CN218830588U - 功放电压调节电路、功率放大器及电声设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功放电压调节电路、功率放大器及电声设备，功放电压调节电路包括供电模块、控制模块及功放模块。供电模块包括电压输入端及电压输出端；控制模块包括接收单元、检测单元及脉冲宽度调制单元，接收单元用于接收音频信号；检测单元与接收单元电连接，检测单元用于检测音频信号的幅度大小；脉冲宽度调制单元与供电模块电连接，脉冲宽度调制单元用于根据音频信号的幅度大小控制供电模块输出的供电电压大小；功放模块与电压输出端及控制模块均电连接。本申请通过检测单元检测音频信号的幅度大小，脉冲宽度调制单元控制电压输出端的供电电压大小，从而使得供电模块可按照需求为功放模块供电，提高了电路的效率。

Description

功放电压调节电路、功率放大器及电声设备

技术领域

本申请涉及音频技术领域，尤其涉及一种功放电压调节电路、功率放大器及电声设备。

背景技术

在相关技术中，音频设备中常常需要使用到功率放大器，而在音频设备中，通常是使用恒定的电压给功率放大器供电，但是，这种供电方式使得功率放大器的供电电压一直维持在比较高的电压下，从而导致功率放大器的能量消耗较大，效率较低。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种功放电压调节电路、功率放大器及电声设备，能够根据接收到的音频信号的幅度大小，控制对功率放大器供电电压大小，从而有效减少功放模块的能量消耗，提高整个电路的效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种功放电压调节电路，包括供电模块、控制模块及功放模块。供电模块包括电压输入端及电压输出端，电压输入端用于接入电源电压，电压输出端用于输出供电电压；控制模块包括接收单元、检测单元及脉冲宽度调制单元，接收单元用于接收音频信号；检测单元与接收单元电连接，检测单元用于检测音频信号的幅度大小；脉冲宽度调制单元与供电模块电连接，脉冲宽度调制单元用于根据音频信号的幅度大小控制供电模块输出的供电电压大小；功放模块与电压输出端及控制模块均电连接。

第二方面，本申请实施例还提供了一种功率放大器，包括扬声器及任一实施例中所述的功放电压调节电路，功放模块包括音频输出端，扬声器与功放模块的音频输出端电连接。

第三方面，本申请实施例还提供了一种电声设备，包括上述实施例中所述的功率放大器。

本申请实施例的有益效果为：本申请通过控制模块中的检测单元检测音频信号的幅度大小，使得脉冲宽度调制单元可以根据音频信号的幅度大小来控制供电模块输出的供电电压大小，从而使得供电模块可以按需为功放模块供电，减小了功放模块的静态损耗，且提高了整个电路的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。

图1为本申请一实施例中功放电压调节电路的框架示意图；

图2为本申请一实施例中功率放大器的电路结构示意图；

图3为本申请另一实施例中功率放大器的电路结构示意图。

附图标记：

1、功放电压调节电路；10、供电模块；11、电压输入端；12、电压输出端；13、电压反馈端；20、控制模块；21、接收单元；22、脉冲宽度调制单元；30、功放模块；31、放大单元；32、输出单元；321、音频输出端；40、扬声器；2、功率放大器；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；G1、第一节点；G2、第二节点；Q1、开关管。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图来进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在相关技术中，电声设备中的功率放大系统中包括功率放大器，其中，供电电源给功率放大电路提供工作电压，功率放大电路用于将音频信号的功率(幅值)进行放大处理以推动电声设备的喇叭发声。在电声设备工作过程中，若电源电压不够则会导致输入的音频信号出现信号失真、瞬态效果不好等问题，所以功率放大器的供电电压都会按照功率放大器最大的输出功率来提供。而输入至功率放大电路中的音频信号包括多种频率及幅度，在输入的音频信号的幅度较低时，功率放大电路的供电电压也都一直处在比较高的电压下，从而导致功率放大器的能量消耗大，效率低。

针对上述情况，第一方面，请参见图1，本申请提出了一种功放电压调节电路1，包括供电模块10、控制模块20以及功放模块30。

具体地，供电模块10包括电压输入端11及电压输出端12，电压输入端11用于接入电源电压，如图1所示，V-IN表示电源电压输入；电压输出端12用于输出供电电压；控制模块20包括接收单元21、检测单元(图中未示出)及脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)单元，接收单元21用于接收音频信号，如图1所示，Audio IN表示音频信号输入；检测单元与接收单元21电连接，检测单元用于检测音频信号的幅度大小；脉冲宽度调制单元22与供电模块10电连接，脉冲宽度调制单元22用于根据音频信号的幅度大小控制供电模块10输出的供电电压大小；功放模块30与电压输出端12及控制模块20均电连接。

