一种用于扬声器无源控制的储能电路及其控制方法与流程

1.本发明涉及电子产品领域，具体涉及一种用于扬声器无源控制的储能电路及其控制方法。


背景技术：

2.扬声器在音频系统中随处可见，小到自制音响系统，大到警报、广播系统都必不可少。作为电声转换器件，扬声器的各项性能并不像电路方便控制；而且由于音频信号的不确定性和驱动性，扬声器的运行情况需要被实时观测。因此，为了提升音频系统的性能，除电路革新外，还需要根据扬声器的情况进行实时监控和控制。
3.然而扬声器作为转换器件，电压不稳定且不持续，本身是不能为附属的监测和控制电路供电的；且扬声器上的能量损耗不当容易严重影响音质。
4.因此，为了在扬声器端进行有效监测和控制，很有必要提供一种用于扬声器无源控制的储能电路。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于扬声器无源控制的储能电路，适用于大功率且非高频的扬声器，包括选频网络、整流网络、dc-dc模块、储能元件、管理模块。所述选频网络的输入端连接扬声器，与所述整流网络和所述dc-dc模块依次连接，输出整形后的可用电压，为所述储能元件提供能量。所述管理模块根据扬声器的能量和所述储能元件的储能电压控制所述dc-dc模块，和优化控制电路性能。
6.所述选频网络为低频滤波器，截止频率低于人耳可听声频率范围的中频最高值，输入端连接扬声器，得到可用频段内的能量，输出端连接所述整流网络。所述整流网络将可用频段内的电压整形为脉动直流电，输出端连接所述dc-dc模块的输入端，供所述dc-dc模块调节储能电压。所述dc-dc模块根据所述管理模块的指令将脉动直流电转化为储能电压，控制端连接所述管理模块的输出端，输出端连接所述储能元件，为其提供能量。所述储能元件为超级电容，一端连接所述dc-dc模块的输出端，另一端接地。
7.其中，所述dc-dc模块包括开关管，所述开关管的控制端即为所述dc-dc模块的控制端，连接所述管理模块的输出端。
8.所述管理模块根据扬声器的能量和所述储能元件的储能电压控制所述dc-dc模块，和优化控制电路性能，包括启动单元、电源控制单元和驱动单元。所述启动单元在音频系统上电时或扬声器提供的瞬时能量达不到需求时，充当暂时的电源，包括第一二极管、第二钳位二极管、第三二极管、第一电阻和小容量储能元件；所述第一二极管的正极连接所述小容量储能元件的正极，负极连接所述电源控制单元的电源端；所述第二钳位二极管的正极接地，负极连接所述小容量储能元件的正极；所述第三二极管的正极连接所述整流网络的输出端，负极连接所述第一电阻的一端；所述第一电阻的另一端连接所述小容量储能元件的正极和所述电源管理单元的第一输入端；所述小容量储能元件的正极连接所述第一电
阻的另一端，负极接地。所述电源控制单元用于控制储能电路的静态功耗和控制所述驱动单元，第一输入端连接所述第一电阻的另一端，第二输入端经分压电路连接所述储能元件的不接地的一端，电源端通过第四二极管连接所述储能元件不接地的一端和所述第一二极管的负极，输出端连接所述驱动单元的其中一个输入端；所述驱动单元用于根据储能电压、扬声器提供的能量和所述电源控制单元的控制调节所述dc-dc模块中开关管的占空比，主要包括第一运算放大器、第一比较器、第二比较器和与门；所述第一运算放大器的输入端经分压电路连接所述整流网络的输出端、所述储能元件不接地的一端，另一输入端连接参考电压一，输出端连接所述第一比较器的一个输入端；所述第一比较器的另一输入端为三角波信号，输出端连接所述与门的一个输入端；所述第二比较器的一个输入端直接连接所述储能元件不接地的一端，另一个输入端连接参考电压二，输出端使能信号连接所述与门的另一个输入端；所述与门的输出端连接所述dc-dc模块的控制端。
9.其中，当所述电源控制单元的输入端检测到所述整流网络的输出为0时，即扬声器无能量、音频系统关断时，使能信号为低，即关断所述驱动单元。
10.本发明还提供了一种用于扬声器无源控制的储能电路的控制方法，包括以下s1-s4。
11.s1：首次启动时或扬声器接收到的低频能量时，由小容量储能元件为所述管理模块提供暂时的电源。
12.s2：所述电源控制模块检测扬声器接收到的能量，控制所述驱动模块的开关；s2.1：所述电源控制模块检测扬声器接收到能量时，打开所述驱动模块；s2.2：所述电源控制模块检测扬声器没有接收到能量时，关断所述驱动模块。
