专利名称：功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除电路与方法
技术领域：
本发明涉及一种功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除电路与方法， 特别涉及一种利用输入电容的充电电压来做为输出电容的预充电，让喇叭开 关机爆音低于可听见的程度。
背景技术：
在现今的数字化世界里，喇叭的使用率不低于任何一种电子零件，从计 算机、电视到任何影音设备，都一定会利用到喇叭。更有许多人不惜花费大 成本来提升喇P八系统以求拥有更优良的音质。然而，使用者常常会发现含有 喇叭的电子用品，往往在开关机的时候都会有爆音出现。长期的爆音不止在 一些产品会对听觉造成伤害，喇叭本身也有可能损害。传统上处理开机爆音的方法是在开机之前，让;故大器处于关闭状态直到 相关电容电压稳定后放大器再输出声音信号。如图1所示，当电源供应器 (Power Supply)启动时，电源供应电压会从零电压上升到Vcc。在这段期间， 输出电容C。ut透过两个分压电阻R开始充电，充电电流的/>式为其中充电电流的初始值，亦即最高值，Ipeak-Vcc/R,而充电时间常数为0.5RC。ut。由于充电电阻R的值远远大于喇叭负载的值，通常为4ohms或8ohms，以上 7^式忽略喇p八的负载。一般音频放大器要求低频-3db频率小于20Hz，低频-3db频率与喇叭的阻 抗及输出电容C。w的关系为￡3db=l/(l/2;ri^C。",)。其中Rspk代表喇叭的阻抗 (Speaker Impedance)，对于4ohms的喇。八而言在20Hz低频-3db的要求下 C。ut=l/(2"R^kf-3db)=l/(2" x4 x20)=2000uF。所以，为了频宽问题，输出电 容C。也值需要大到2000uF。为了降低充电的峰值电流，IpeaJ^Vce/R, R值必须尽可能的大。如果要降低峰值电流到lmA以下并假设电源电压为5V,则R= Vcc/Ipeak=5V/lmA=5k ohms。电容充电电压的公式为V=Vcc/2(l-e-m5RCout》 如要充饱输出电容C。ut的电压至Vcc/2的99%则 (Vcc/2) x 99。/o-Vce/2(l画e换5RCout),即(5V/2) x 0.99=5V/2(1-e崔5Rc。ut), 这样t=-0.5RCout x ln(0.01)=2.3RCout =2.3 x 5k ohms x 2000uF =23 seconds 。由以上式可知如要降低爆音电流至lmA以下且充电电压达到99%则等待时间 必须大于23秒。但合理的等待时间需小于3 5秒，如此爆音电流需增加至将 近5 8rnA。所以设计者必须要在等待时间与爆音的大小之间做折衷选择。在等待时间或延迟时间之后，放大器(Amplifier)的输出会被开启，然 后一个Vce/2的电压被传送到C。ut。假使该延迟时间不够长，即Cout的电压未 达到Vcc/2时喇p八会出现第二个爆音，因为放大器输出的Vcc/2电压将会强迫 C她快速充电至Vee/2而产生大的瞬间充电电流。除了输出电容的充电爆音以外，输入电容也有充电爆音的问题如图2所 示，输入电容Cin的值也受限于-3db的需求，低频f.她频率的计算公式为 f.3db=l/2"RinCin。由MAXIM公司所提出(MAX9715， page 8)及由Philips Semiconductors所提出(TDA8932， page 16)的解决方法都将放大器的输出 级关闭，直到输入充电电路及输出充电电路都稳定之后再打开，该方法的基 本原理与前述方法类同而需要开机等待时间。发明内容本发明的主要目的是在提供一种喇叭开机及关机爆音的消除的电路与方 法，特别是通过将输入电容充电电压做为输入信号平緩的对输出电容预充电 而让喇p八开关机爆音低于可听见的程度。本发明的电路主要包括控制单元，通过侦测供应电源的电压来指导操作， 同时按照电路需求发送控制信号到开关电路及放大器，其中至少一个开关接 收该控制信号并负责控制电路里电容的充电与放电；放大器，放大输入信号5或电压后输出至低频LC滤波器。滤波后的信号再传送至喇叭装置。因此当开机时，控制单元会发送控制信号给开关开始对输入电容Cin充电，此充电信 号直接放大且推动喇p八。由于输入电容的充电电压为平緩上升电压，其充电 时间常数为(Rs+Rin)xCin。此平緩上升电压经放大器放大之后也是平緩的 输出电压，此平緩的输出电压将对输出电容Cout进行平緩的充电，用平緩的 充电取代了高峰值的预充电，Ipeak=Vcc/R，而使开机爆音降低。当该控制信号 侦测到关机时，已充电的电容经过放大器内的放电电路放电以待下一次开关 时再平緩充电。以输入电阻值等于20K ohms及输入电容值等于luF为例，输入电路的 -3db频率为1/(2丌x 20k x iu)=8Hz,在此情况下，只要luF的小电容即可 达到8Hz的低频频宽。 一般喇叭的频率响应^A耳的听觉大;f既在20Hz以上， 如果输出的电容充电速率小于喇p八所能表现或人耳所能查觉就不会有爆音的 感觉。如果以8Hz的频宽产生一个充电电压则此充电即不会造成爆音。另外 此种充电方式并不需要等到所有电容充电到饱和才可输入音乐信号。输入电 路的充电曲线为V二Vcc/2(l-e他cin), 以Rin=20k ohms及Cin=luF来计算充电电压则V:5/2(l-e杨111) =2.5(1- e德)， 如果电压充到Vec的99%，则 5/2x99Q/o-5/2(l-e-，"1)，即0.99=1-e德， 或t;20m x In 0.01=0.092 seconds。 此时的充电电压与Vcc/2之差为 5V/2-5V/2 x 99%=0.025V。通常功率放大器的电压增益约为10倍，则0.025V将被放大为0.025V x 10=0.25V。此时如果输入音乐信号，如此小的电压不会对音乐质量造成影响。 由以上讨论可知等待时间只有0.1秒且不会有第二爆音产生。
图1为现有技术电路示意图；图2为另一现有技术电路示意图；图3为本发明的电路示意图；图4为本发明的电路时序示意图。图号说明1 信号源2 信号源电阻Rs3 开关晶体管NMOS24 输入电容Cjn5 开关晶体管NMOSl6 输入电阻Rin7 放大器8 控制单元9 LC低频滤波器 10输出电容C。ut 11 喇p八具体实施方式
本发明的主要目的是在提供一种在开关机时喇。八所产生的爆音消除的电 路及方法，通过利用输入电容的平緩充电做为输入信号而对输出电容做平缓 的预充电以降低喇叭开关机爆音至听不见的程度。如图3所示， 一个信号源1 的输出端设有一个信号源电阻Rs 2,信号源电阻& 2则连接到一个开关晶体 管NMOS2(3)与输入电容Cin4。由于开关晶体管NMOS2(3)的一端接到系统地 (System Ground),因此当开关晶体管NMOS2(3)启动时，会把输入信号短^各到 系统地，由此把提供给喇p八11的信号切断。输入电容C化4则搭接到开关晶体 管NMOSl(5)和输入电阻Rin6,由于开关晶体管NMOSl(5)的一端也是接到系 统地，因此当开关晶体管NMOSl(5)启动时，经由输入电容Cin4的电压会直 接短路到系统地，输入电阻R;n6则搭接到放大器7的输入端。开关晶体管NMOS2(3)以及开关晶体管NM0S1(5)两个都属于金属氧化半导体。此外，开 关晶体管NMOS1(5)、 开关晶体管NMOS2(3)以及放大器7同时搭接到一个 控制单元8，控制单元8通过侦测供应电源的电压来指导操作并且发出控制信 号来控制开关晶体管NMOS1(5)、开关晶体管NMOS2(3)以及放大器7。放大 器7的信号输出端会更进一步连到一个LC低频滤波器9， LC低频滤波器9 的输出会再连接到 一个输出电容C。ut 10,输出电容C。ut 10则连接到喇叭装置 11。为了让本发明实施例能更详细被了解，以下会通过在输入电容Cin4之后 的A点、放大器7输出端的B点及低频滤波器9的输出端C点的电压变化来 解释。图4为本发明图3的电路时序图，在开机之前所有的信号都处于地电压。 当电源电压Vcc上升时，即tl t2之间，SW1及SW2控制信号随着电源电压 而上升，也就是开关晶体管NMOS2(3)及开关晶体管NMOS1 (5)保持导通状态， 使输入电容Cin 4两端的电压维持在地电位。当电源电压上升到某一电压值 时，即t2, SDNB的信号由地电压转为高电压以启动力欠大器，在此同时SW1 的信号转为地电压以关闭开关晶体管NMOSl(5)。如此放大器内部电压经过输 入电阻Rin6对输入电容Cin4充电而4吏A点电压上升如图标。如图4所示》丈 大器在接收A点的电压之后即输出PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度 调节)信号至B点。由于电源电压还在上升，即t2 t3,故B点的脉冲电压的 幅度也随之上升。另A点的电压为一平緩的上升电压所以其对B点PWM调 节度低，这两个因素造成B点电压的幅度为一平緩上升且脉沖宽度为由小变 宽的PWM信号。此B点信号在经LC低频滤波器9之后，即C点信号，为 一平緩上升电压以对输出电容C。utlO充电，在充电完成后，即t3, SW2的信 号由高电压转为地电压以关掉开关晶体管NMOS2(3)，如此则信号源的信号即 经过信号源电阻Rs 2、输入电容Cin 4及输入电阻Rin 6传送至放大器7，此时整 个电路进入正常操作状态。由图示t3的时间点不一定要等到A点充电电压稳 定。关机时，电源电压Vcc即开始下降，即t4 t5,此时放大器7处于一个较 低的工作电压，所以其输出信号B的脉冲幅度也随着P务低，经滤波之后的C 点电压也随之下降。当电源电压降至某一^f氐电压时，即t4, SDNB信号即由 高电压转为低电压以关掉放大器7并启动放大器7的内部放电电路，此时放 大器内部的放电电路即对B点进行放电。在此同时SW2也由低电压转为高电压而打开开关晶体管NMOS2(3)而将信号源的信号经信号源电阻Rs 2短路到 地，使输入信号不再传送到放大器7。由于此时电源电压已处于低电压状态， B点或C点的放电电流可相对的减少而不致造成喇叭11的关机爆音。在同一 时间点，即t4， SW1信号也由低电压转为高电压而导通开关晶体管 NMOS1(5),使A点电压快速放电至地电压以备下一次开机时A点电压处于 地电压的初始值。开关晶体管NMOSl(5)导通将对放大器7造成一个低电压输 入，但此时放大器7已经被关闭故不会造成喇叭11爆音。在t5时整个电路回 到地电压而此》文大器可再#皮重新;陂启动。以上说明以D类功率放大器为例，其它类型的功率放大器如AB类功率 放大器其操作或改进原理也是相同的。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此， 任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
权利要求
1、一种功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除电路，其特征在于，包括控制单元，通过侦测供应电源的电压来指导操作，并按照电路需求发送控制信号；第一开关接收所述控制信号并负责控制电路里电容的充电与放电；放大器，放大输入信号；以及低频滤波器，平均所述放大器所输出的信号或电压并将滤波后的信号传送给喇叭装置。
2、 如权利要求1所述功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除电路，其 特征在于，所述电容包括输入电容和输出电容。
3、 如权利要求1所述功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除电路，其 特征在于，所述喇p八装置开机时，所述第一开关控制所述输入电容充电，此 充电电压经所述放大器放大后，直接对所述输出电容预充电。
4、 如权利要求1所述功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除电路，其 特征在于，进一步包括第二开关，所述第二开关接收所述控制信号并负责开 启及关闭所述电路声音信号源的信号。
5、 如权利要求1所述功率放大器开机及关机时喇p八爆音的消除电路，其 特征在于，所述喇叭装置关机时，所述第二开关切断信号源的信号，所述第 一开关将所述输入电容放电，所述放大器^L关闭且^L电电路同时对所述输出 电容放电。
6、 如权利要求1所迷功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除电路，其 特征在于，所述第一开关为金属氧化半导体。
7、 如权利要求4所述功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除电路，其 特征在于，所述第二开关为金属氧化半导体。
8、 一种功率放大器开机及关机时喇p八爆音的消除方法，包括 通过控制单元来控制至少一个开关，其中所述的至少一个开关控制电路里电容的充电与》t电；以及开机时，充电中的电容会驱动喇叭来预充电；关机时充电的电容放电至地 电压。
9、 如权利要求8所述功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除方法，其 特征在于，所述控制单元通过发送控制信号到所述开关来控制所述开关。
10、 如权利要求8所述功率放大器开机及关机时喇p八爆音的消除方法， 其特征在于，所述控制单元通过侦测供应电源的电压来指导才乘作。
11、 如权利要求8所述功率放大器开机及关机时喇p八爆音的消除方法， 其特征在于，进一步包括设立另 一开关来负责开启与关闭电i 各信号源。
12、 如权利要求8所述功率放大器开机及关机时喇p八爆音的消除方法， 其特征在于，所述电容包括输入电容及输出电容。
全文摘要
本发明公开了一种功率放大器开机及关机时喇叭爆音的消除电路与方法，特别是关于一种利用电容充电与放电特性，使功率放大器开关机时，利用输入电容的充电特性来取代输出电容的预充电，使喇叭在开关机时爆音低于可以听见的程度。本发明不但有低成本及设计简单的优点，同时在设计上不会对频宽造成限制。
文档编号H03K17/00GK101330277SQ20071011126
公开日2008年12月24日 申请日期2007年6月20日 优先权日2007年6月20日
发明者戴枝德 申请人:震一科技股份有限公司