DE3644288A1

DE3644288A1 - Overload protection circuit

Info

Publication number: DE3644288A1
Application number: DE19863644288
Authority: DE
Inventors: Hans Deutsch; Bernd Gruhn
Original assignee: HANS DEUTSCH AKUSTIKFORSCHUNG
Current assignee: HANS DEUTSCH AKUSTIKFORSCHUNG
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1988-07-07

Abstract

The overload protection circuit for loudspeakers described generates a direct voltage by rectification of the amplifier output voltage, from which direct voltage an operating voltage for trigger circuits and an exciter voltage for a relay are derived, via the normally closed contact of which the amplifier output voltage is supplied directly to the loudspeaker to be protected in the normal case. A section of the direct voltage is supplied via a voltage divider to the trigger circuit as input voltage and when the amplifier output voltage reaches dangerous values, the trigger circuit is triggered and brings a switch transistor connected in series with the relay to the exciter voltage into the conducting state so that the relay operates. As a result, its normally closed contact is opened and the amplifier output voltage is transferred to a latching circuit for the relay via a normally open contact. This latching circuit simultaneously provides for a hysteresis characteristic so that the relay is only released when the amplifier output voltage has dropped again below the operating voltage of the protection circuit by a predetermined amount. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlastungsschutzschaltung für Lautsprecher, welche den gefährdeten Lautsprecher bei zu hoher Ausgangsleistung des Verstärkers abschaltet.The invention relates to an overload protection circuit for loudspeakers which contribute to the endangered loudspeaker too high output power of the amplifier switches off.

Wenn Lautsprecher durch Ansteuerung mit zu großer Leistung überlastet werden, entstehen nicht nur starke Verzerrungen, sondern auch die Gefahr von Beschädigungen des Lautspre chers, beispielsweise der Schwingspule oder der Membran aufhängung. Diese Gefahr besteht besonders bei Hochton lautsprechern, die relativ überlastungsempfindlich sind. Man hat daher Schutzschaltungen entwickelt, um den gefähr deten Lautsprecher abzuschalten, wenn die Verstärker leistung zu groß wird. Wichtig ist hierbei, daß einerseits die Abschaltung schnell genug erfolgt, ehe Schäden am Lautsprecher auftreten, andererseits der Lautsprecher aber möglichst nicht unnötig abgeschaltet und die Wiedergabe unterbrochen wird. Ferner ist ein gewisses Hysterese- Verhalten erwünscht, damit der Lautsprecher in der Nähe der Überlastungsgrenze nicht ständig ein- und ausgeschaltet wird, sondern nach Ansprechen der Schutzschaltung erst dann wieder eingeschaltet wird, wenn die Verstärkerleistung auf einen unschädlichen Wert abgesunken ist.If the loudspeaker is driven by too much power are overloaded, not only strong distortions arise, but also the risk of damage to the loudspeaker chers, for example the voice coil or the membrane suspension. This is particularly dangerous with high frequencies speakers that are relatively sensitive to overload. Protective circuits have therefore been developed to prevent the danger turn off the speaker when the amplifier performance gets too big. It is important that on the one hand the shutdown takes place quickly enough before damage to the Speakers occur, but on the other hand the speaker if possible not switched off unnecessarily and the playback is interrupted. Furthermore, a certain hysteresis Behavior desired so the speaker is close the overload limit is not constantly switched on and off only after the protective circuit has responded is turned on again when the amplifier power up a harmless value has dropped.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Lautsprecherschutzschaltung zu schaffen, welche sich ohne jegliche Beeinflussung des normalen Betriebes zwischen Verstärkerausgang und Laut sprecher schalten läßt und keine eigene Stromversorgung benötigt. Ferner soll sie einfach dimensionierbar sein und die gewünschte Hysterese aufweisen. The invention specified in claim 1 is the object based on an electronic speaker protection circuit to create, which is without any influence of the normal operation between amplifier output and sound can switch speakers and no own power supply needed. Furthermore, it should be easy to dimension and have the desired hysteresis.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie, solange die Ver stärkerausgangsleistung in zulässigen Grenzen bleibt, keinerlei klangbeeinflussende Bauelemente in der Verbindung zwischen Verstärker und Lautsprecher enthält, da die Ein schaltung irgendwelcher Impedanzen bzw. zusätzlicher Bauteile in dieser Verbindungsleitung bei hohen An sprüchen an die Wiedergabe in jedem Falle zu vermeiden ist. Auch ist die Belastung des Verstärkers durch die Strom aufnahme der Schutzschaltung im normalen Betrieb vernach lässigbar klein, und erst wenn die Schaltung bei zu großer Verstärkerausgangsleistung angesprochen hat, benötigt sie etwas mehr Leistung, die ohne weiteres vom Verstärker geliefert werden kann. Die Schaltung ist auch recht einfach zu dimensionieren, wobei praktisch nur einige Widerstände passend gewählt werden müssen, um unterschiedlichen Schutz anforderungen des oder der Lautsprecher zu genügen. Das selbe gilt auch für die Hysterese-Einstellung.The invention has the advantage that, as long as the Ver output power remains within permissible limits, no sound-influencing components in the connection contains between amplifier and loudspeaker, since the on switching any impedances or additional Components in this connection line at high loads Sayings to the reproduction must be avoided in any case. The current is also the load on the amplifier Recording the protection circuit in normal operation casually small, and only when the circuit is too big Amplifier output power, it needs something more power easily from the amplifier can be delivered. The circuit is also quite simple dimension, practically only a few resistors must be chosen appropriately to provide different protection requirements of the speaker or speakers. That the same applies to the hysteresis setting.

