阻区、隔断区、定压区、断路区，根据区域选择相应的变压器绕组与输入信号，即可自行完成模式切换。

所述模式切换部将根据区域不同对本实用新型所述的一种适配多负载的模式切换功率放大器系统进行如下处理。当阻抗信息落在断路区、隔断区、断路区时，所述模式切换变压器保持默认绕组，同时保持所述检测模块运作，所述输入单元的输入信号仍然选择所述信号发生线路，持续更新负载的阻抗信息；当阻抗信息落在定阻区时，所述模式切换变压器的次级保持定阻绕组的选择，并且关断检测模块，所述输入单元的输入信号选择为外部的音频信号，不再进行负载检测与模式切换；当阻抗信息落在定压区时，所述模式切换变压器的次级切换为定压绕组，并且关断检测模块，所述输入单元的输入信号选择为外部的音频信号，不再进行负载检测与模式切换。当阻抗信息落在断路区、隔断区、断路区时，所述检测模块判断负载处于非正常工作状态，故需要继续进行负载检测，直到所述数据处理模块给出的阻抗信息满足定阻负载或定压负载的要求时，才关断所述检测模块，停止检测与切换。

本系统通过检测模块判断负载类型，切换供电电压与限制电流，使得一个功放兼容定阻和定压两种模式，无需人工切换，准确度高，简单易操作，与现有技术相比实现了装置的轻量化。

为了让本实用新型的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其它相关的附图。

图1为本实用新型的第一实施例的系统连接示意图；

图2为本实用新型的第一实施例的所述电源模块的电路示意图；

图3为本实用新型的第一实施例的检测模块的处理单元的控制流程图；

图中编号：

10：电源模块；20：信号处理模块；30：检测模块；

101：交流电输入；102：开关电源；201：输入单元；

202：放大单元；203：输出单元；301：处理单元；

302：测量单元；303：信号发生电路；1022：场效应晶体管驱动芯片；

1021：模式切换变压器；

Np：模式切换变压器的初级绕组；

Ns1：模式切换变压器的次级绕组——定压绕组；

Ns2：模式切换变压器的次级绕组——定阻绕组；

C1：模式切换变压器次级定压绕组的储能电容；

C2：模式切换变压器次级定阻绕组的储能电容；

Q1、Q2：模式切换变压器次级定压绕组的N型场效应晶体管；

Q3、Q4：模式切换变压器次级定阻绕组的N型场效应晶体管；

S1：接通交流电；

S2：本实用新型所述的一种适配多负载的模式切换功率放大器系统开机；

S3：检测模块上电；

S4：模式切换变压器次级默认选择定阻绕组；

S5：输入单元选择检测模块的特定频率信号作为输入信号；

S6：检测模块发出信号，测量，数据处理分区；

S7：模式切换变压器选择相应绕组；

S7a：模式切换变压器次级保持定阻绕组的选择；

S7b：模式切换变压器次级选择定压绕组；

S8：输入单元选择外部的音频信号作为输入信号；

S9：关断检测模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。

请参阅图1，为本实用新型的第一实施例的系统结构连接示意图，包括电源模块10、信号处理模块20和检测模块30。电源模块10包括交流电输入101、开关电源102和模式切换变压器1021，输入为市电或交流供电设备的交流电，输出为一固定的直流电压——为信号处理模块20供电。信号处理模块20包括输入单元201、放大单元202和输出单元203，由电源模块10供电，输入为外部音频信号或检测模块30发出的特定频率信号，输入信号经放大处理后输出接扬声器负载。检测模块30包括信号发生电路303、测量单元302和处理单元301，信号发生电路303电连接输入单元201切换开关的一端，由处理单元301控制切换；测量单元302测量负载的电压电流信息，结果由处理单元301进行数据分析从而控制模式切换变压器1021的绕组选择、输入单元201的输入信号选择与检测模块30的开通与关断。

请参阅图2，为本实用新型的第一实施例的所述电源模块的电路示意图，包括交流电输入101和开关电源102，开关电源102包括模式切换变压器1021。模式切换变压器1021的初级绕组Ns连接交流电输入101，次级包括绕组Ns1和Ns2。Ns1为定压绕组——绕线细，额定电压大，额定电流小；控制电路由两个源极、栅极分别相连的N型场效应晶体管Q1、Q2，和储能电容C1构成，Q1、Q2串联在Ns1绕组的一端，C1并联在Ns1两端，C1的容量由Ns1的额定电压决定，Ns1的输出接信号处理模块20的电源端。Ns2为定阻绕组——绕线粗，额定电压小，额定电流大；控制电路由两个源极、栅极分别相连的N型场效应晶体管Q3、Q4，和储能电容C2构成，Q3、Q4串联在Ns2绕组的一端，C2并联在Ns2两端，C2的容量由Ns2的额定电压决定，Ns2的输出接信号处理模块20的电源端。原本Q1、Q2、Q3、Q4将由MOS管的驱动芯片1022控制，本实用新型中，采用处理单元301对Q1、Q2、Q3、Q4的开关进行控制。

