TWI395081B - 電源補償裝置及方法 - Google Patents

Description

電源補償裝置及方法

本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種電源補償裝置及方法。

眾所週知，音頻設備在播放音頻訊號時，在音頻訊號的非低重音段會消耗較低的能量，在音頻訊號的低重音段會消耗較高的能量。傳統的音頻設備，通常係採用可充電電池或穩定的直流電壓源供電。

然而，可充電電池或者穩定的直流電壓源只能提供恒定的電壓。當音頻訊號處於低重音段時，上述恒定電壓可能不足以驅動上述音頻設備，因而導致音頻訊號在播放時失真。

有鑒於此，有必要提供一種電源補償裝置用於補償音頻訊號處於低重音段時的電源電壓。

還有必要提供一種可在音頻訊號處於低重音段時補償電源電壓之電源補償方法。

一種電源補償裝置，與電源單元相連。電源補償裝置包括偵測電路及補償電路，偵測電路用於偵測來自訊號源輸入的音頻訊號，並在偵測到第一節奏特徵的音頻訊號時產生第一電位訊號，補償電路用於根據第一電位訊號儲存能量。偵測電路還用於在偵測到第二節奏特徵的音頻訊號時產生第二電位訊號，補償電路基於第二電位訊號藉由電源單元釋放能量。

一種電源補償方法，其包括以下步驟：偵測音頻訊號；當偵測到第一節奏特徵的音頻訊號時儲存能量；當偵測到第二節奏特徵的音頻訊號時，藉由電源單元釋放能量。

上述電源補償裝置及方法，藉由設置偵測電路及補償電路，當偵測電路偵測到音頻訊號處於第一節奏特徵，即音頻訊號處於非低重音段時，補償電路即對電源單元輸出的供電電壓進行補償，使供電電壓的電壓值增大，因此該電壓值增大的供電電壓可滿足音頻系統對播放處於低重音段的音頻訊號需要較高電壓的需求。

100‧‧‧電源補償裝置

200‧‧‧音頻系統

300‧‧‧音頻設備

10‧‧‧訊號源

20‧‧‧訊號處理單元

30‧‧‧偵測電路

50‧‧‧補償電路

60‧‧‧電源單元

62‧‧‧恆定電壓端

64‧‧‧供電電壓端

70‧‧‧功率放大單元

80‧‧‧揚聲器

V1、Vcc‧‧‧電壓

I1、I2、I3、I4‧‧‧電流

C1、C2‧‧‧電容

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12、R13、R14、Rf‧‧‧電阻

U2‧‧‧運算放大器

U1‧‧‧控制晶片

52‧‧‧同相輸入端

54‧‧‧反相輸入端

56‧‧‧輸出端

43‧‧‧基準電壓端

Q1、Q2‧‧‧電晶體

D1‧‧‧二極體

A‧‧‧節點

42‧‧‧偵測電壓端

44‧‧‧充電控制端

步驟402~408‧‧‧電源補償方法400

圖1為一較佳實施方式的音頻設備之功能模組圖，其中該音頻設備包括音頻系統及電源補償裝置。

圖2為圖1中電源補償裝置之詳細電路圖。

圖3為一較佳實施方式的電源補償方法之流程圖。

請參閱圖1，一較佳實施方式之音頻設備300包括電源補償裝置100、電源單元60及音頻系統200。

電源補償裝置100用於偵測音頻系統200中音頻訊號的節奏特徵，並在偵測到音頻訊號為第一節奏特徵時儲存能量，以對電源單元60提供的供電電壓Vcc進行補償，使得供電電壓Vcc的電壓值增大。電源補償裝置100還在偵測到音頻訊號為第二節奏特徵時釋放能量，從而該電壓值增大的供電電壓Vcc被提供給音頻系統200，以滿足音頻系統200在播放處於低重音段的音 頻訊號時對較高供電電壓的需求。在本實施方式中，第一節奏特徵為處於非低重音段的音頻訊號，第二節奏特徵為處於低重音段的音頻訊號。