Weiterbildungen und spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments and special refinements of the invention are marked in the subclaims.

Die Erfindung sei nachfolgend anhand eines in der beilie genden Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert.The invention is based on one in the enclosed lowing drawing illustrated embodiment explained in detail.

In der Zeichnung ist der Schaltungseingang mit dem Pfeil IN bezeichnet und durch zwei Leitungen + und - bezeichnet, wobei die Leitung - beispielsweise als Bezugsleitung an gesehen werden kann und direkt mit dem Lautsprecher L verbunden ist. Die Leitung + führt über einen Ruhekontakt R eines Relais RE zum anderen Pol des Lautsprechers L. Außerdem ist zwischen die Verstärkerleitungen + und - eine Gleichrichterbrücke 1 geschaltet, welche die vom Verstärker gelieferte Tonfrequenzspannung gleichrichtet und diese Gleichspannung zwischen der + Klemme 2 und der - Klemme Masse zur Verfügung stellt. Aus dieser Gleichspannung werden erstens eine Betriebsspannung für in der Schutzschaltung verwendete Schmitt-Trigger abgeleitet, und zwar über eine Diode D 5 und einen Widerstand R 1, welche die + Klemme 2 mit einem ersten Speicherkondensator C 1 verbinden, dem eine Zenerdiode ZD 1 parallel geschaltet ist. Diese Betriebs spannung wird einer Klemme 14 einer integrierten Schaltung zugeführt, welche 6 Schmitt-Trigger enthält, auf die noch näher eingegangen wird. Zweitens wird die Gleichspannung an der + Klemme 2 über eine Diode D 8 und einen Widerstand R 3 einem zweiten Speicherkondensator C 3 zugeführt, welcher die Erregerspannung zum Ansprechen des Relais RE speichert, wenn dieses über einen Schaltertransistor T 1 eingeschaltet wird.In the drawing, the circuit input with the arrow IN and is denoted by two lines + and - referred to, wherein the line - can be seen, for example, as a reference line and is directly connected to the speaker L. The line + leads via a normally closed contact R of a relay RE to the other pole of the loudspeaker L. In addition, a rectifier bridge 1 is connected between the amplifier lines + and -, which rectifies the audio frequency voltage supplied by the amplifier and makes this DC voltage available between the + terminal 2 and the - terminal ground. Firstly, an operating voltage for Schmitt triggers used in the protective circuit is derived from this DC voltage, specifically via a diode D 5 and a resistor R 1 , which connect the + terminal 2 to a first storage capacitor C 1 , to which a Zener diode ZD 1 is connected in parallel is. This operating voltage is fed to a terminal 14 of an integrated circuit which contains 6 Schmitt triggers, which will be discussed in more detail. Secondly, the DC voltage at the + terminal 2 is fed via a diode D 8 and a resistor R 3 to a second storage capacitor C 3 , which stores the excitation voltage for responding to the relay RE when it is switched on via a switch transistor T 1 .

