FI122649B - Protection circuit for a powered speaker - Google Patents

Protection circuit for a powered speaker Download PDF

Info

Publication number
FI122649B
FI122649B FI20090353A FI20090353A FI122649B FI 122649 B FI122649 B FI 122649B FI 20090353 A FI20090353 A FI 20090353A FI 20090353 A FI20090353 A FI 20090353A FI 122649 B FI122649 B FI 122649B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
voltage
current
circuit
loudspeaker
signal voltage
Prior art date
Application number
FI20090353A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20090353A0 (en
FI20090353A (en
Inventor
Esa Merilaeinen
Original Assignee
Esa Merilaeinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Esa Merilaeinen filed Critical Esa Merilaeinen
Priority to FI20090353A priority Critical patent/FI122649B/en
Publication of FI20090353A0 publication Critical patent/FI20090353A0/en
Priority to GB1015944.0A priority patent/GB2473950B/en
Publication of FI20090353A publication Critical patent/FI20090353A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI122649B publication Critical patent/FI122649B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/007Protection circuits for transducers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

SUOJAPnRI VIRTAOHJATULLE KAIUTTIMELLEPROTECTOR FOR POWER CONTROLLED SPEAKER

Keksintö liittyy sähködynaamisiin liikkuvakelaisiin kaiuttimiin, jotka on suunniteltu käytettäväksi virta-antoisten vahvistimien kanssa. Sen kohteena on suojapiiri, jolla voidaan rajoittaa kaiutin-5 elementin saamaa tehoa dynaamisesti niin, että yliohjaustilanteessa elementti ei pääse ylikuumenemaan jatkaen kuitenkin toimintaansa asetetun tehorajan puitteissa. Keksintö soveltuu suojaamaan kaiuttimia, joita käytetään olennaisesti virtaohjattuna, jolloin kaiutinta syöttävä signaali on olennaisesti virtasignaali eikä jännitesignaali kuten tavallisesti.The invention relates to electro-dynamic mobile coil loudspeakers designed to be used with power amplifiers. It is intended to provide a protection circuit that can dynamically limit the power received by the speaker-5 element so that, in an override situation, the element will not overheat while still operating within the set power limit. The invention is suitable for protecting loudspeakers that are used substantially current-controlled, wherein the signal supplying the loudspeaker is essentially a current signal and not a voltage signal as usual.

10 TAUSTAA: VIRTAOHJAUKSEN LAADULLINEN PAREMMUUS10 BACKGROUND: QUALITY ADVANCED POWER CONTROL

Tänä päivänä kaikki kaupallisesti saatavat audiovahvistin- ja kaiutinlaitteet toimivat jänniteoh-jausperiaatteella ilman merkittäviä poikkeuksia. Tämä tarkoittaa, että vahvistin toimii jännitelähteenä ja omaa siten pienen ulostuloimpedanssin. Kuitenkin sekä teknilliset näkökohdat että kuun-15 telukokemukset osoittavat selvästi, että jänniteohjaus on väärä valinta, jos äänenlaatua pidetään tärkeänä. Syynä on, että kaiutinelementin tuottamat sähkömotoriset voimat (SMV) häiritsevät jännite/virta-muunnosta, joka jänniteohjausperiaatteessa on jätetty kaiuttimen tehtäväksi.Today, all commercially available audio amplifier and loudspeaker devices operate on a voltage control principle without significant exceptions. This means that the amplifier acts as a voltage source and thus has a low output impedance. However, both the technical aspects and the experience of Moon-15 clearly show that voltage control is the wrong choice if sound quality is to be considered important. The reason is that the electric motor forces (SMV) produced by the speaker element interfere with the voltage / current conversion left to the speaker by the voltage control principle.

Kalvon liikkeeseen laittava ajovoima (F) on suoraan verrannollinen puhekelan läpi kulkevaan 20 virtaan (i) yhtälön F = Bli mukaan, missä tuloa Bl kutsutaan voimakertoimeksi (B = magneettivuon tiheys; / = langan pituus magneettikentässä). Jänniteohjatussa elementissä tämä virta tulee kuitenkin korruptoiduksi hyvin moninaisilla tavoilla.The driving force (F) of the membrane moving is directly proportional to the 20 currents passing through the voice coil (i) according to F = Bli, where B1 is called the force coefficient (B = magnetic flux density; / = wire length in the magnetic field). However, in a voltage-controlled element, this current becomes corrupt in a variety of ways.