其中，电压输入端11可以连接供电插座或供电电池等，用于为整个电路输入电源电压。供电模块10中可以包括升压单元，升压单元可以用于将从电压输入端11输入的电压升高，并通过电压输出端12输出为功放模块30提供供电电压。控制模块20可以将接收到的音频信号传输到功放模块30中。接收单元21接收音频信号的方式可以为无线接收，例如，通过无线接收器进行音频传输；接收单元21接收音频信号的方式还可以为有线接收，例如，通过数据线进行音频传输。

需要说明的是，以检测单元检测出高幅度的音频信号为例，脉冲宽度调制单元22可以控制供电模块10的电压输出端12向功放模块30输出高电压；以检测单元检测出低幅度的音频信号为例，脉冲宽度调制单元22可以控制供电模块10的电压输出端12向功放模块30输出低电压，即使在不同频率及幅度的同一音阶下，脉冲宽度调制单元22也可以控制供电模块10根据输入的音频信号的幅度大小按需为功放模块30供电，从而避免供电模块10一直以最大的供电电压为功放模块30供电，减小了功放模块的能量消耗，提高了整个电路的效率。

还需要说明的是，脉冲宽度调制单元22通过输出不同的电平信号，从而输出不同的占空比，控制供电模块10输出不同的供电电压。占空比是指电路被接通的时间占整个电路工作周期的百分比，即在一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例。例如，一个电路在它一个工作周期中有一半时间被接通了，那么该电路的占空比就是50％，而如果与该工作元件连接的电压为5V，则实际的工作电压平均值或电压有效值为2.5V。其中，功放电压调节电路1通过调节占空比的大小控制供电模块10输出供电电压的大小，从而使得供电模块10可以按需为功放模块30供电，防止后续出现失真现象，具体原理在下文中进行详述。

进一步地，在本申请一些实施例中，控制模块20为蓝牙模块。

需要说明的是，蓝牙模块中可以包括蓝牙接收器，控制模块20在接收音频信号时，可以通过无线的蓝牙接收器进行传输，减少了数据线的使用。

进一步地，请参见图1-3，在本申请一些实施例中，供电模块10包括电压反馈端13，功放电压调节电路1还包括开关管Q1，开关管Q1的控制端与脉冲宽度调制单元22电连接，开关管Q1的第一端与电压反馈端13电连接，开关管Q1的第二端接地。

需要说明的是，脉冲宽度调制单元22向开关管Q1输出高电平信号时，可以使得开关管Q1导通，脉冲宽度调制单元22可以向开关管Q1的控制端输出不同的电平信号，控制开关管Q1的占空比，从而控制供电模块10的供电电压大小。

进一步地，请参见图2-3，在本申请一些实施例中，开关管Q1为三极管或者场效应管。可以理解的是，三极管或者场效应管为两种不同的开关管Q1，但是两者均可实现信号的控制和放大。

需要说明的是，如图2所示，开关管Q1为三极管，以三极管为NPN型三极管为例进行说明，此时，三极管的基极与脉冲宽度调制单元22电连接，三极管的集电极与电压反馈端13电连接，三极管的发射极接地。在控制模块20进入正常的工作过程后，脉冲宽度调制单元22会根据输入的音频信号幅度大小输出电平信号，从而控制开关管Q1的通断，进而控制开关管Q1的占空比，以使得供电模块10可以为功放模块30提供不同大小的供电电压。如图3所示，开关管Q1为场效应管，以场效应管为NMOS管为例进行说明，此时，场效应管的栅极与脉冲宽度调制单元22电连接，场效应管的漏极与电压反馈端13电连接，场效应管的源极接地。

进一步地，请继续参见图2-3，在本申请一些实施例中，功放电压调节电路1还包括第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3，第一电阻R1的第一端与电压反馈端13电连接，第一电阻R1的第二端与开关管Q1的第一端电连接；第二电阻R2的第一端、第一电阻R1的第一端与电压反馈端13电连接于第一节点G1，第二电阻R2的第二端与开关管Q1的控制端电连接于第二节点G2；第三电阻R3串接于第二节点G2与控制模块20之间。

需要说明的是，供电模块10的电压输出端12可以根据电压反馈端13接收到控制模块20的电压信号大小，控制供电电压的大小。开关管Q1可以控制控制模块20及供电模块10之间部分线路的通断，当开关管Q1导通，第一电阻R1与第二电阻R2组成并联电路，控制模块20输出的信号可以通过第三电阻R3及并联电路到达电压反馈端13；当开关管Q1断开，控制模块20输出的信号可以通过第三电阻R3及第二电阻R2到达电压反馈端13。