An die Gleichspannung zwischen der + Klemme 2 und der an Masse liegenden - Klemme des Gleichrichters 1 ist ferner ein Spannungsteiler mit Widerständen R 3 und R 4 angeschlos sen, von dessen Abgriff ein durch den Teilerfaktor bestimmter Bruchteil der Gleichspannung auf den Eingang einer aus zwei in Reihe geschalteten Schmitt-Triggern bestehenden Triggerschaltung 3 zugeführt wird. Sobald diese Spannung den Triggerpegel übersteigt, spricht die Trigger schaltung 3 an und liefert ein Ausgangssignal über eine Diode D 6 und einen Widerstand R 5 auf ein RC-Glied mit einem Kondensator C 2 und einem Widerstand R 6, von dem aus eine zweite Trigger schaltung 4 angesteuert wird. Mit dem Ausgangssignal der Triggerschaltung 4 wird die Gate-Elektrode des Schalter transistors T 1 angesteuert, der hier als Feldeffekttransistor dargestellt ist. Seine Gate-Elektrode liegt über das Relais RE an Masse, dem eine Freilaufdiode D 9 parallel geschaltet ist, um beim Sperren des Schaltertransistors T 1 Induktions spannungsspitzen zu vermeiden. Die Drain-Elektrode liegt am + Pol des zweiten Speicherkondensators C 3, so daß dessen Ladespannung beim Einschalten des Transistors T 1 an die Erregerwicklung des Relais RE gelegt wird. To the DC voltage between the + terminal 2 and the ground - terminal of the rectifier 1 , a voltage divider with resistors R 3 and R 4 is also ruled out, from whose tap a fraction of the DC voltage determined by the divider factor on the input of one in two Series connected Schmitt triggers existing trigger circuit 3 is supplied. As soon as this voltage exceeds the trigger level, the trigger circuit 3 responds and delivers an output signal via a diode D 6 and a resistor R 5 to an RC element with a capacitor C 2 and a resistor R 6 , from which a second trigger circuit 4 is controlled. With the output signal of the trigger circuit 4 , the gate electrode of the switch transistor T 1 is driven, which is shown here as a field effect transistor. Its gate electrode is connected to ground via the relay RE, to which a free-wheeling diode D 9 is connected in parallel in order to avoid voltage peaks when the switch transistor T 1 is blocked. The drain electrode lies on the + pole of the second storage capacitor C 3 , so that its charging voltage is applied to the excitation winding of the relay RE when the transistor T 1 is switched on.

Da bei der verwendeten integrierten Schaltung IC 1 die sechs in ihr enthaltenen Schmitt-Trigger jeweils inver tierend wirken, sind für jede Triggerschaltung zwei solche Schmitt-Trigger hintereinandergeschaltet, so daß das Ausgangssignal dieselbe Polarität wie das Eingangs signal hat.Since in the integrated circuit IC 1 used the six Schmitt triggers contained in each have an inverting effect, two such Schmitt triggers are connected in series for each trigger circuit, so that the output signal has the same polarity as the input signal.