Liikkuvakelaisen elementin sähköinen sijaiskytkentä voidaan esittää kuvan 1 mukaisesti. Rc ku-25 vaa puhekelan resistanssia, jännitelähde em edustaa elementin liike-SMV:tä (vasta-SMV), joka lasketaan: em = Blv (v = puhekelan nopeus), ja jännitelähde e, edustaa induktanssi-SMV:tä, joka on peräisin puhekelan häviöllisestä induktanssista.The electrical substitution of the moving coil element can be illustrated as shown in Figure 1. Rc ku-25 represents the resistance of the voice coil, the voltage source em represents the elemental SMV (counter-SMV) of the element, calculated as: em = Blv (v = the speed of the voice coil), and the voltage source e, represents the inductance SMV lossy inductance of the voice coil.

em on yleensä hallitsevassa asemassa elementin toistoalueen alapäässä, ja e, on vastaavasti hallit-30 sevassa asemassa toistoalueen yläpäässä. Tyypillisessä kartio- tai kalottielementissä em:n ja e,:n itseisarvojen summa on koko käyttötaajuusalueella suuruudeltaan vähintään samaa luokkaa kuin jännitehäviö resistanssissa Rc.em is generally dominant at the lower end of the element's playing region, and e, respectively, is dominant at the upper end of the playing region. In a typical cone or caliper element, the sum of the absolute values of em and e, over the entire operating frequency range is at least of the order of magnitude of the voltage drop at resistance Rc.

Sekä em että e, ovat alttiita monille vakaville häiriötekijöille, minkä vuoksi nämä jännitteet eivät 35 seuraa toistettavaa signaalia lineaarisesti, vaan sisältävät hyvin monenlaisia särökomponentteja. Ohjattaessa kuvan 1 sijaiskytkentää tavanomaisella pienen antoimpedanssin omaavalla vahvistimella, joka vastaa toiminnallisesti jännitelähdettä, lähteet em ja e, sekä kaikki näiden sisältämät 2 epämääräiset särökomponentit moduloivat resistanssin If yli jäävää jännitettä ja siten piirissä kulkevaa virtaa seurauksin, jotka ovat äänenlaadulle hyvin vahingollisia kaikkialla maailmassa.Both em and e1 are susceptible to many serious interferences and therefore these voltages do not follow the reproducible signal in a linear fashion but contain a very wide range of distortion components. By controlling the proxy switch of Fig. 1 with a conventional low-output impedance amplifier functionally corresponding to a voltage source, sources em and e, and all 2 indistinct distortion components contained therein, modulate the voltage across the resistance If, and thus the circuit current with very damaging world quality.

Sen sijaan ohjaamalla kuvan 1 sijaiskytkentää suuren antoimpedanssin omaavalla vahvistimella, 5 joka vastaa toiminnallisesti virtalähdettä, lähteet em ja e, sekä näiden sisältämät epämääräiset särökomponentit eivät pääse moduloimaan piirissä kulkevaa virtaa, joka määräytyy nyt suoraan ohjaavasta virtalähteestä, joka seuraa häiriöttömästi toistettavaa signaalia.Instead, by controlling the alternate circuit of Fig. 1 with a high output impedance amplifier 5 operatively corresponding to the power source, the sources em and e, and the indeterminate distortion components contained therein, cannot modulate the current in the circuit, now determined directly by the controlling power source following the interference-free signal.

Seuraavat häiriötekijät sekoittavat puhekelan virtaa jänniteohjauksella mutta luonnollisesti eivät 10 virtaohjauksella: 1) Puhekelan toimiminen mikrofonina kotelon sisäpuolelta heijastuville ja kalvon läpi pääseville ääniaalloille 2) Puhekelan toimiminen mikrofonina vierekkäisistä elementeistä lähteville ääniaalloille 3) Liikkuvien osien mekaanisten ja pneumaattisten epäideaalisuuksien aiheuttamat hallitse-15 mattomat SMV-ilmiöt.The following distractors mix the power of the voice coil with voltage control, but of course not with 10 power controls: 1) The voice coil for microphones reflecting from inside the housing and passing through the membrane 2) .

4) ^/-vaihtelusta johtuva impedanssin suuntakulman vaihtelu, joka aiheuttaa virtaan vaihemo-dulaatiota keskitaajuuksilla.4) Fluctuation of the impedance direction angle due to the / / vaiht variation which causes phase current to be modulated at the center frequencies.

5) Poikkeama-asennosta riippuva puhekelan induktanssi, joka aiheuttaa virtaan sekä amplitudi- että vaihemodulaatiota 20 6) Puhekelan induktanssi riippuu signaalin voimakkuustasosta aiheuttaen epäharmonista säröä 7) Resistanssin muutokset johtuen lämpötilan vaihteluista ja valmistustoleransseista 8) Ohjelmasignaalista riippuvat kontaktiresistanssivaihtelut liittimissä ja kytkimissä5) Spindle inductance dependent on deviation position, which causes both amplitude and phase modulation of current 20 6) Spindle inductance depends on signal strength level causing unharmonic distortion 7) Resistance variations due to temperature variations and manufacturing tolerances 8)

Yksityiskohtaista tietoa näistä jänniteohjauksen vakavista häiriömekanismeista ja virtaohjaukses-25 ta yleensä on saatavissa kirjassa: Esa Meriläinen: Current-Driving of Loudspeakers, CreateSpace 2010, USA (ISBN: 1450544002).Detailed information on these serious distraction mechanisms of voltage control and current control in general is available in: Esa Meriläinen, Current-Driving of Loudspeakers, CreateSpace 2010, USA (ISBN: 1450544002).