还需要说明的是，第三电阻R3串接于开关管Q1的控制端与控制模块20之间，第三电阻R3可以防止进入开关管Q1的电压或电流过大从而造成电路中开关管Q1的损坏。若脉冲宽度调制单元22直接连接开关管Q1的控制端，则当控制模块20在刚上电进行初始化时，脉冲宽度调制单元22也处于一种上电状态，容易产生噪声，从而引起电路出现错误导通状态。而在本申请实施例中，增加第三电阻R3，当控制模块20在刚上电时，易出现一尖脉冲电平，由于该电平出现的时间较短，所以该电平很容易被第三电阻R3拉低；当控制模块20正常上电导通，则出现高电平的时间比较长，所以第三电阻R3无法拉低持续的高电平，所以控制模块20可以正常导通开关管Q1。

进一步地，请继续参见图2-3，在本申请一些实施例中，功放电压调节电路1还包括第四电阻R4，第四电阻R4的第一端与电压输出端12电连接，第四电阻R4的第二端连接至第一节点G1。

需要说明的是，供电模块10的电压输出端12会输出供电电压，在电压输出端12与第一电阻R1及第二电阻R2之间增加一个第四电阻R4，供电模块10的电压输出端12通过第四电阻R4与供电模块10的电压反馈端13连接，第四电阻R4可以起到保护电路的作用，电压经过第四电阻R4之后会产生一个电压降，可以防止因电压过大而对电路造成破坏。

进一步地，请继续参见图2-3，在本申请一些实施例中，功放电压调节电路1还包括第五电阻R5，第五电阻R5的第一端与第二节点G2电连接，第五电阻R5的第二端与开关管Q1的第二端电连接，且第五电阻R5的第二端与第二电阻R2的第二端电连接。

需要说明的是，当开关管Q1断开时，脉冲宽度调制单元22输出的信号可以依次传输到第三电阻R3、第五电阻R5和第二电阻R2，最终到达供电模块10的电压反馈端13，此时供电模块10的电压输出端12根据电压反馈端13接收到的低电压信号，供电模块10可以维持较小的供电电压输出至功放模块30，实现了供电模块10和功放模块30的低功耗。

进一步地，请参见图1-3，在本申请一些实施例中，功放模块30包括放大单元31以及输出单元32，放大单元31与控制模块20电连接，放大单元31用于将音频信号进行放大处理；输出单元32与放大单元31电连接，输出单元32用于输出放大后的音频信号。

需要说明的是，控制模块20中接收到的音频信号传输到功放模块30中，功放模块30中的放大单元31可以对接收到的较弱的信号进行放大处理，然后输出单元32将放大后的信号输出。

还需要说明的是，输出单元32中可以包括左输出声道及右输出声道，左输出声道及右输出声道能够分别播出相同或不同的声音，从而产生从左到右或从右到左等的立体声音变化效果。

第二方面，请继续参见图1-3，本申请实施例还提供了一种功率放大器2，包括扬声器40及上述任一实施例中所述的功放电压调节电路1，功放模块30包括音频输出端321，扬声器40与功放模块30的音频输出端321电连接。

需要说明的是，音频输出端321位于功放模块30中的输出单元32，音频信号在功放模块30中的放大单元31放大后，从输出单元32的音频输出端321输出。控制模块20中的脉冲宽度调制单元22可以根据音频信号幅度的大小调整供电模块10输出的供电电压，因此，供电模块10可以按需向功放模块30提供电压，使得功放模块30的效率增加。另外，本申请中对扬声器40的类型、数量等均不做限定，例如，扬声器40可以为一个，连接音频输出端321，主要用于外放音乐；又如，扬声器40可以为两个，分别连接左输出声道及右输出声道，可以用于播放立体声。

第三方面，本申请实施例还提供了一种电声设备，包括上述一实施例中所述的功率放大器2。

需要说明的是，本申请中的电声设备包括但不限于音箱、多媒体控制台、数字调音台、音频采样卡、合成器、话筒、耳机、DVD播放设备等音频设备。

在本申请实施例中，当脉冲宽度调制单元22输出高电平，开关管Q1导通，第一电阻R1的第二端就相当于开关管Q1的第二端，即第一电阻R1的第二端接地，在脉冲宽度调制单元22输出不同的占空比(脉冲宽度调制单元22输出的占空比记为D)时，此时第一电阻R1的阻值大小记为Ra，则Ra的值为：