Der Relaiskontakt K ist ein Umschaltkontakt, der sich beim Ansprechen des Relais vom Ruhekontakt R auf den Arbeits kontakt A umlegt und die Tonfrequenzspannung vom Verstärker über einen zweiten Gleichrichter D 10 als Gleichspannung zum Nachladen auf den Speicherkondensator C 3 führt, so daß bei leitendem Transistor T 1 die Erregerspannung für das Relais RE dann unmittelbar aus dem Verstärkerausgangssignal abgeleitet wird, das dann ja nicht mehr am Lautsprecher L liegt.The relay contact K is a changeover contact, which switches when the relay responds from the normally closed contact R to the working contact A and the audio frequency voltage from the amplifier via a second rectifier D 10 leads as a DC voltage for recharging to the storage capacitor C 3 , so that when the transistor T is conductive 1 the excitation voltage for the relay RE is then derived directly from the amplifier output signal, which is then no longer at the loudspeaker L.

Ferner ist an den Arbeitskontakt A über eine Diode D 11 ein zweiter Spannungsteiler mit Widerständen R 7 und R 8 an geschlossen, dessen Abgriff über eine Triggerschaltung 5, eine Diode D 7 und einen Widerstand R 9 auf das RC-Glied C 2/ R 6 geführt ist. Das Teilerverhältnis des Spannungsteilers R 7/ R 8 beträgt 2:1, so daß die Triggerschaltung 5 bei einer niedrigeren Verstärkerausgangsspannung anspricht - und den Transistor T 1 eingeschaltet hält - als die Triggerschaltung 3 aufgrund des niedrigeren Teilerverhältnisses von etwa 4,5:1 des Spannungsteilers R 3/ R 4 anspricht. Dadurch wird eine gewünschte Hysterese der Schaltung erreicht, die nach dem Ansprechen bei einer bestimmten Verstärkerausgangs spannung erst dann wieder zurückschaltet, wenn die Verstär kerausgangsspannung um einen bestimmten Wert wieder unter die Ansprechspannung der Schaltung abgesunken ist.Furthermore, a second voltage divider with resistors R 7 and R 8 is connected to the make contact A via a diode D 11 , the tap of which is connected to the RC element C 2 / R 6 via a trigger circuit 5 , a diode D 7 and a resistor R 9 is led. The divider ratio of the voltage divider R 7 / R 8 is 2: 1, so that the trigger circuit 5 responds at a lower amplifier output voltage - and keeps the transistor T 1 on - than the trigger circuit 3 due to the lower divider ratio of about 4.5: 1 of the voltage divider R 3 / R 4 responds. As a result, a desired hysteresis of the circuit is achieved which, after the response to a specific amplifier output voltage, only switches back again when the amplifier output voltage has dropped again by a certain value below the response voltage of the circuit.

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: solange die Ausgangs spannung des Verstärkers normale Pegel nicht übersteigt, bei welchen der Lautsprecher L noch nicht gefährdet wird, lädt diese Spannung über den Gleichrichter 1 einerseits über D 5 und R 1 den Speicherkondensator C 1 bis zu der durch die Zenerdiode ZD 1 bestimmten Betriebsspannung für den IC mit den Schmitt-Triggern auf, andererseits lädt sie über D 8 und R 3 den Speicherkondensator C 3 bis zur Spitzen spannung auf. Die heruntergeteilte Spannung am Abgriff des Spannungsteilers R 3/ C 4 reicht dann noch nicht aus, um die Triggerschaltung 3 ansprechen zu lassen. Damit verbleiben auch die Triggerschaltungen 4 und 5 im Ruhe zustand und der Transistor T 1 leitet nicht. Das Relais R 1 ist nicht erregt, so daß sein Kontakt K auf dem Ruhekontakt R liegt und die Verstärkerausgangsspannung direkt zum Lautsprecher L gelangt.The circuit works as follows: as long as the output voltage of the amplifier does not exceed normal levels, at which the loudspeaker L is not yet at risk, this voltage loads via the rectifier 1, on the one hand, via D 5 and R 1, the storage capacitor C 1 to that through the Zener diode ZD 1 certain operating voltage for the IC with the Schmitt triggers, on the other hand, it charges the storage capacitor C 3 to the peak voltage via D 8 and R 3 . The divided voltage at the tap of the voltage divider R 3 / C 4 is then still not sufficient to trigger the trigger circuit 3 . Thus, the trigger circuits 4 and 5 remain in the idle state and the transistor T 1 does not conduct. The relay R 1 is not energized, so that its contact K is on the normally closed contact R and the amplifier output voltage reaches the speaker L.