Kaiutinelementti toimii olennaisesti virtaohjaustilassa silloin, kun elementin näkemä impedanssi on suuri verrattuna elementin omaan impedanssiin niillä taajuuksilla, joita elementin on tarkoitus 30 toistaa. Toisin sanoen, jos elementin tilalle kytkettäisiin impedanssimittari, tämän tulisi näyttää mahdollisimman suurta impedanssin itseisarvoa. Tämän saavuttamiseksi vahvistimen antoimpedanssin on tietenkin oltava suuri, mutta lisäksi mahdollinen jakosuodatin on myös suunniteltava suuri-impedanssiseksi, jolloin kyseeseen tulevat lähinnä 1. kertaluvun suodattimet. (On huomattava, että täysin vastaavanlaiset rajoitukset koskisivat myös tavanomaisia jänniteohjausjäijestel-35 miä, mikäli niissä vastaavasti pidettäisiin kiinni elementin näkemän impedanssin pienuuden vaatimuksesta. Käytännössä tästä asiasta ei kuitenkaan juuri välitetä, jolloin elementin todellinen oh- 3 jaustila on usein jossain jännite- ja virtaohjauksen välimaastossa, yleensä kuitenkin lähempänä jänniteohjausta.)The loudspeaker element operates substantially in the current control state when the impedance seen by the element is high relative to the element's own impedance at the frequencies that the element is intended to reproduce. In other words, if an impedance meter were to be substituted for the element, this should show the greatest possible impedance absolute value. To achieve this, the output impedance of the amplifier must, of course, be high, but in addition, any divider filter must also be designed to be high impedance, whereby first order filters are concerned. (Note that similar restrictions would also apply to conventional voltage control circuits, provided that they respectively adhere to the requirement of low impedance seen by the element. , however, usually closer to voltage control.)

Virtaohjausperiaate soveltuu siten käytettäväksi sekä aktiivi- että passiivikaiuttimissa siinä missä 5 jänniteohjausperiaatekin. On siksi hyvin valitettavaa, että edellä lueteltujen häiriömekanismien sallitaan vaikuttaa ja turmella äänenlaatua kaikissa nykyisissä äänentoistojäqestelmissä, joissa jänniteohjausta pidetään standardikäytäntönä fysiikan tosiasioista piittaamatta.The current control principle is thus suitable for use with both active and passive loudspeakers, as is the case with the voltage control principle. It is therefore deeply regrettable that the interference mechanisms listed above are allowed to influence and degrade the sound quality in all current audio output systems where voltage control is considered standard practice regardless of physics.

Virtaohjauksen käyttöönottoa on kenties rajoittanut ennakkoluulo, jonka mukaan bassoelementin 10 perusresonanssia ei voitaisi helposti vaimentaa jänniteohjaukseen liittyvän ns. sähköisen vaimennuksen jäädessä pois. Tarvittava resonanssivaimennus saadaan kuitenkin aikaan käyttämällä pienen mekaanisen ö-arvon omaavaa elementtiä, täyttämällä kotelo tehokkaalla vaimennusaineella ja käyttämällä tarkoitukseen sopivaa aktiivista tai passiivista vaimennuskytkentää, jolla basso- vaste voidaan hienosäätää kohdalleen.The introduction of current control may have been constrained by the prejudice that the basic resonance of the bass element 10 could not easily be suppressed by the so-called voltage control. with no electrical suppression. However, the necessary resonance damping is achieved by using a low mechanical δ value element, filling the housing with an effective damping agent, and using a suitable active or passive damping coupling for fine tuning the bass response.