Ra＝D×R1

第一电阻R1和第二电阻R2并联，并联的电阻阻值记为Rb，则Rb的值为：

电压输出端12的供电电压值记为Vp，电压反馈端13的电压值记为Vf，则Vp的值为：

功率放大器2的最大输出功率记为Pm，扬声器40的阻抗记为RL，功率放大器2中的总阻抗记为Rs，则Pm的值为：

根据上述内容可知，RL、Rs、Vf、R1、R2及R4均为固定值，占空比D为变化值，所以可以通过调节脉冲宽度调制单元22中的占空比D的大小，以确保功率放大器2的最大输出功率Pm不会使得扬声器40出现失真现象。

扬声器40上的电压值记为VL，控制模块20接收到的音频信号的幅度记为Vi，音频信号在控制模块20中的放大倍数记为Av1，音频信号在功放模块30中的放大倍数记为Av2，则VL的值为：

VL＝Vi×Av1×Av2

扬声器40的功率记为Pout，Pout的值为：

根据上述内容可知，Av1，Av2及RL均为可确定的值，只有输入的音频信号的幅度Vi为变化值，所以可以得知，输入的音频信号的幅度Vi大小决定了扬声器的功率Pout的大小，即输入的音频信号的幅度Vi大小决定了供电模块10对功放模块30的供电电压大小。

需要说明的是，当Pout>Pm，即使功率放大器2输出最大供电电压，也不能为扬声器40提供足够的工作电压，从而导致音频信号在扬声器端会出现失真现象；当Pout≤Pmax，则功率放大器2输出的供电电压可以为扬声器40提供足够的工作电压，从而使得音频信号在扬声器端不会出现失真现象。

所以，综合上述计算式，控制模块20可以根据输入的音频信号的幅度Vi大小，实时调节占空比D，以实现Pmax一直大于或等于Pout，从而确保扬声器端一直处于不失真状态，从而在确保音质的同时，又使得控制模块20可以按需为功放模块30供电，减小功放模块的能量消耗，提高整个电路的效率。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功放电压调节电路，其特征在于，包括：

供电模块，包括电压输入端及电压输出端，所述电压输入端用于接入电源电压，所述电压输出端用于输出供电电压；

控制模块，包括接收单元、检测单元及脉冲宽度调制单元，所述接收单元用于接收音频信号；所述检测单元与所述接收单元电连接，所述检测单元用于检测所述音频信号的幅度大小；所述脉冲宽度调制单元与所述供电模块电连接，所述脉冲宽度调制单元用于根据所述音频信号的幅度大小控制所述供电模块输出的供电电压大小；

功放模块，与所述电压输出端及所述控制模块均电连接。

2.根据权利要求1所述的功放电压调节电路，其特征在于，所述控制模块为蓝牙模块。

3.根据权利要求1所述的功放电压调节电路，其特征在于，所述供电模块包括电压反馈端，所述功放电压调节电路还包括：

开关管，所述开关管的控制端与所述脉冲宽度调制单元电连接，所述开关管的第一端与所述电压反馈端电连接，所述开关管的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的功放电压调节电路，其特征在于，所述开关管为三极管或者场效应管。

5.根据权利要求3所述的功放电压调节电路，其特征在于，所述功放电压调节电路还包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述电压反馈端电连接，所述第一电阻的第二端与所述开关管的第一端电连接；

第二电阻，所述第二电阻的第一端、所述第一电阻的第一端及所述电压反馈端电连接于第一节点，所述第二电阻的第二端与所述开关管的控制端电连接于第二节点；

第三电阻，串接于所述第二节点与所述控制模块之间。

6.根据权利要求5所述的功放电压调节电路，其特征在于，所述功放电压调节电路还包括：

第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述电压输出端电连接，所述第四电阻的第二端连接至所述第一节点。

7.根据权利要求5所述的功放电压调节电路，其特征在于，所述功放电压调节电路还包括：

第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述第二节点电连接，所述第五电阻的第二端与所述开关管的第二端电连接，且所述第五电阻的第二端与所述第二电阻的第二端电连接。

8.根据权利要求1所述的功放电压调节电路，其特征在于，所述功放模块包括：

放大单元，与所述控制模块电连接，所述放大单元用于将所述音频信号进行放大处理；

输出单元，与所述放大单元电连接，所述输出单元用于输出放大后的音频信号。

9.一种功率放大器，其特征在于，包括扬声器及权利要求1-8中任一项所述的功放电压调节电路，所述功放模块包括音频输出端，所述扬声器与所述功放模块的音频输出端电连接。

10.一种电声设备，其特征在于，包括权利要求9中所述的功率放大器。

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