请参阅图3，为本实用新型的第一实施例的检测模块的处理单元的控制流程图。在本实用新型公开的系统电源模块10接通交流电（S1）后，系统开机（S2），检测模块30上电（S3），模式切换变压器1021默认选择定阻绕组（S4），输入单元201选择信号发生电路303发出的特定频率信号作为输入（S5），测量单元302测量负载两端的电压电流信息，处理单元301收集电压电流信息后进行数据处理，从而根据负载信息判断负载位于断路区、定阻区、隔断区、定压区、短路区的哪一个区域中（S6）。当负载数据位于断路区、隔断区、短路区中时，重复进行S6操作，直到负载落入定阻区或定压区时，结束循环，继续进行S7和S8的操作。当负载数据位于定阻区时，模式切换变压器1021次级保持定阻绕组的选择（S7a），然后将输入单元201的输入信号切换为外部的音频信号（S8），最后关断检测模块30（S9）。当负载数据位于定压区时，模式切换变压器1021次级选择定压绕组（S7b），然后将输入单元201的输入信号切换为外部的音频信号（S8），最后关断检测模块30（S9）。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种适配多负载的模式切换功率放大器系统，其特征在于，包括电源模块、信号处理模块和检测模块；所述电源模块包括交流电输入和开关电源，依次电连接，接收交流电能输入，输出电连接所述信号处理模块的电源端；所述信号处理模块包括输入单元、放大单元和输出单元，并依次连接，输出连接负载；所述检测模块包括信号发生电路、测量单元和处理单元，所述信号发生电路输出电连接所述信号处理模块输入单元的切换开关的一端，所述测量单元电连接负载，所述测量单元的输出电连接所述处理单元，所述处理单元接收所述测量单元的数据信息，输出端与所述电源模块的开关电源、所述信号处理模块的输入单元分别电连接。

2.如权利要求1所述的一种适配多负载的模式切换功率放大器系统，其特征在于，所述电源模块的开关电源包括一模式切换变压器及其控制电路，所述模式切换变压器的初级接所述交流电输入，次级包括定压绕组与定阻绕组，所述定压绕组和所述定阻绕组都有对应的控制电路，所述定压绕组绕线细于所述定阻绕组，额定电压大、额定电流小；所述定阻绕组绕线粗于所述定压绕组，额定电压小、额定电流大；所述控制电路与所述检测模块的处理单元电连接。

3.如权利要求2所述的一种适配多负载的模式切换功率放大器系统，其特征在于，所述模式切换变压器次级的定压绕组和定阻绕组对应的控制电路包括串联在绕组一端的两个源极、栅极分别相连的第一场效应晶体管和第二场效应晶体管、并联在绕组两端的储能电容，所述储能电容的耐压值由对应绕组的额定电压决定。

4.如权利要求1所述的一种适配多负载的模式切换功率放大器系统，其特征在于，所述信号处理模块的输入单元的输入信号在所述检测模块信号发生电路的输出和外部的音频信号之间进行切换，由所述检测模块的处理单元进行控制。

5.如权利要求1所述的一种适配多负载的模式切换功率放大器系统，其特征在于，所述检测模块的信号发生电路产生的信号频率略高于或略低于人耳闻阈、又低于所述信号处理模块的截止频率，信号的数量由所述处理单元采用的负载判断方式决定。

6.如权利要求1所述的一种适配多负载的模式切换功率放大器系统，其特征在于，所述检测模块的处理单元包括开机启动部、数据处理部和模式切换部，输出端与所述电源模块的开关电源、所述信号处理模块的输入单元分别电连接。

7.如权利要求6所述的一种适配多负载的模式切换功率放大器系统，其特征在于，所述检测模块的处理单元的模式切换部输入电连接所述数据处理部，并将得到的负载信息分为：短路区、定阻区、隔断区、定压区、断路区，输出电连接所述电源模块的开关电源、所述信号处理模块的输入单元，根据区域分别进行控制。

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