1515

Laajalle levinneen mutta vain toiveajatteluun perustuvan käsityksen mukaan vahvistimen ulostu-loimpedanssin pitäisi olla mahdollisimman pieni, jotta kalvon liike olisi "kontrolloitua" ja jotta elementin tuottamat SMV:t jotenkin häviäisivät olemattomiin. Fysikaalinen tosiasia on, että kalvon liikettä (tarkemmin sanottuna kiihtyvyyttä) voidaan hallita vain virralla, eikä sähkömotorisia 20 voimia itsessään voida koskaan vaimentaa vaimentamatta koko kaiutinta, yksinkertaisesti siksi, että laki em = Blv ei voi koskaan lakata pitämästä paikkaansa, käytettiinpä millaisia impedansseja tai piirejä tahansa. Sen sijaan vahingolliset SMV-peräiset virrat ovat se, mitä voidaan ja täytyy vaimentaa Ja tämä tehdään vain huolellisella virtaohjaussuunnittelulla.According to a widespread but purely wishful thinking, the amplifier output-luminosity should be as low as possible, so that the motion of the diaphragm would be "controlled" and the SMVs produced by the element would somehow disappear. The physical fact is that the motion of the diaphragm (more specifically, the acceleration) can only be controlled by current, and the electric motor forces themselves can never be suppressed without suppressing the entire speaker, simply because the em = Blv law can never cease to hold its position, whatever impedances or circuits . Instead, harmful SMV-derived currents are what can and must be suppressed And this is only done with careful current control design.

25 NYKYISET SUOJAUSTEKNIIKAT25 CURRENT SECURITY TECHNIQUES

Nykyisin käytetyt kaiutinelementtien suojauskeinot ovat lähinnä elementin kanssa sarjaan kytkettäviä virranrajoittimia tai -katkaisijoita. Katkaisutoiminto saadaan aikaan sulakkeella tai releellä, joka irrottaa elementin keskimääräisen signaalitason ylittäessä tietyn rajan. Virran rajoit-30 tamiseksi on käytetty myös erilaisia lämpötilasta riippuvan resistanssin omaavia elimiä, kuten PTC-vastuksia, hehkulamppuja ja erityisesti tarkoitukseen kehitettyjä lämpöherkkiä komponentteja ("posistori").The current means of protecting the loudspeaker elements are mainly a series of current limiting devices or circuit breakers that are connected to the element. The cut-off function is accomplished by a fuse or relay which disconnects the element when the average signal level exceeds a certain limit. Various temperature-dependent resistors, such as PTC resistors, incandescent lamps, and specially designed thermosensitive components ("posistor"), have also been used to limit current.

Pelkästään elementin rinnalle kytkettäviä suojaelimiä ei sen sijaan ole mahdollista käyttää jänni-35 teohjatuissa kaiuttimissa, koska näissä elementin ohi johdettu virta ei vähennä elementin saamaa virtaa, vaan aiheuttaa vain lisäkuorman vahvistimelle.On the other hand, it is not possible to use the protection elements connected only to the element in voltage-controlled 35 loudspeakers, since the current supplied by the element does not reduce the current received by the element, but only places an additional load on the amplifier.

44

Sulakkeiden ja releiden käyttö on mahdollista myös virtaohjauskaiuttimessa, mutta sulakkeiden hitaudesta ja releiden epätarkkuudesta johtuen aktivoitumisrajan asettaminen on hankalaa. Signaalin äkillinen katkeaminen ei myöskään ole usein toivottavaa.The use of fuses and relays is also possible in the power control speaker, but due to the slowness of the fuses and the inaccuracy of the relays, setting the activation threshold is difficult. Also, a sudden loss of signal is often undesirable.

5 Patenttihakemuksessa GB2115628A on esitetty tavanomaiselle jänniteohjauskaiuttimelle tarkoitettu suojakytkentä, jossa on sovellettu tasasuuntaussiltaa sekä jänniteherkkää kytkintä. Tasa-suunnattua signaalia ei kuitenkaan ole suodatettu mitenkään, jolloin kytkin liipaistuu jo ensimmäisestä rajan ylittävästä aallonharjasta.Patent application GB2115628A discloses a protective circuit for a conventional voltage control loudspeaker with a rectifier bridge and a voltage sensitive switch. However, the rectilinear signal is not filtered in any way, so that the switch is triggered from the first cross-border wave brush.

10 KEKSINNÖN YLEISPERIAATE10 GENERAL PRINCIPLE OF THE INVENTION

Virtaohjaus tarjoaa mahdollisuuden käyttää rajoituselimenä myös transistoreita, sillä elementin ohi johdettu virta on poissa itse elementiltä. Tämä keksintö kuvaa keinon suojata virtaohjattavaa kaiutinelementtiä liialliselta teholta käyttämällä kuvan 2 mukaista suojakytkentäperiaatetta.The current control also provides the possibility of using transistors as a limiting element, since the current passed through the element is absent from the element itself. The present invention describes a way of protecting a power-controlled speaker element from over-power by using the protective switching principle of Figure 2.