Der Spannungsteiler R 3/4 ist so bemessen, daß die Spannung an seinem Abgriff dann, wenn der Ausgangspegel des Ver stärkers einen Wert erreicht, bei welchem Gefahr für den Lautsprecher L droht, so groß wird, daß die Trigger schaltung 3 anspricht und an ihrem Ausgang 12 eine positive Spannung liefert, welche über D 6 und R 5 zum Kondensator C 2 gelangt, der nunmehr aufgeladen wird, bis seine Ladespannung die Triggerschaltung 4 ebenfalls zum Ansprechen bringt, die daraufhin am Aus gang 6 ihrerseits eine positive Spannung an die Gate- Elektrode des Transistors T 1 liefert. Dieser wird dadurch in seinen Leitungszustand geschaltet und verbindet das Relais RE mit dem Speicherkondensator C 3, der sich nun über das Relais RE entladen kann und dieses zum Ansprechen bringt. Dadurch wird der Relaiskontakt K auf den Arbeits kontakt A umgeschaltet, so daß die Tonfrequenzspannung vom Verstärkerausgang nunmehr über den Gleichrichter D 10 den Speicherkondensator C 3 nachlädt, so daß das Relais RE erregt bleibt und sich über seinen Arbeitskontakt A selbst hält. Außerdem wird die nunmehr am Relaiskontakt A liegende Verstärkerausgangsspannung über die Diode D 11 gleichgerich tet und auf den Spannungsteiler R 7/ R 8 gegeben, dessen Abgriffsspannung den Triggerschalter 5 zum Ansprechen bringt, der nun seinerseits an seinem Ausgang 10 eine positive Spannung liefert, welche über die Diode D 7 und den Widerstand R 9 den Kondensator C 2 zusätzlich auflädt. Der Teilerfaktor des Spannungsteilers R 7/ R 8, mit gleichen Widerständen beträgt 1/2 und ist größer gewählt, als der Teilerfaktor des Spannungsteilers R 3/ R 4, der die angelegte Spannung auf etwa 1/5 herunterteilt, so daß die Trigger schaltung 5 noch im Triggerzustand verbleibt, wenn die Triggerschaltung 3 beim Absinken der Verstärkerausgangs spannung schon zurückgeschaltet hat, so daß die Trigger schaltung 4 ebenfalls noch im getriggerten Zustand ver bleibt und den Transistor T 1 noch leitend hält. Auf diese Weise wird ein Hysterese-Verhalten erreicht, durch welches das Relais RE erst bei einer geringeren Verstärkeraus gangsspannung abfällt, als einschaltet. Der Kondensator C 2, dessen Entladezeitkonstante durch den Widerstand R 6 bestimmt wird, sorgt dafür, daß die Triggerschaltung 4 im Triggerzustand verbleibt, auch wenn die Triggerschaltung 5 entsprechend der Halbwellengleichrichtung durch die Diode D 11 während der negativen Halbwellen jeweils wieder zurückkippt.The voltage divider R 3/4 is such that the voltage at its tap when the output level of the amplifier reaches a value at which danger to the loudspeaker L is so great that the trigger circuit 3 responds and on it Output 12 supplies a positive voltage, which passes through D 6 and R 5 to capacitor C 2 , which is now charged until its charging voltage also triggers trigger circuit 4 , which in turn then outputs a positive voltage to the gate at output 6. Electrode of transistor T 1 delivers. This switches it to its line status and connects the relay RE with the storage capacitor C 3 , which can now discharge through the relay RE and cause it to respond. As a result, the relay contact K is switched to the working contact A , so that the audio frequency voltage from the amplifier output is now recharged via the rectifier D 10 to the storage capacitor C 3 , so that the relay RE remains energized and maintains its working contact A itself. In addition, the amplifier output voltage now at relay contact A is rectified via diode D 11 and passed to voltage divider R 7 / R 8 , whose tap voltage triggers trigger switch 5 , which in turn now supplies a positive voltage at its output 10 , which via the diode D 7 and the resistor R 9 additionally charges the capacitor C 2 . The divider factor of the voltage divider R 7 / R 8 , with equal resistances is 1/2 and is chosen larger than the divider factor of the voltage divider R 3 / R 4 , which divides the applied voltage down to about 1/5, so that the trigger circuit 5th still remains in the trigger state when the trigger circuit 3 has already switched back when the amplifier output voltage drops, so that the trigger circuit 4 also remains in the triggered state and keeps the transistor T 1 conductive. In this way, a hysteresis behavior is achieved, by which the relay RE only drops when the amplifier output voltage is lower than that when it switches on. The capacitor C 2, whose discharge time constant is determined by the resistor R 6, ensures that the trigger circuit 4, remains even if the trigger circuit 5 each back tilts in accordance with the half-wave rectification through the diode D 11 during the negative half-waves again in the trigger condition.