電源補償裝置100包括偵測電路30及補償電路50。電源單元60包括恒定電壓端62及供電電壓端64。恒定電壓端62用於給補償電路50提供恒定電壓V1。該供電電壓端64用於分別給偵測電路30、補償電路50及音頻系統200提供供電電壓Vcc。

音頻系統200包括訊號源10、訊號處理單元20、功率放大單元70及揚聲器80。訊號處理單元20用於對訊號源10提供的音頻訊號進行處理，如濾波、頻率補償及音效改善等，並將處理後的音頻訊號分別提供給偵測電路30及功率放大單元70，功率放大單元70用於對處理後的音頻訊號進行功率放大，以提供給揚聲器80播放聲音。

偵測電路30用於接收該處理後的音頻訊號，偵測該音頻訊號的節奏特徵，以產生偵測電壓。當音頻訊號為第一節奏特徵，例如處於非低重音段時，偵測電壓較小。當音頻訊號為第二節奏特徵，例如處於低重音段時，偵測電壓較大。

偵測電路30預先設置有一基準電壓，其用於接收該偵測電壓，並將偵測電壓與基準電壓進行比較。當偵測電壓小於基準電壓時，確定音頻訊號為第一節奏特徵，即音頻訊號處於非低重音段，偵測電路30產生第一電位訊號。當偵測電壓大於基準電壓時，確定音頻訊號為第二節奏特徵，即音頻訊號處於低重音段，偵測電路30產生第二電位訊號。在本實施方式中，第一電位訊號為低電位電壓訊號，第二電位訊號為高電位電壓訊號。

補償電路50分別連接偵測電路30及電源單元60。補償電路50用於接收恒定電壓端62提供的恒定電壓V1，並根據第一電位訊號對電源單元60提供的供 電電壓Vcc進行補償，使得該供電電壓Vcc的電壓值增大，並使得該供電電壓Vcc維持在較高的電壓值。具體地，該補償電路50包括一電容，藉由對該電容持續充電以使得供電電壓Vcc的電壓值增大並維持較高的電壓值。

補償電路50還用於根據第二電位訊號停止對該電容充電，從而電容中儲存的電能會釋放，該電壓值增大的供電電壓Vcc被提供給音頻系統200，滿足了音頻系統200在播放處於低重音段的音頻訊號時對較高供電電壓的需求。因而有效地避免了現有技術中電源單元60提供的供電電壓Vcc在音頻訊號處於低重音段時無法驅動音頻系統200工作。

請參閱圖2，其為一較佳實施方式的電源補償裝置100的詳細電路圖。

偵測電路30包括第一電晶體Q1、第一控制電阻R1、第二控制電阻R2、第一限流電阻R3、第一回饋電阻R4、第一電容C1、下拉電阻R5、控制晶片U1、第一分壓電阻R13及第二分壓電阻R14。

第一電晶體Q1的基極連接訊號處理單元20、集極藉由第一限流電阻R3連接供電電壓Vcc，射極藉由第一回饋電阻R4接地。第一控制電阻R1連接於第一電晶體Q1的基極與供電電壓Vcc之間，第二控制電阻R2連接於第一電晶體Q1的基極與地之間。在本實施方式中，第一電晶體Q1為NPN型電晶體。第一回饋電阻R4的作用在於穩定第一電晶體Q1的工作點。

控制晶片U1具有偵測電壓端42、基準電壓端43及充電控制端44。第一電容C1的一端連接第一電晶體Q1的集極，另一端連接偵測電壓端42。下拉電阻R5的一端連接於第一電容C1與偵測電壓端42之間，另一端接地。該偵測電壓端42與第一電容C1相連，該充電控制端44連接補償電路50。基準電壓端43藉由第一分壓電阻R13連接供電電壓Vcc，基準電壓端43還藉由第二分壓電阻R14接地，第一分壓電阻R13及第二分壓電阻R14共同對供電電壓Vcc分 壓以產生基準電壓，使得基準電壓端43可提供基準電壓。控制晶片U1用於將偵測電壓端42接收到的偵測電壓與基準電壓進行比較，在偵測電壓小於基準電壓時產生第一電位訊號，並在偵測電壓大於基準電壓時產生第二電位訊號。

補償電路50包括第二電晶體Q2、第三分壓電阻R6、第四分壓電阻R7、第三限流電阻R8、二極體D1、第二電容C2、第五分壓電阻R10、第六分壓電阻R11、第七分壓電阻R12、第二回饋電阻Rf及運算放大器U2。第二電晶體Q2的基極藉由第四分壓電阻R7連接充電控制端44，射極連接供電電壓Vcc，集極藉由第三限流電阻R8連接二極體D1的陽極，二極體D1的陰極藉由第二電容C2接地。第三分壓電阻R6連接於第二電晶體Q2的基極與射極之間。運算放大器U2的同相輸入端52藉由第五分壓電阻R10連接恒定電壓V1，反相輸入端54藉由第七分壓電阻R12接地。第六分壓電阻R11的一端連接同相輸入端52，另一端連接於二極體D1的陰極與第二電容C2之間。運算放大器U2的輸出端56分別連接供電電壓Vcc及音頻系統200。第二回饋電阻Rf連接於反相輸入端54與輸出端56之間。在本實施方式中，第二電晶體Q2為PNP型電晶體。

電源補償裝置100的工作原理如下：對於偵測電路30，第一控制電阻R1及第二控制電阻R2共同對供電電壓Vcc分壓，使得第一電晶體Q1的基極電壓達到其開啟電壓，確保第一電晶體Q1處於導通狀態。同時流過第一控制電阻R1及第二控制電阻R2上的電流I1為恒定電流，即。第一限流電阻R3及第一回饋電阻R4共同對供電電壓Vcc分壓，使得流過第一限流電阻R3及第一回饋電阻R4上的電流I2為恒定電流，即，其中Vce為第一電晶體Q1導通時其 集極與射極之間的電壓差。

第一電晶體Q1的基極用於接收來自訊號處理單元20輸入的經處理的音頻訊號，第一電晶體Q1對該音頻訊號中的電流成份I3進行放大處理，由於音頻訊號為交流訊號，電容C1通交流隔直流，使得流過電容C1的電流I4=β×I3，其中β為第一電晶體Q1的放大倍數，I3為第一電晶體Q1的基極電流，I4為第一電晶體Q1的集極電流。

第一分壓電阻R13及第二分壓電阻R14共同對供電電壓Vcc分壓，使得基準電壓端43產生基準電壓。控制晶片U1的偵測電壓端42為高輸入阻抗，因此電流I4會流過下拉電阻R5，使得偵測電壓端42的偵測電壓為V42=I4×R5=β×I3×R5。當音頻訊號處於非低重音段時，電流I3較小，因而偵測電壓V42會小於基準電壓，充電控制端44輸出低電位電壓訊號。當音頻訊號處於低重音段時，電流I3較大，因而偵測電壓V42會大於基準電壓，充電控制端44輸出高電位電壓訊號。

對於補償電路50，初始狀態時，電容C2中沒有存儲電荷，連接於二極體D1的陰極與電容C2之間的節點A的電壓UA=0V。由於運算放大器U2工作於虛短狀態，因此同相輸入端52及反相輸入端54均處於高阻抗狀態，且同相輸入端52的電壓V52等於反相輸入端54的電壓V54，即V52=V54。對於同相輸入端52，有：

因此V1=2V52；對於反相輸入端54，有：

本實施方式中，Rf=R12。因此Vcc=2V54=2V52=V1.，電源單元60給音頻系統200提供穩定的直流電壓Vcc，且Vcc=V1。

當第二電晶體Q2的基極藉由電阻R7接收到低電位電壓訊號，即音頻訊號處於非低重音段時，第二電晶體Q2導通，直流電壓Vcc藉由電晶體Q2、電阻R8及二極體D1對電容C2充電，大致經過充電時間T=R8×C2，電容C2將充得一定的電荷，使得連接於二極體D1與電容C2之間的節點A的電壓為UA，其中0V<UA<Vcc。對於同相輸入端52，有：

在本實施方式中，R10=R11，因此2V52=V1+UA。對於反相輸入端54，有：

即Vcc=2V54=2V52=V1+UA。因此當音頻訊號處於非低重音段時，由於電容C2的持續充電，使得電源單元60給音頻系統200提供的直流電壓Vcc增大，即Vcc=V1+UA。

當第二電晶體Q2的基極藉由電阻R7接收到高電位電壓訊號，即音頻訊號處於低重音段時，第二電晶體Q2截止，直流電壓Vcc停止對電容C2充電。電容C2在音頻訊號處於非低重音段時存儲的電能會藉由電阻R11、R12及運算放大器U2釋放，由於電容C2在音頻訊號處於非低重音段已充滿電荷，使得電源單元60提供的直流電壓Vcc=V1+UA，因而該電壓值增大的直流電壓Vcc被提供給音頻系統200，以滿足音頻系統200在播放處於低重段的音頻訊號時需要較高電壓的需求。避免了現有技術中，音頻系統在播放處於低重音 段的音頻訊號時因供電電壓較低而無法驅動揚聲器所導致的聲音失真。由於音頻訊號處於低重音段時，電容C2中儲存的電能會釋放，因此可為下一週期內音頻訊號處於非低重音段時對電容C2充電以儲存電能作好準備。

請參閱圖3，一較佳實施方式的電源補償方法400包括以下步驟：

步驟402，偵測電路30偵測輸入的音頻訊號的節奏特徵，以產生偵測電壓。

步驟404，偵測電路30還將偵測電壓與一預設的基準電壓進行比較，以判斷偵測電壓是否小於基準電壓，並產生與輸入的音頻訊號的節奏特徵相對應的電位訊號。

步驟406，當偵測電壓小於基準電壓時，即輸入的音頻訊號為第一節奏特徵，補償電路50接收來自偵測電路30輸入的低電位電壓訊號，以儲存能量，使得電源單元60提供的供電電壓增大。在本實施方式中，補償電路50包括一電容，藉由對該電容持續充電的方式以儲存能量。

步驟408，當偵測電壓大於基準電壓時，即輸入的音頻訊號為第一節奏特徵，補償電路50接收來自偵測電路30輸入的高電位電壓訊號，以釋放能量，因此該電壓值增大的供電電壓被提供給音頻系統200，以滿足音頻系統200在播放處於重音段的音頻訊號時對較高電壓的需求。同時，由於補償電路50已釋放能量，可為下一週期內的處於非重音段的音頻訊號儲存能量作好準備。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在援依本案創作精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

100‧‧‧電源補償裝置

200‧‧‧音頻系統

300‧‧‧音頻設備

10‧‧‧訊號源

20‧‧‧訊號處理單元

30‧‧‧偵測電路

50‧‧‧補償電路

60‧‧‧電源單元

62‧‧‧恆定電壓端

64‧‧‧供電電壓端

70‧‧‧功率放大單元

80‧‧‧揚聲器

V1、Vcc‧‧‧電壓

Claims (12)

1. 一種電源補償裝置，與電源單元相連，其改良在於：該電源補償裝置包括偵測電路及補償電路，該偵測電路用於偵測來自訊號源輸入的音頻訊號，並在偵測到第一節奏特徵的音頻訊號時產生第一電位訊號，該補償電路用於根據第一電位訊號儲存能量，該偵測電路還用於在偵測到第二節奏特徵的音頻訊號時產生第二電位訊號，該補償電路基於第二電位訊號藉由電源單元將根據第一電位訊號儲存的能量進行釋放能量以增大該電源單元的輸出電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源補償裝置，其中該偵測電路對來自訊號源輸入的音頻訊號進行偵測，以產生偵測電壓，該偵測電路還用於將偵測電壓與一預設的基準電壓進行比較，在偵測電壓小於基準電壓時即確定偵測到第一節奏特徵的音頻訊號，並在偵測電壓大於基準電壓時即確定偵測到第二節奏特徵的音頻訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源補償裝置，其中該第一節奏特徵的音頻訊號為處於非低重音時的音頻訊號，該第二節奏特徵的音頻訊號為處於低重音時的音頻訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源補償裝置，其中該補償電路包括電容及電晶體，該電晶體用於接收第一電位訊號而導通，以藉由對電容充電的方式儲存能量，該電晶體還用於接收第二電位訊號而截止，以藉由電容放電的方式釋放能量。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電源補償裝置，其中該電源單元還包括用於提供供電電壓的供電電壓端，該偵測電路包括控制晶片、第一分壓電阻及第二分壓電阻，該控制晶片具有用於提供基準電壓的基準電壓端、偵 測電壓端及充電控制端，該偵測電壓端用於接收偵測電壓，該充電控制端連接補償電路，該基準電壓端藉由第一分壓電阻連接供電電壓端，該基準電壓端還藉由第二分壓電阻接地，該第一分壓電阻及第二分壓電阻共同對供電電壓進行分壓，以產生所述基準電壓，該控制晶片用於將偵測電壓與基準電壓進行比較，在偵測電壓小於基準電壓時產生第一電位訊號，並在偵測電壓大於基準電壓時產生第二電位訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源補償裝置，其中該偵測電路還包括第一電晶體、第一控制電阻、第二控制電阻、第一限流電阻、第一回饋電阻、第一電容、下拉電阻、該第一電晶體的基極接收該音頻訊號，集極藉由第一限流電阻連接供電電壓端，射極藉由第一回饋電阻接地，該第一控制電阻連接於第一電晶體的基極與供電電壓端之間，該第二控制電阻連接於第一電晶體的基極與地之間，該第一電容的一端連接第一電晶體的集極，另一端連接偵測電壓端，該下拉電阻的一端連接於第一電容與偵測電壓端之間，另一端接地。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電源補償裝置，其中該電源單元還包括用於給補償電路提供恒定電壓的恒定電壓端，該補償電路包括第二電晶體、第三分壓電阻、第四分壓電阻、第三限流電阻、二極體、第二電容、第五分壓電阻、第六分壓電阻、第七分壓電阻、第二回饋電阻及運算放大器，該第二電晶體的基極藉由第四分壓電阻連接充電控制端，射極連接供電電壓端，集極藉由第三限流電阻連接二極體的陽極，二極體的陰極藉由第二電容接地，第三分壓電阻連接於第二電晶體的基極與射極之間，運算放大器的同相輸入端藉由第五分壓電阻連接該恒定電壓端，反相輸入端藉由第七分壓電阻接地，第六分壓電阻的一端連接同相輸入端，另一端連接於二極體的陰極與第二電容之間，運算放大器的輸出端分別連接供電電壓端，第二回饋電阻連接於反相輸入端與輸出端之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電源補償裝置，其中該第五分壓電阻與第六分壓電阻的阻值相等，該第七分壓電阻與第二回饋電阻的阻值相等。
9. 一種電源補償方法，其包括以下步驟：偵測音頻訊號；當偵測到第一節奏特徵的音頻訊號時儲存能量；當偵測到第二節奏特徵的音頻訊號時，藉由電源單元釋放根據第一節奏特徵的音頻訊號儲存的能量。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電源補償方法，還包括：將偵測音頻訊號產生的偵測電壓與一預設的基準電壓進行比較；當偵測電壓小於基準電壓時即確定偵測到第一節奏特徵的音頻訊號；當偵測電壓大於基準電壓時即確定偵測到第二節奏特徵的音頻訊號。
11. 如申請專利範圍第9項所述之電源補償方法，其中該第一節奏特徵的音頻訊號為處於非低重音時的音頻訊號，該第二節奏特徵的音頻訊號為處於低重音時的音頻訊號。
12. 如申請專利範圍第9項所述之電源補償方法，其中該儲存能量係藉由對電容充電的方式實現的，該釋放能量係藉由電容放電的方式實現的。