1515

Suojattavan kohteen 1 yli oleva jännite tasasuunnataan kokoaaltotasasuuntaussillalla 2a-d, jonka tuottamaa jännitettä alipäästösuodatetaan tasaussuodattimella 3, jonka aikavakio vastaa suunnilleen suojattavan kohteen 1 puhekelan lämpenemisaikavakiota. Tasaussuodattimen 3 näin tuottamaa suojattavan puhekelan lämpötilan nousuun verrannollista jännitettä käytetään ohjainpiirin 4 20 välityksellä ohjaamaan tehotransistoria 5, joka kytkeytyy johtavaksi tasaussuodattimen 3 tuottaman jännitteen ylittäessä asetetun raja-arvon. Tehotransistorin 5 ollessa johtavana suojattavan kohteen 1 saama virta ja teho pysyvät sallituissa rajoissa, vaikka syötettävä virta 6 olisi paljon suurempi kuin suojattavan puhekelan sietämä virta.The voltage across the protected object 1 is rectified by a full-wave rectifier bridge 2a-d whose voltage is low-pass filtered by an equalization filter 3 whose time constant approximates the warm-up time constant of the voice coil of the protected object 1. A voltage proportional to the rise in temperature of the protected voice coil thus produced by the equalization filter 3 is applied via a control circuit 4 20 to control a power transistor 5 which is switched on when the voltage produced by the equalization filter 3 exceeds a set limit. With the power transistor 5 conducting, the current and power supplied by the protected object 1 remain within the permissible range, even if the current supplied 6 is much greater than the current tolerated by the protected voice coil.

25 KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUSDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Kuva 2 esittää keksinnön yksinkertaista sovellutusmuotoa, jossa rajoituselimenä käytetään teho-MOSFET-transistoria. Kuva 3 esittää muuten vastaavaa suojapiiriä kuin kuva 2, mutta lisäksi on otettu käyttöön yksinkertainen taajuuskorjaus. Kuva 4 esittää muuten vastaavaa suojapiiriä kuin 30 kuva 2, mutta toiminnan tarkentamiseksi on käytetty bipolaarista ohjaintransistoria. Kuva 5 esittää muuten vastaavaa suojapiiriä kuin kuva 4, mutta sekä ohjaintransistorina että tehotransistorina on käytetty ns. Darlington-pareja.Figure 2 illustrates a simple embodiment of the invention in which a power MOSFET transistor is used as a limiting member. Figure 3 illustrates a circuit similar to that of Figure 2, but a simple equalization is introduced. Fig. 4 illustrates a circuit similar to that of Fig. 30, except that a bipolar control transistor is used to refine operation. Figure 5 illustrates a circuit similar to that of Figure 4, but so-called control transistors and power transistors are used. Darlington pairs.

Kuvassa 2 vastus 7 ja kondensaattori 8 muodostavat tasaussuodattimen 3, joka tuottaa tasasuun-35 natusta jännitteestä likimääräisen lyhyen ajan keskiarvon. Vastus 9, joka on arvoltaan paljon pienempi kuin vastus 7, tarvitaan, jotta kondensaattori 8 latautuisi kohti mainitun tasasuunnatun jännitteen keskiarvoa huippuarvon sijaan. Keskiarvottava toiminta on parempi, sillä puhekelan ♦ 5 lämpeneminen määräytyy tehollisarvosta, ja huippuarvojen suhde tehollisarvoon vaihtelee käytännön aaltomuodoilla enemmän kuin tehollisarvon ja keskiarvon välinen suhde. (Tehollisarvo on aina keskiarvoa suurempi.) 5 Resistanssi 10 on suurempi kuin resistanssi 7, jotta kondensaattoria 8 ei suotta kuormitettaisi. Suojan reagointinopeus määräytyy tällöin aikavakiosta RC, missä R on vastuksen 7 resistanssi ja C kondensaattorin 8 kapasitanssi.In Figure 2, the resistor 7 and the capacitor 8 form an equalization filter 3 which produces an approximate short time average of the rectified voltage. A resistor 9, which is much smaller in value than resistor 7, is required for the capacitor 8 to charge toward the average of said rectified voltage instead of a peak value. The averaging function is better because the warm-up of the voice coil ♦ 5 is determined by the effective value and the ratio of the peak values to the effective value varies with practical waveforms more than the ratio of the power value to the mean. (The effective value is always higher than the average.) 5 The resistance 10 is greater than the resistance 7, so that the capacitor 8 is not overloaded. The protection response rate is then determined by the time constant RC, where R is the resistance of resistor 7 and C is the capacitance of capacitor 8.

Diodiketjussa 11 syntyvä jännitehäviö asetetaan vastaamaan suojan aktivoitumiseen vaadittavan 10 (kondensaattorin 8) latausjännitteen ja MOSFETin 5 kynnysjännitteen erotusta.The voltage drop across the diode circuit 11 is set to correspond to the difference between the charging voltage required for activating the shield 10 (capacitor 8) and the threshold voltage of the MOSFET 5.

