[發(fā)明專利]用于過流保護(hù)的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110175437.5
• 申請日: 2007-01-25
• 公開（公告）號: CN102299690A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢連瑋;邁克爾·A·考思特;杰克·B·安德森;拉瑞·E·漢德;威爾森·E·泰勒
• 申請（專利權(quán)）人: D2音頻有限公司
• 主分類號: H03F3/38
• 分類號: H03F3/38
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 李冬梅;鄭霞

本申請是申請日為2007年1月25日，申請?zhí)枮?00780003547.5，發(fā)明名稱為“用于過流保護(hù)的系統(tǒng)和方法”的申請的分案申請。

發(fā)明背景

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及數(shù)字放大器，且更具體地說，涉及使用簡單的、低成本的電流感測機(jī)構(gòu)在全數(shù)字放大器中實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)的系統(tǒng)和方法。

相關(guān)技術(shù)

音頻放大器被設(shè)計為接收電壓和/或電流通常非常低的輸入信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的電壓和/或電流通常高得多的輸出信號。盡管這些更高的電壓/電流對驅(qū)動揚(yáng)聲器并由此產(chǎn)生音頻信號是必要的，但是這也給揚(yáng)聲器帶來了危險。換句話說，如果電壓/電流過高，那么揚(yáng)聲器可能被破壞。

在脈沖寬度調(diào)制(PWM)放大器中，防止放大器產(chǎn)生過量輸出電流(造成過流情況)是最關(guān)鍵的功能之一，因為過量輸出電流會破壞放大器的輸出級或破壞由該輸出級驅(qū)動的揚(yáng)聲器。放大器可使用各種方式來避免過流情況。最直接的解決辦法或許是，只要一出現(xiàn)過流情況就簡單地關(guān)閉系統(tǒng)。雖然這個方法對防止電流達(dá)到破壞性的電平來說是有效的，但是作為實(shí)際應(yīng)用，它可能不是可接受的解決方案。例如，某些音頻內(nèi)容將導(dǎo)致短期的過流情況，而這種短期的過流情況不會對輸出級或揚(yáng)聲器造成破壞。在這種情況下，關(guān)閉該系統(tǒng)并沒有避免破壞情況，但是確實(shí)打斷了系統(tǒng)的音頻輸出。很明顯，這是不希望的。

在另一種情況下，輸入音頻信號所導(dǎo)致的過流情況將比上述短期過流情況持續(xù)時間更長。這種情況可能需要采取某些校正措施，但并沒有嚴(yán)重到必須馬上關(guān)閉系統(tǒng)以避免對揚(yáng)聲器或系統(tǒng)的本身造成損壞。在這種情況下，對于PWM放大器優(yōu)選的是，繼續(xù)提供音頻輸出，并在正常運(yùn)行模式與校正運(yùn)行模式之間逐漸轉(zhuǎn)換。更確切地說，這種轉(zhuǎn)換(以及校正運(yùn)行模式)不應(yīng)該伴有對系統(tǒng)性能造成嚴(yán)重影響或在系統(tǒng)的音頻輸出中產(chǎn)生偽像的副作用。如果校正運(yùn)行模式不足以消除過流情況，那么系統(tǒng)可被關(guān)閉以避免損壞。

在數(shù)字放大器中，很難設(shè)計一種既具有低成本的解決方案又滿足前面目標(biāo)的過流保護(hù)系統(tǒng)。對低成本的要求偏向采用這種直接的解決方案，即，只要輸出電流超過預(yù)定義的閾值就關(guān)閉系統(tǒng)，而當(dāng)電流降到閾值以下時，恢復(fù)運(yùn)行。如前所述，這會引起對輸出音頻信號的不必要的中斷。此外，如果系統(tǒng)對于電流超過閾值然后降到閾值以下反應(yīng)太快，那么FET的實(shí)際開關(guān)速率會增大，這又會導(dǎo)致發(fā)熱量增加，隨后會損壞FET。另一方面，如果保護(hù)系統(tǒng)反應(yīng)太慢，那么電流會在關(guān)閉發(fā)生之前達(dá)到破壞性的電平。并且還可能存在振蕩。更確切地說，當(dāng)關(guān)閉發(fā)生時，電流在恢復(fù)運(yùn)行之前可能下降地太多，然后，在關(guān)閉再次發(fā)生之前，電流可斜升回去而使其過高。取決于保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際速度，振蕩可能處于音頻范圍內(nèi)，或者它可能產(chǎn)生其他音頻影響。

因此，期望提供保護(hù)數(shù)字放大器免受過流情況影響的系統(tǒng)和方法，其中使用了一種簡單的、低成本的電流感測機(jī)構(gòu)，但對過流情況的響應(yīng)會比簡單地關(guān)閉放大器更為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本公開涉及使用簡單的、低成本的電流感測機(jī)構(gòu)在全數(shù)字放大器中實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)的系統(tǒng)和方法。在一個具體的實(shí)施方式中，產(chǎn)生二進(jìn)制過流信號的簡單的過流感測機(jī)構(gòu)被耦合到脈沖寬度調(diào)制(PWM)放大器的輸出級。當(dāng)電流超過閾值時，二進(jìn)制信號為高，否則為低。二進(jìn)制信號提供給在噪聲整形器之前設(shè)置在數(shù)字音頻信號通道內(nèi)的硬限幅單元(hard?clipping?unit)。當(dāng)音頻信號超出高或低限幅電平時，硬限幅單元對其進(jìn)行限幅。當(dāng)二進(jìn)制信號從低變高時，硬限幅單元將其限幅電平從當(dāng)前電平(例如，與輸入數(shù)字音頻信號的最大電平匹配的最大值)下降到數(shù)字音頻信號的上一個值(假設(shè)其導(dǎo)致過流情況)。然后，對于二進(jìn)制信號保持為高的每一個PWM開關(guān)周期，硬限幅單元遞減限幅電平。當(dāng)二進(jìn)制信號變?yōu)榈蜁r，硬限幅單元遞增該限幅電平，一直持續(xù)到達(dá)到最大限幅電平。因此，每當(dāng)二進(jìn)制信號指示輸出電流超過電流閾值時，放大器斜降限幅電平，而每當(dāng)二進(jìn)制信號指示輸出電流低于電流閾值時，放大器就將限幅電平斜升回去。

應(yīng)注意，使用本系統(tǒng)和方法處理的音頻信號同時包括0的正向偏移和0的負(fù)向偏移。因此，本文提到的“斜降”或“減少”限幅電平應(yīng)該被解釋為不僅包括減少正信號的限幅電平，而且包括增加負(fù)信號的限幅電平。換句話說，限幅電平相對于音頻信號的絕對值是減少的。類似地，本文提到的“斜升”或“增加”限幅電平應(yīng)該被解釋為，既包括增加正信號的限幅電平，又包括減少負(fù)信號的限幅電平。還應(yīng)注意，提到“高”或“低”限幅電平是相對于該音頻信號的偏移的絕對值而言的。