专利名称：数字放大器的保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字放大器，更具体地，涉及一种当输出被短路时的保护电路。
背景技术：
图2是示出了现有技术的数字放大器配置示例的电路图。在图2中，T表示变压器，D3和D4表示整流部件(二极管)，并且C1和C2表示平滑电容器。变压器T、整流部件D3和D4以及平滑电容器C1和C2组成了电容器输入类型的正-负电源。另一方面，在数字放大器部分，SW1和SW2表示开关晶体管，例如，通过PWM调制电路(未示出)的输出驱动的MOSFET，D1和D2表示并联到开关晶体管SW1和SW2的二极管(续流二极管)，LF表示线圈，CF表示电容器，RL表示负载(扬声器)，以及SPOUT表示扬声器输出端子。
在图2的数字放大器中，由通过执行输入信号的PWM调制来提供的信号，互补地驱动开关晶体管SW1和SW2，并且通过由线圈LF和电容器CF所组成的低通滤波器来驱动负载RL。即，当使开关晶体管SW1进入导通状态(使开关晶体管SW2非导通)时，电流I+从正电源流出，并且当使开关晶体管SW2导通(使开关晶体管SW1不导通)时，电流I-流入负电源，由此驱动负载RL，如图2所示。公知这种数字放大器是效率很高的放大器。
附带地，放大器配备了保护电路，从而防止产品处于扬声器输出的短路异常状态。通常，数字放大器的保护电路由以下组成处于负电源侧的过电流检测电路LDT(以下被称作低端)，以及处于正电源侧的过电流检测电路HDT(以下被称作高端)，如图3所示。过电流检测电路LDT由电阻器R1和R2以及npn晶体管Q1组成，用于通过观测串联接入到低端开关晶体管SW2的电阻器R1的电压，来检测当扬声器输出短路时的过电流，并且在过电流检测时间处导通晶体管Q1。同样，过电流检测电路HDT由电阻器R3到R5以及pnp晶体管Q2组成，用于观测串联接入到高端开关晶体管SW1的电阻器R3的电压，并且在过电流检测时间处导通晶体管Q2，从而导通晶体管Q1。当晶体管Q1导通时，控制电路(未示出)执行停止开关操作、关闭电源等的保护操作。
然而，如图3所示的保护电路需要将正常状态时的一个瞬时较大输出处的电流检测为非过电流；另一方面，当由扬声器输出的短路引起过电流时，需要保护电路立即检测到过电流。因此，难以设置操作点；这是一个问题。
在图2或图3所示的半桥(half-bridge)数字放大器中，电源泵现象(power pumping phenomenon)是公知的，其中正负电源的电压不平衡是公知的。将通过图4来讨论电源泵现象。图4是示出了当将正电源VRL提供给图2的数字放大器中的负载RL时，各部分电源和电流的图示。
如图4的(A)所示，当向负载RL施加正电压VRL时，开关晶体管SW1导通的时间周期T1比开关晶体管SW2导通的时间周期T2长。在从时间t1至时间t2的时间周期T1中，电流I1在从正电源到开关晶体管SW1、线圈LF、负载RL以及地(图4的(C))的路径上流动。接下来，在时间t2，开关晶体管SW1不导通，而开关晶体管SW2导通。因此，开关晶体管SW1与SW2的连接点处的电压Vo从+V变为-V。另一方面，由于存在感性负载的线圈LF，电流根据电压改变的延迟而改变，并且在某一时间按照与电压相反的方向流动。即，电流I2继续通过二极管D2、线圈LF、负载RL以及电容器C2(图4的(D))的路径流动。由于用于驱动开关晶体管SW1、SW2的PWM调制电路的开关频率是数百kHz的较高频率，例如，在电流I-通过开关晶体管SW2流入负电源之前，达到时间t3，并且开关晶体管SW1导通，而开关晶体管SW2不导通，并且电流I1再次流动。因此，图4的(B)所示的负载电流IL流入负载RL。
电流I2的方向与电流I-的方向相反，电流I-实质上应该在开关晶体管SW2的导通时间处流动，并且充电低端电容器C2。因此，充电电容器C2的电压V2变得高于高端电容器C1两端的电压V1(V2＞V1)。
相反地，当向负载RL施加负电压时，进行与上述相反的操作；充电高端电容器C1的电压V1变得高于低端电容器C2两端的电压V2(V1＞V2)。
由于出现了如上所述的电源泵现象，正和负电源的电压不平衡，操作效率退化，并且存在由于过电压而可能破坏放大器的可能性。当扬声器输出短路时，电源泵现象成为更加显著的问题。在现有技术中的数字放大器中，如果图3所示的保护电路操作，可以检测到由扬声器输出短路而引起的过电流，并且因此可以防止电源泵现象破坏放大器。然而，如上所述，难以设置保护电路的操作点，并且无法立即发现过电流的出现，因此存在由于由电源泵现象而引起的过电压破坏放大器的可能性。