Diodeja 11 käyttämällä suojan kytkeytyminen saadaan terävämmäksi, ja samalla riippuvuus MOSFETin 5 kynnysjännitteen hajonnasta pienenee. Pienimpien tehojen ollessa kyseessä diodeja 11 ei kuitenkaan voida käyttää, koska vaadittava jännitehäviö jäisi olemattomaksi.By using the diodes 11, the protection switching is made sharper and at the same time the dependence on the dissipation of the threshold voltage of the MOSFET 5 is reduced. However, for the lowest wattages, the diodes 11 cannot be used because the required voltage drop would be non-existent.

1515

Transistoriksi 5 kannattaa valita vähintään noin 10 ampeerin tyyppi, vaikka odotettavissa olevat virrat olisivat pienempiä, sillä mitä suurempi transkonduktanssi transistorilla 5 on, sitä tarkkara-jaisemmin suoja toimii. Kynnysjännitteen olisi oltava matala ja sen hajonnan kohtuullista. MOS-FETit ovat kuitenkin melko halpoja, joten kynnysjännitteitä on mahdollista hieman valikoida.It is preferable to select at least about 10 amperes for the transistor 5, even if the expected currents are smaller, since the higher the transconductance of the transistor 5, the more closely the protection will operate. The threshold voltage should be low and its dispersion reasonable. However, MOS-FETs are quite cheap, so there is a bit of a choice of threshold voltages.

20 MOSFETin 5 jäähdytystarvetta voidaan arvioida vahvistimen maksimivirran ja suojattavan elementin 1 maksimijännitteen avulla. Suojan aktivoiduttua suurin osa häviötehosta kuluu kuitenkin vahvistimessa, jonka lämpösuunnittelussa oikosulun mahdollisuus on muutenkin otettava huomioon.The cooling demand of the MOSFET 5 can be estimated by the maximum current of the amplifier and the maximum voltage of the element 1 to be protected. However, once the shield is activated, most of the loss power is consumed by the amplifier, which must otherwise take into account the possibility of a short circuit.

2525

Suojattavan kohteen 1 impedanssin ollessa voimakkaasti taajuusriippuva tämän impedanssin yli oleva jännite ei vastaa kovin hyvin puhekelan resistanssissa häviävää jännitettä, josta puhekelan lämpeneminen määräytyy. Tällöin tarkkailtavaa jännitettä voidaan suodattaa ennen tasasuuntaus-ta ja keskiarvotusta. Esimerkki tällaisesta kytkennästä on kuvassa 3.When the impedance of the object to be protected 1 is strongly frequency dependent, the voltage across this impedance does not correspond very well to the voltage lost in the resistance of the voice coil, which determines the heating of the voice coil. In this case, the voltage to be monitored can be filtered before rectifying and averaging. An example of such a connection is shown in Figure 3.

3030

Vastukset 12, 13, 14 ja kondensaattori 15 muodostavat symmetroidun koijaussuodattimen 16, jolla on mahdollista vaimentaa korkeita taajuuksia 0-6 dB esim. puhekelainduktanssin kompensoimiseksi. Toisen puoliaallon aikana tasauspiiristö 17 saa jännitteensä koijaussuodattimelta 16 diodien 18 ja 2c kautta ja toisen puoliaallon aikana diodien 19 ja 2d kautta. Diodit 18 ja 19 voi-35 vat olla tavallisia piensignaalidiodeja kuten hilalle johtavat diodit 11.The resistors 12, 13, 14 and the capacitor 15 form a symmetrical echo filter 16 which makes it possible to attenuate high frequencies from 0 to 6 dB, for example to compensate for voice coil inductance. During the second half-wave, the equalization circuit 17 receives its voltage from the coil filter 16 through diodes 18 and 2c and during the second half-wave through diodes 19 and 2d. Diodes 18 and 19 may be conventional small signal diodes such as gate-conducting diodes 11.

Tasauspiiristö 17 ei saa kuormittaa liikaa suodatinta 16, eikä suodatin 16 puolestaan saa muodos- * 6 taa liian pientä impedanssia suojattavan elementin 1 rinnalle. Resistanssien 12 ja 14 ollessa vaikkapa joitakin satoja ohmeja resistanssin 9 olisi siten oltava ainakin joitakin kilo-ohmeja ja resistanssin 7 vastaavasti edelleen suurempi.The compensation circuit 17 must not overload the filter 16, and the filter 16, in turn, must not create too low impedance alongside the element 1 to be protected. Thus, with resistances 12 and 14 being, for example, a few hundred ohms, the resistance 9 should be at least a few kilo-ohms and the resistance 7, respectively, still higher.

5 Suojan toimintaa on mahdollista vielä terävöittää ja kynnysjänniteriippuvuutta vähentää käyttämällä ohjaintransistoria tehotransistorin 5 edellä.It is possible to further sharpen the protection function and reduce the threshold voltage dependence by using a control transistor in front of the power transistor 5.