Durch Änderung der Teilerfaktoren der beiden Spannungs teiler lassen sich die Ansprechspannung für die Schutz schaltung und ihr Hysterese-Verhalten entsprechend den Erfordernissen des zu schützenden Lautsprechers bemessen.By changing the divisors of the two voltages the response voltage for protection can be divided circuit and its hysteresis behavior according to the Dimensioned requirements of the speaker to be protected.

Claims

1. Overload protection circuit for loudspeakers, in particular tweeters, with a relay which responds to a predetermined limit power and via whose contact the loudspeaker is connected to the sound signal source, characterized in that a first rectifier ( 1 ) for derivation is connected directly to the sound signal source (IN) a DC voltage corresponding to the level of the audio frequency voltage is connected (to terminal 2 ),
that the DC voltage is fed to a first storage capacitor ( C 1 ) with voltage stabilizer (Zener diode ZD 1 ) to form a first operating voltage,
that the DC voltage is also supplied to a second storage capacitor ( C 2 ) to form an excitation voltage which can be applied to the relay (RE) via a switch transistor ( T 1 ),
that the DC voltage is also fed to a voltage divider ( R 3 / R 4 ) with a first divider factor, the tap of which is connected to the control electrode of the switch transistor via a coupling circuit ( 3 , D 6 , R 5 , C 2 , R 6 , 4 ),
and that the relay contact ( K ) is a changeover contact via which the sound signal source either to the loudspeaker ( L ) or via a second rectifier ( D 10 ) to the second storage capacitor ( C 2 ) and via a third rectifier ( D 11 ) a second voltage divider ( R 7 / R 8 ) with a second divider factor, which is greater than the first, is placed, the tap of which is connected to the coupling circuit.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the coupling circuit has a first trigger circuit ( 3 ) connected to the tap of the first voltage divider ( R 3 / R 4 ), a first diode ( D 6 ) connected to its output ( 12 ) Delay element ( C 2 , R 6 ) and a second trigger circuit ( 4 ) connected to the output of the filter element, the output ( 6 ) of which is connected to the control electrode of the switch transistor ( T 1 ).

3. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the tap of the second voltage divider ( R 7 / R 8 ) with the input of a third trigger circuit ( 5 ) is connected, the output ( 10 ) via a second diode ( D 7 ) on the filter element ( C 2 , R 6 ) of the coupling circuit leads.

4. A circuit according to claim 2 or 3, characterized in that the trigger circuits ( 3 , 4 , 5 ) are formed by Schmitt triggers.

5. A circuit according to claim 2, characterized in that the sieve element ( C 2 , R 6 ) is an RC element.

6. Circuit according to claim 1, characterized in that the DC voltage from the first rectifier ( 1 ) via a third or fourth diode ( D 5 or D 8 ) on the first or second storage capacitor ( C 1 or C 3 ) is.

7. Circuit according to claim 1, characterized in that a series resistor ( R 1 ) is connected upstream of the first storage capacitor ( C 1 ) and a Zener diode (ZD 1 ) is connected in parallel.