13.s3：所述驱动模块产生变化的pwm信号；s3.1：所述驱动模块以根据扬声器接收到的信号作为输入信号，以所述储能元件上的储能电压作为反馈信号，产生pwm信号；s3.2：所述电源控制模块根据所述储能元件上的储能电压，通过限制所述驱动模块产生的pwm信号的最大占空比，限制电路电流。
14.s4：所述dc-dc模块根据所述驱动模块的信号进行开关，控制储能元件的储能。
15.本发明所述的一种用于扬声器无源控制的储能电路，能够在接入音频放大电路的扬声器无源一端设置储能电路，根据音频信号情况，为无源端的控制电路提供稳定的电源，避免对音质的损伤，实现对音频系统的有效保护与控制。
16.为了让本发明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
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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。
18.图1为本发明所述的一种用于扬声器无源控制的储能电路的系统框图；图2为本发明所述的驱动单元的电路图；
图中编号：10：选频网络；20：整流网络；30：dc-dc模块；40：储能元件；50：管理模块；501：电源控制单元；502：驱动单元；d1：第一二极管；d2：第二钳位二极管；d3：第三二极管；d4：第四二极管r1：第一电阻；c1：小容量储能元件；a1：第一运算放大器；a2：第一比较器；a3：第二比较器；5021：与门。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
20.请参阅图1，为本发明所述的一种用于扬声器无源控制的储能电路的系统框图。包括选频网络10、整流网络20、dc-dc模块30、储能元件40、管理模块50。选频网络10的输入端连接扬声器，与整流网络20和dc-dc模块30依次连接，输出整形后的可用电压，为储能元件40提供能量。管理模块50根据扬声器的能量和储能元件40的储能电压控制dc-dc模块30，和优化控制电路性能。选频网络10为低频滤波器，输入端连接扬声器，输出端连接整流网络20。整流网络20输出端连接dc-dc模块30的输入端，供dc-dc模块30调节储能电压。dc-dc模块30控制端连接管理模块50的输出端，输出端连接储能元件40。储能元件40为超级电容，一端连接dc-dc模块30的输出端，另一端接地。管理模块50包括启动单元、电源控制单元501和驱动单元502。启动单元包括第一二极管d1、第二钳位二极管d2、第三二极管d3、第一电阻r1和小容量储能元件c1；第一二极管d1的正极连接小容量储能元件c1的正极，负极连接电源控制单元501的电源端vs；第二钳位二极管d2的正极接地，负极连接小容量储能元件c1的正极；第三二极管d3的正极连接整流网络20的输出端，负极连接第一电阻r1的一端；第一电阻r1的另一端连接小容量储能元件c1的正极和电源管理单元501的第一输入端；小容量储能元件c1的正极连接第一电阻r1的另一端，负极接地。电源控制单元501第一输入端连接第一电阻r1的另一端，第二输入端经分压电路连接储能元件40的不接地的一端，电源端通过第四二极管d4连接储能元件40不接地的一端和第一二极管d1的负极，输出端连接驱动单元502的其中一个输入端。驱动单元502的另一输入端连接整流网络20的输出端，反馈端经分压电路连接储能元件40不接地的一端，输出端连接dc-dc模块30的控制端。
21.请参阅图2，为本发明所述的驱动单元的电路图。驱动单元502主要包括第一运算放大器a1、第一比较器a2、第二比较器a3和与门5021；第一运算放大器a1的输入端经分压电路连接储能元件40不接地的一端，另一输入端连接参考电压一vref1，输出端连接第一比较器a2的一个输入端；第一比较器a2的另一输入端为三角波信号，输出端连接与门5021的一个输入端；第二比较器a3的一个输入端连接储能元件40不接地的一端，另一个输入端连接参考电压二vref2，输出端使能信号连接与门5021的另一个输入端；与门5021的输出端连接dc-dc模块30的控制端。
22.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。