N-tyypin MOSFETin ohjaukseen voidaan käyttää PNP-transistoria kuten kuvassa 4. Tasaussuo-dattimen 3 referenssipotentiaalina toimii nyt positiivinen napa 20, ja suoja aktivoituu PNP-tran-10 sistorin 21 kanta-emitteri-jännitteen eli vastuksen 22 yli olevan jännitteen saavuttaessa tietyn rajan (n. 0,6 V), jolloin vastus 23 alkaa saada virtaa ja avaa MOSFETin 5.The PNP transistor can be used to control the N-type MOSFET as shown in Figure 4. The reference potential of the equalizer filter 3 is now positive pole 20, and the protection is activated when the base emitter voltage, i.e. resistor 22, of PNP tran-10 reaches a certain limit ( 0.6 V), whereupon the resistor 23 begins to receive current and opens the MOSFET 5.

Bipolaaritransistorien kanta-emitteri-jännitteen hajonta on pientä, joten toiminnan tarkkuus on hyvä pienilläkin tehoilla. Virtavahvistuskertoimella ei ole tässä suurta merkitystä, koska kantaa 15 ohj ataan lähinnä jännitteellä.The base-emitter voltage dispersion of the bipolar transistors is small, so the accuracy of operation is good even at low power. The current gain factor is not of great importance here since the base 15 is controlled mainly by voltage.

Aktivoitumiseen vaadittavan kantavirran 24 olisi kuitenkin oltava ainakin kertaluokkaa pienempi kuin vastuksen 22 virta, jonka olisi puolestaan oltava paljon pienempi kuin kondensaattoria 8 lataava virta, jonka taas on oltava pieni vastuksen 9 virtaan nähden. Kantavilta 24 voi siten olla 20 käytännössä vain joitakin mikroampeereja, joten häiriöiden välttämiseksi suurivirtaisia johtimia ei välttämättä kannata sijoittaa aivan ohjaintransistorin 21 läheisyyteen, vaikka kyse ei olekaan mistään tarkkuuspiiristä.However, the base current 24 required for activation should be at least one order less than the current of the resistor 22, which in turn should be much less than the current charging the capacitor 8, which again should be small relative to the current of the resistor 9. Thus, in practice, the carrier 24 may have only a few microampers 20, so to avoid interference it is not necessary to place the high current conductors in the immediate vicinity of the control transistor 21, even though it is not a precision circuit.

Rajoitetun jännitteen aaltomuoto on melko erilainen kuvien 4 ja 2 kytkennöillä, koska ohjain-25 transistorin 21 kollektorivirta ja siihen verrannollinen MOSFETin 5 ohjausjännite riippuvat hieman signaalin hetkellisarvosta. Kuvan 4 kytkentä toimii leikkaamalla pehmeästi tietyn rajan ylittävät signaalihuiput, kun taas kuvan 2 kytkentä pyrkii leikkaamaan aaltoja tyvestä päin jättäen huippujen muodon lähes ennalleen.The waveform of the limited voltage is quite different with the connections of Figures 4 and 2, since the collector current of the controller-25 transistor 21 and the control voltage of the MOSFET 5, which is proportional to it, depend slightly on the instantaneous value of the signal. The coupling in FIG. 4 works by smoothly cutting signal peaks above a certain limit, while the coupling in FIG. 2 tends to cut the waves from the base, leaving the peaks almost intact.

30 Ohjaintransistorin käyttö tekee mahdolliseksi käyttää tehotransistorina myös bipolaarista Dar-lington-paria kuten kuvassa 5. Jotta tälle parille saataisiin riittävästi kantavirtaa, voidaan ohjain-transistorinakin käyttää Darlington-transistoria. Aktivoitumiseen vaadittava kantajännite on tällöin kuitenkin kaksinkertainen kuvaan 4 verrattuna.The use of a controller transistor also makes it possible to use a Daripington bipolar pair as a power transistor, as shown in Figure 5. In order to provide sufficient base current for this pair, a Darlington transistor can also be used as a controller transistor. However, the carrier voltage required for activation is then double that of Figure 4.

35 Kuvassa 3 esitetty koijaussuodatin 16 voidaan lisätä myös kuvien 4 ja 5 kytkentöihin, kunhan eri asteiden kuormitettavuus huomioidaan.The echo filter 16 shown in Figure 3 can also be added to the connections of Figures 4 and 5, provided that the load capacities of the various degrees are taken into account.