另一方面，作为保护电路的另一个示例，提出了具有电流检测线圈的保护电路，所述电流检测线圈设置用于扬声器输出的低通滤波器，用于检测流入低通滤波器的过电流。(例如，参考JP-A-5-160649)图5是示出了JP-A-5-160649所公开的保护电路的配置的电路图。在图5中，利用相同的参考数字表示与之前参考图2所述的部件相类似的部件。保护电路由电路保护线圈1、整流器2、衰减器3、电容器4以及R/S锁存电路5组成。缠绕在低通滤波器的线圈LF上的电流检测线圈1通过互感应来检测流过线圈LF的电流，并且将所检测到的电流作为检测信号输出。检测信号是通过整流器整流的半波或全波，并且由衰减器3衰减电平。如果输入检测信号的电平等于或大于预定值，R/S锁存电路5输出表示出现过电流的锁存信号。因此，当扬声器输出短路时，保护电路检测到过电流。
然而，图5中的保护电路涉及复杂的配置和较高成本的问题。为了通过使用电流检测线圈1的低通滤波器的线圈LF，以较好的准确度检测电流流动，希望线圈LF两端的电压应当增加，并且需要线圈LF的电阻分量较大。但是，从驱动负载RL(扬声器)的角度而言，不希望负载RL串联较大的电阻分量。因此，在图5中的保护电路中，无法增强电流检测的准确度，并且不可能立即发现过电流的出现，并且存在由于由电源泵现象而引起的过电压破坏放大器的可能性。
除了在说明书中所述现有技术文献信息中所确定的现有技术文献，在申请日之前，申请人还未发现任何关于本发明的现有技术文献。
如上所述，在图3和图5所示的保护电路中，存在出现由于无法立即检测到的扬声器输出的短路而引起过电流的可能性，并且存在由于扬声器输出短路时更加显著的电源泵现象而破坏放大器的可能性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种数字放大器的保护电路，能够可靠地检测扬声器输出的短路，并且防止电源泵现象破坏放大器。
根据本发明，提供了一种数字放大器的保护电路，包括DC电压检测电路，用于检测在扬声器输出端子出现的DC电压；控制电路，用于当DC电压检测电路输出检测信号时，执行保护操作；以及中点电势检测电路，用于检测正电源电压和负电源电压之间的中点电势偏移(shift)，其中中点电势检测电路的输出连接到DC电压检测电路的输入，并且当检测到中点电势偏移时，DC电压检测电路输出检测信号。
在本发明的数字放大器的保护电路的一个配置示例中，中点电势检测电路由以下组成第一电阻器，具有向其输入正电源电压的一个端子；以及第二电阻器，具有向其输入负电源电压的一个端子以及与第一电阻器的另一端子相连的另一端子，并且第一和第二寄存器的连接点连接到DC电压检测电路的输入。
根据本发明，提供了中点电势检测电路，用于检测正电源电压和负电源电压之间的中点电势偏移，并且将中点电势检测电路的输出连接到DC电压检测电路的输入，由此能够可靠地检测到扬声器输出的短路，并且可以防止电源泵现象破坏放大器。例如DC电压检测电路DCDT和控制电路CTL的部件设置用于现有技术中的数字放大器，因此，可以通过添加简单配置的中点电势检测电路，来简单地实现对于扬声器输出短路的保护电路。消除了同时在高端提供过电流检测电路并在低端提供过电流检测电路的需要，可以仅提供其中之一，以便为了降低成本而简化用于防止过电流的配置。
图1是示出了根据本发明实施例的数字放大器的配置示例的电路图，图2是示出了现有技术中数字放大器的配置示例的电路图，图3是示出了现有技术中包括保护电路的数字放大器的配置示例的电路图，图4是描述现有技术中数字放大器的电源泵现象的图示，以及图5是示出了现有技术中包括保护电路的数字放大器的另一个配置示例的电路图。
具体实施例方式
将参考附图来详细讨论本发明的实施例。图1是示出了根据本发明实施例的数字放大器的配置示例的电路图。在图1中，利用相同的参考数字表示与之前参考图2所述部件相同的部件。变压器T、二极管D3以及平滑电容器C1组成了正电源，所述正电源用于输出正电源电压V+，并且变压器T、二极管D4以及平滑电容器C2组成了负电源，所述负电源用于输出负电源电压V-。在图1的数字放大器中，由PWM调制电路(未示出)基于输入音频信号来互补地驱动开关晶体管SW1和SW2，并且通过由线圈LF和电容器CF所组成的低通滤波器来驱动负载RL。
在实施例中，将中点电势检测电路CVDT添加到图2所示的现有技术的数字放大器中，所述中点电势检测电路用于检测正电源电压+V与负电源电压-V之间的中点电势偏移，并且中点电势检测电路CVDT的输出连接到包含在现有技术的数字放大器中的DC电压检测电路DCDT的输入，并且当检测到中点电势偏移时，DC电压检测电路DCDT输出检测信号。
DC电压检测电路DCDT检测不适于扬声器的DC电压输出，并且由电阻器R13和R14、电容器C11以及npn晶体管Q11和Q12组成。当预定值的DC电压或更大值出现在扬声器输出端子SPOUT时，DC电压检测电路DCDT的晶体管Q11和Q12导通，并输出检测信号误差。
中点电势检测电路CVDT由电阻器R11和R12组成。当没有出现电源泵现象时，正电源电压+V和负电源电压-V相等(V1＝V2)，并且电压+V和-V的中点电势是0(地电势)。相反，当出现电源泵现象时，电压+V和-V不再平衡(V1≠V2)，并且中点电势偏移到正或负的一侧。中点电势检测电路CVDT检测中点电势偏移。中点电势检测电路CVDT的输出端子(电阻器R11和R12的连接点)连接到DC电压检测电路DCDT的输入端子，因此，如果中点电势偏移大于或等于预定值，可以导通DC电压检测电路DCDT的晶体管Q11和Q12。
因此，在实施例中，注意力集中在以下事实当扬声器输出短路时，由电源泵现象所引起的过电压变得显著。根据正电源电压+V和负电源电压-V之间的中点电势偏移来检测电源泵现象，并且因此检测到扬声器输出的短路。如果DC电压检测电路DCDT的晶体管Q11和Q12导通，并且出现检测信号误差，控制电路CTL按照以下方式进行保护操作控制用于开启/关闭数字放大器电源的继电器(未示出)，以便关闭放大器的电源，或控制PWM调制电路，例如，以便停止开关晶体管SW1、SW2的开关操作。
当扬声器输出短路时，明显出现了由电源泵现象所引起的过电压，从而能够可靠地检测到扬声器输出的短路，并且可以防止电源泵现象破坏放大器。不仅当扬声器输出短路时，当例如输出低频率等时，也存在电源泵现象的问题。但是，在实施例中，不用说，与电源泵现象的出现原因无关，均可以检测到电源泵现象并且防止其破坏放大器。
例如DC电压检测电路DCDT、控制电路CTL、用于开启/关闭电源的中继器以及PWM调制电路的部件设置用于现有技术中的数字放大器，因此可以通过添加电阻器R11和R12来简单地实现用于扬声器输出短路的保护电路。
在图3所示的现有技术的保护电路中，当仅在高端或低端检测到过电流时，如果由于电源泵现象而使检测到的电流变为相反方向(图4中的I2)，则无法检测异常。因此，在图3的配置中，需要同时设置过电流检测电路HDT和LDT。相反地，在实施例中，过电流检测电路不需要检测扬声器输出的短路或者电源泵现象，仅需要检测由任何其它因素引起的瞬时过电流的出现。因此，可以仅设置过电流检测电路HDT或LDT，并且可以简化防止过电流的配置，以便降低成本。
根据电阻器R11、R12和R14的值，可以容易地设置本实施例的保护电路的操作点。由于电阻器R14是已有的电阻器，实际中根据电阻器R11和R12的值来设置操作点。
存在开关噪声等叠加在正电源电压+V和负电源电压-V上的可能性，并且令人担忧的是，噪声可能会引起实施例的保护电路故障。然而，安装在DC电压检测电路DCDT中的电容器C11可以降低噪声的影响，以便能够防止保护电路发生故障。
本发明可以应用于半桥数字放大器。
权利要求
1.一种用于数字放大器的保护电路，所述保护电路包括DC电压检测电路，用于检测在数字放大器的扬声器输出端子产生的DC电压；控制电路，用于当DC电压检测电路输出检测信号时，执行保护操作；以及，中点电势检测电路，用于检测数字放大器的正电源电压和负电源电压之间的中点电势偏移，其中，中点电势检测电路的输出连接到DC电压检测电路的输入，并且当检测到中点电势偏移时，DC电压检测电路输出检测信号。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述中点电势检测电路包括第一电阻器，具有向其输入了正电源电压的一个端子；以及第二电阻器，具有向其输入了负电源电压的一个端子以及连接到第一电阻器的另一端子的另一端子，以及第一和第二寄存器的连接点连接到DC电压检测电路的输入。
全文摘要
一种用于数字放大器的保护电路，包括DC电压检测电路，用于检测在扬声器输出端子出现的DC电压；控制电路，用于当DC电压检测电路输出检测信号时，执行保护操作；以及中点电势检测电路，用于检测正电源电压和负电源电压之间的中点电势偏移。中点电势检测电路的输出连接到DC电压检测电路的输入，并且当检测到中点电势偏移时，DC电压检测电路输出检测信号。
文档编号H03F3/217GK1738193SQ20051009165
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月11日 优先权日2004年8月17日
发明者野品正夫, 朝平肇 申请人:雅马哈株式会社