Claims (4)

1. Virtaohjausperiaatteella toimivalle kaiuttimelle soveltuva kaiuttimen suojapiiri, joka tark- kailee ja rajoittaa kaiutinjäijestelmässä esiintyvää signaalijännitettä, tunnettu siitä, että mainittu suojapiiri sisältää - tasasuuntaussillan (2a-d), jonka vaihtojännitenavat on kytketty mainittuun signaali- 10 jännitteeseen ja jolla tasasuuntaussillalla on plusnapa ja miinusnapa. - tehotransistorin (5), joka auki ollessaan johtaa virtaa mainitun plusnavan ja mainitun miinusnavan välillä. 15. ainakin yhden RC-aikavakiopiirin (3) mainitun suojapiirin reagointinopeuden aset tamiseksi niin, että mainitun signaalijännitteen voimakkuus voi lyhytaikaisesti ylittää mainitun suojapiirin staattisen aktivoitumisrajan.A loudspeaker circuit suitable for a current-controlled loudspeaker which monitors and limits the signal voltage present in the loudspeaker system, characterized in that said circuit comprises: a rectifier bridge (2a-d) with alternating voltage terminals connected to said signal voltage and . a power transistor (5) which, when open, conducts current between said plus terminal and said negative terminal. 15. at least one RC time constant circuit (3) for adjusting the response rate of said protection circuit so that the intensity of said signal voltage can transiently exceed the static activation limit of said protection circuit. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojapiiri, tunnettu siitä, että mainittua signaalijännitettä 20 suodatetaan ennen tasasuuntaamista ja johtamista mainitun tehotransistorin (5) ohjaamisesta huolehtiville piireille.Protective circuit according to claim 1, characterized in that said signal voltage 20 is filtered before rectifying and directing to said circuits controlling the power transistor (5). 3. Kaiutin, tunnettu siitä, että se sisältää patenttivaatimuksen 1 mukaisen suojapiirin.A loudspeaker, characterized in that it comprises a protective circuit according to claim 1. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kaiutin, tunnettu siitä, että mainittua signaalijännitettä suodatetaan ennen tasasuuntaamista ja johtamista mainitun tehotransistorin (5) ohjaamisesta huolehtiville piireille.A loudspeaker according to claim 3, characterized in that said signal voltage is filtered before rectifying and directing to said circuits controlling the power transistor (5).
FI20090353A 2009-09-25 2009-09-25 Protection circuit for a powered speaker FI122649B (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20090353A FI122649B (en) 2009-09-25 2009-09-25 Protection circuit for a powered speaker
GB1015944.0A GB2473950B (en) 2009-09-25 2010-09-23 Protection circuit for current-driven loudspeakers

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20090353A FI122649B (en) 2009-09-25 2009-09-25 Protection circuit for a powered speaker
FI20090353 2009-10-05

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20090353A0 FI20090353A0 (en) 2009-09-25
FI20090353A FI20090353A (en) 2011-03-26
FI122649B true FI122649B (en) 2012-05-15

Family

ID=41136351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20090353A FI122649B (en) 2009-09-25 2009-09-25 Protection circuit for a powered speaker

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI122649B (en)
GB (1) GB2473950B (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108271097A (en) * 2018-02-05 2018-07-10 林红英 A kind of car audio system

Also Published As

Publication number Publication date
FI20090353A0 (en) 2009-09-25
FI20090353A (en) 2011-03-26
GB2473950A (en) 2011-03-30
GB201015944D0 (en) 2010-11-03
GB2473950B (en) 2013-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10365673B2 (en) Digitally controlled AC protection and attenuation circuit
WO2002021879A3 (en) Digital system to compensate power compression of loudspeakers
US20130077794A1 (en) Thermal Control of Voice Coils in Loudspeakers
US8699720B2 (en) Headphones with distortion-free loudness limiting and dynamic equalization device
FI122649B (en) Protection circuit for a powered speaker
US6201680B1 (en) Adjustable high-speed audio transducer protection circuit
JP7377982B2 (en) AC motor gear control circuit and system
US5103147A (en) Operating device for consumers connected to the electric system of mobile units
US6263084B1 (en) Power amplifier and loudspeaker frame integration
US10271139B2 (en) Device and method for filtering the resonance peak in a circuit for supplying at least one loud speaker upstream of the latter
CN109756195A (en) From band spectrum modulation D-type audio power amplifier
JP4709384B2 (en) Filter device for filtering out supply voltage disturbances
EP1432120A1 (en) Audio power amplifier
US5912978A (en) Loudspeaker
KR101451467B1 (en) Camera module reduced switching noise
JPH04368420A (en) Inverter type power supply apparatus
JP4792308B2 (en) Digital amplifier protector
JP4837414B2 (en) Surge protection circuit
JP4940836B2 (en) Induction heating rice cooker
CN210225730U (en) Low-noise anti-interference digital power amplifier system
US7576520B2 (en) Power generation control device for vehicle generator
JP2005516510A5 (en)
CN210137256U (en) Direct current motor, pump with same and vehicle
CN208638335U (en) A kind of feedback regulation jump pulse protective device suitable for PWM power amplifier
JP2017092670A (en) Pulse generation device

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 122649

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed