用於音頻輸出通道的保護電路裝置的製作方法
2023-05-12 03:47:36
專利名稱：用於音頻輸出通道的保護電路裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於音頻輸出通道的保護電路裝置，更具體地說，涉及當在音頻功率放大器的輸出上產生的持續的直流分量會摧毀揚聲器時，用來進行檢測的電路裝置。
通常加到揚聲器的音頻信號的平均或直流分量是微不足道的。但是，在驅動揚聲器的功率放大器內的故障將會使持續的直流分量被加到揚聲器上。當持續的直流信號被加在揚聲器上後將會使揚聲器被毀壞。因此，音頻輸出通道可包括一個耦合到功率放大器的輸出端上並且當產生持續的直流信號時用來產生故障指示信號的所謂的直流檢測器。根據該故障信號，可進行各種動作以保護揚聲器。例如可使含音頻通道的設備被關斷。R.E.Morris，Jr和G.H.Johnson於1990年8月27日提交並轉讓給與本發明相同的受讓人的美國專利申請571，726，「電視接收機的關斷系統」中公開了一種電視接收機的揚聲器的保護電路裝置，它包括一個直流檢測器並當檢到直流故障時將接收機關斷。
本發明的一個方面屬於對在一音頻輸出通道中出現的某種其它故障狀態進行檢測的方面。更具體講，屬於涉及失去音頻功率放大器的正和負電源電壓之一會使一直流分量被耦合到揚聲器的方面，這一直流分量不可能被常規直流檢測器檢到，並且它可能會毀壞功率放大器。本發明的另一方面涉及一種直流檢測器，該檢測器自身既可以檢出(1)在音頻功率放大器輸出端上出現的持續的直流分量，又可以檢出(2)功率放大器電源電壓之一的丟失。
本發明的這些方面將參照附圖加以描述
圖1為包括根據本發明構造的保護電路裝置的音頻輸出通道的示意圖;
圖2a和2b為用於圖1所示保護電路裝置的各參考電壓源的示意圖;
附圖中的各幅圖中相同或類似的元件標以相同或類似的參考符號。
圖1示出諸如電視接收機的左和右立體聲音頻輸出通道。由於除了它們所處理的信號不同外，這兩個通道是完全相同的，故僅對左聲道加以詳細描述。每個通道的大部分電路被包括在三個集成電路之中。這些集成電路由矩形框代表，且其輸入和輸出端子由圓圈標示。
一音頻功率放大器1L放大在一輸入端上接收的低電平左音頻信號(L)以在輸出端上產生一高電平音頻輸出信號，該音頻輸出信號適於驅動揚聲器3L。放大器1L包括在集成電路5L中，它分別從正電壓源的各電源端子上接收正電源電壓(+Vc)，從負電壓源9的各電源端子上接收負電源電壓(-Vc)。集成電路5L還經各端子接地。包括反饋路徑的各外部元件由於與描述本發明無關而未示出。由NEC公司投入實用的μPC1188H音頻功率放大器集成電路適於用作集成電路5L。
如前所述，如果持續的直流信號被加到揚聲器3L上則會毀壞該揚聲器。為了防止這種狀態，一包括低通濾波器11L的直流檢測器和一所謂的「窗口比較器」17L被耦合到放大器1L的輸出端上，其中低通濾波器11L包括一電阻13L和一電容15L，而「窗口比較器」17L包括兩個電壓比較器19L和21L及與其相關的參考電壓源23和25。
低通濾波器11L的輸入端被耦合到放大器1L的輸出端。低通濾波器11L的輸出端即在電阻13L和電容15L的聯接點上被耦合到電壓比較器19L的反相(-)輸入端及電壓比較器21L的非反相(+)輸入端。選定低通濾波器11L的電阻13L和電容15L的值，以阻止任何音頻信號的交流分量被耦合到電壓比較器17L和19L的輸入端，並且，僅允許持續的直流電壓在低通濾波器11L的輸出端上產生。
電壓比較器19L的非反相(+)輸入端被耦合到提供參考電壓++VR的正參考電壓源23上，電壓比較器21L的反相(-)輸入端被耦合到提供參考電壓-VR的負參考電壓源25上。包括電壓比較器19L和21L的窗口比較器17L確定在低通濾波器11L輸出端產生的直流電壓是否在正參考電壓+VR和負參考電壓-VR間的較小範圍內或在該範圍之外。電壓比較器19L和21L(象「右」音頻輸出通道的電壓比較器19R和21R一樣)包括在集成電路27內。集成電路27的正電源電壓可由包括電阻31和33、濾波電容器35和正參考電壓源23的分壓器29從正電源電壓+VC中產生。集成電路27的負電源電壓可由包括電阻39和41、濾波電容器43和負參考電壓源25的分壓器37從負電源電壓-VC中產生。電壓比較器19L和21L的輸出信號既具有接近由分壓器29產生的正電源電壓的高電平又具有一由分壓器37產生的負電源電壓決定的並取決於對應的兩個輸入信號的哪一個具有較大幅度而產生的低電平。由松下半導體公司投入實用的LM324A運算放大器集成電路適於用作集成電路27。
電壓比較器19L和21L的輸出經各自的電阻45L和47L耦合到NPN電晶體49的基極，構成共發射極放大器。電晶體49的集電極經「上拉」電阻51耦合到正電壓源且該集電極還耦合到控制單元53上。可包含微處理器的控制單元53根據由用戶在鍵盤(未示出)上輸入的指令信號控制電視接收機的各種功能，包括電視接收機的「開/關」狀態。在電視接收機的「開/關」功能方面。控制單元53產生一個耦合到正電壓源7和負電壓源9的「開/關」控制信號。控制單元53也根據由直流檢測器產生的故障指示信號控制電壓源7和9，該直流檢波器包括低通濾波器11L、窗口比較器17L和電晶體49。
在任何絕大多數時間周期內，音頻信號的平均值為零。因此，在正常工作狀態下，在電阻器13L和電容器15L的連接點即低通濾波器11L的輸出端產生的直流電壓的幅度基本為零。在這些狀態下，與各電壓比較器19L和21L相關的參考電壓+VR或-VR都不過大，並且在每個比較器19L和21L的輸出端產生稍負的低電平。該電平足夠低，以使正常狀態下為非導通(截止)的電晶體49保持非導通。結果，控制單元53使電視接收機繼續保持在「接通」狀態。
如果在放大器1L中出現故障，例如當放大器1L(例如可聯接成所謂的推挽型)的輸出電晶體之一出現故障，使相應的電源電壓被耦合到放大器1L的輸出端，一持續的直流電壓在低通濾波器11L的輸出端上產生並被耦合到窗口比較器17L上。如果直流電壓為正，則電壓比較器17L將在其輸出端上產生高電平，如果直流電壓為負，則電壓比較器21L將在其輸出端產生高電平。該高電平被耦合到電晶體49的基極並使電晶體49變為導通。控制單元53響應通過產生一「關斷」控制信號而在導通的電晶體49的集電極產生的低電平。該「關斷」控制信號使電壓源7和9關斷，由此從揚聲器3L中斷掉直流電壓。
此外，在對加到揚聲器3L上的持續的直流電壓檢測時，當正電源電壓+VR存在時，需檢測負電源電壓-VR的丟失。下面將解釋其原因。
構成放大器1L的半導體裝置、電阻和其它元件形成在基片55L上並由該基片55L撐託。負電源電壓-VR被耦合到該基片55L上，以使各元件和基片間的半導體連接點被反偏，因此確保元件被電隔離。如果失去負電源電壓-VR，則失去所需的電隔離。這將在放大器1L的輸出端上產生正直流電壓，這一電壓會毀壞揚聲器3L。負電源電壓-VR的丟失也可能會毀壞集成電路5L。考慮到這種可能性，適於用作集成電路5L的μPC1188H音頻功率放大器集成電路的製造商推薦使正負電源電壓同時加上，或者使負電源電壓在加正電源電壓之前加上。但是，這種措施不能防止由負電壓源9的故障引起的可能的損壞。
窗口比較器17L可檢出由於失去負電源電壓-VR而在放大器輸出端上出現的正直流電壓，該直流電壓的幅度不可預測，並可能低於參考電壓+VR，由此有可能會使以這種方法不能進行檢測。有利的是，窗口比較器17L可以如下的另一種工作方法檢出負電源電壓-VR的丟失諸如LM324A的電壓比較器可以並經常是工作在正電源電壓和地電位之間。在這種情況下，能使電壓比較器的輸出受驅動的最低電平稍高於地電位。如果將負電源電壓-VC從集成電路27上斷開，則地電位將取代於負電源電壓-VC藉助於圖2b所示參考電壓源25提供的接地的路徑和未示出的負電壓源9的各種其它負載，將被耦合到電壓比較器19L和21L的「負」電源電壓輸入端上。因此，如果負電源電壓-VC丟失，則能使電壓比較器19L和21L的輸出被驅動的最低電平將稍高於地電位。那個電平高於電晶體49的導通閾值，且不足以使電晶體49保持非導通(截止)。其結果，電晶體49變為導通並在其集電極上產生一低電平故障信號。控制單元53根據低電平故障信號產生一「關斷」控制信號使正電壓電源7以及電視接收機的其餘部分被關斷。
於是，通過採用正、負電源電壓，窗口比較器17L能檢出負電源電壓-VC的丟失，還檢出在功率放大器1L的輸出端產生的持續直流信號。應當注意，當負電源電壓-VC失去時，故障將被指示出來，但如果負電源電壓-VC和正電源電壓+VC都不存在時，則不指出故障。其結果，可使接收機打開進行故障探測。
採用正、負電源電壓而非單極電源電壓還有優越性，因為它可使用較接近於地電位的正、負參考電壓。這隨之使對直流故障的檢測更迅速。在諸如上文引述的Morris和Johnson的專利申請中公開的保護電路結構中，其中僅採用了單極電源電壓，採用近似為電源電壓幅度一半的參考電壓，可使正、負直流電壓都被檢測到。結果，在直流故障可被檢測到之前，須將直流檢測器的低通濾波器的電容器兩端的電壓被充到約為電源電壓幅度的一半。本發明的採用正、負電源電壓的保護電路裝置避免了這種不希望的延時，因為正、負參考電壓+VR和-VR可具有比採用單極電源電壓的保護電路裝置的單一參考電壓低很多的幅度。
參考電壓源23和25的實現方案可分別示於圖2a和圖2b。參考電壓源23包括電阻57a和59a，並串聯地聯接在電阻33和地之間，NPN電晶體61a的基極聯到電阻57a和59a相聯接的點上，電晶體61a的集電極聯在電阻33和57a的聯接點上，其發射極接地。參考電壓+VR的幅度由電阻57a和59a的比來確定。示於圖2a的參考電壓源23的實施例具有與常規分壓器相比較低的輸出阻抗，由此可對更相匹配的電路提供參考電壓。當有幾個音頻輸出通道時，特別需要諸如用於內、外揚聲器的左、右音頻輸出通道。在圖2a所示的參考電壓源23的實施例中，也可以提供與齊納二極體相比諸如為2V的低幅度參考電壓。圖2b所示的參考電壓源25的實施例與示於圖2a的參考電壓源23的實施例非常近似，且除了字母「a」被替換為「b」以外，對應的元件標以相同的參考號。參考電壓源25與參考電壓源23的實施例的主要不同在於由於它們所涉及的極性的不同，NPN電晶體61b的發射極與集電極的聯接方式與電晶體61a的發射極和集電極的聯接方式相反。
權利要求
1.裝置，包括第一電壓源(7)；具有與所述第一電源電壓相反極性的第二電壓源(9)；音頻信號源(L)；音頻功率放大器(1L，1R)，該放大器在其各電源輸入端正常地接收所述第一和第二電源電壓，在一輸入端接收所述音頻輸入信號，並在一輸出端提供音頻輸出信號；用於將揚聲器(3L，3R)耦合到所述音頻放大器(1L，1R)的所述輸出端的裝置；其特徵在於還包括一檢測器(17L，17R)，該檢測器被耦合到所述放大器的所述輸出端上，當(1)在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端產生直流信號或(2)所述電源電壓之一失去時或者當(1)在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端產生直流信號且(2)所述電源電壓之一失去時，用來產生指示故障狀態的信號。
2.根據權利要求1的裝置，其特徵在於所述檢測器(1L，1R)在各電源輸入端上正常地接收所述第一和第二電源電壓，並根據在所述檢測器(17L，17R)的各電源端子上所述電源電壓之一的消失，來產生所述故障信號。
3.根據權利要求2的裝置，其特徵在於所述放大器的絕大部分被包括在一集成電路(1L，1R)中，該集成電路包括一個基片(55L，55R)，半導體裝置被支撐在該基片上，所述第二電源電壓為負並被耦合到所述基片(55L，55R)上，所述第二電源電壓的消失將使直流信號在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端上產生。
4.裝置，包括第一電壓源(7);具有與所述第一電源電壓相反極性的第二電壓源(9);音頻信號源(L);音頻功率放大器(1L，1R)，該放大器在各電源輸入端正常地接收所述第一和第二電源電壓，在一輸入端接收所述音頻輸入信號，並在一輸出端提供音頻輸出信號;用於將揚聲器(3L，3R)耦合到所述音頻放大器(1L，1R)的所述輸出端的裝置;一檢測器(17L，17R)，該檢測器在其各電源輸入端正常地接收所述第一和第二電源電壓並被耦合到所述放大器(1L，1R)的所述輸出端上，當(1)在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端產生直流信號或(2)所述電源電壓之一失去時或者當(1)在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端產生直流信號且(2)所述電源電壓之一失去時，用來產生指示故障狀態的信號。
5.根據權利要求4的裝置，其特徵在於所述檢測器(17L，17R)包括一個具有一耦合到所述放大器(1L，1R)的輸出端上的輸入端和一輸出端的低通濾波器(11L，11R);第一比較器(19L，19R)，該比較器的一個輸入端耦合到所述低通濾波器(11L，11R)的輸出端，且當所述低通濾波器的輸出信號超過第一電壓閾值時，在一輸出端上產生一第一輸出信號;第二比較器(21L，21R)，該比較器的一個輸入端被耦合到所述低通濾波器(11L，11R)的輸出端上，且當所述低通濾波器的輸出信號超過與所述第一電壓閾值的極性相反的第二電壓閾值時，在一輸出端上產生一第二輸出信號;根據所述第一和第二輸出信號的任何一個，用來產生所述故障信號的裝置(49，53);根據所述第一和第二電源電壓之一的消失，還產生所述第一和第二輸出信號至少其一。
6.根據權利要求4的裝置，其特徵在於用於產生所述故障信號的所述裝置(17L，17R)為一閾值裝置，該裝置具有一輸出端，當耦合到一輸入端的信號超過給定的閾值，則在該輸出端上產生所述故障信號，所述第一和第二信號的每一個都具有超過所述給定閾值的電平;其特徵還在於至少包括一個比較器，當所述第一和第二電源電壓之一消失時，該比較器不能產生不超過所述給定閾值的輸出信號。
7.根據權利要求4的裝置，其特徵在於所述放大器(1L，1R)的絕大部分被包括在一集成電路(5L，5R)中，該集成電路包括一個基片(55L，55R)，半導體裝置被支撐在該基片上，所述第二電源電壓被耦合到所述基片(55L，55R)上，所述第二電源電壓的消失將使直流信號在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端上產生。
8.根據權利要求7的裝置，其特徵在於所述第二電源電壓為負。
9.裝置，包括正電壓源(7);具有與所述第一電源電壓相反極性的負電壓源(9);音頻信號源(L);音頻功率放大器(1L，1R)，該放大器在其各電源輸入端上正常地接收所述正和負電源電壓，在一輸入端接收所述音頻輸入信號，並在一輸出端提供音頻輸出信號;所述放大器的絕大部分被包括在一集成電路(5L，5R)中，該集成電路包括一個基片(55L，55R)，半導體裝置被支撐在該基片上，所述負電源電壓被耦合到所述基片(55L，55R)上，所述第二電源電壓的消失將使直流信號在所述放大器的所述輸出端上產生。用於將揚聲器(3L，3R)耦合到所述音頻放大器(1L，1R)的所述輸出端的裝置;其特徵在於還包括一檢測器(17L，17R)，該檢測器在其各電源輸入端上接收所述正和負電源電壓並被耦合到所述放大器(1L，1R)的所述輸出端上，當(1)在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端上產生直流信號或(2)所述負電源電壓失去時或者當(1)在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端上產生直流信號且(2)所述負電源電壓失去時，用來產生指示故障狀態的信號。
10.裝置，包括第一電壓源(7);具有與所述第一電源電壓相反極性的第二電壓源(9);音頻信號源(L);音頻功率放大器(1L，1R)，該放大器在其各電源輸入端正常地接收所述第一和第二電源電壓，在一輸入端接收所述音頻輸入信號，並在一輸出端提供音頻輸出信號;用於將揚聲器(3L，3R)耦合到所述音頻放大器(1L，1R)的所述輸出端的裝置;其特徵在於還包括一檢測器(17L，17R)，該檢測器被耦合到所述放大器(1L，1R)的所述輸出端上，當(1)在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端上產生直流信號或(2)所述電源電壓之一失去時或者當(1)在所述放大器(1L，1R)的所述輸出端上產生直流信號且(2)所述電源電壓之一失去時，用來產生指示故障狀態的信號。所述測波器(17L，17R)包括一個具有一耦合到所述放大器(1L，1R)的輸出端上的輸入端和一輸出端的低通濾波器(11L，11R);第一比較器(19L，19R)，該比較器在各電源電壓端子正常地接收所述第一和第二電源電壓，並且其一個輸入端耦合到所述低通濾波器(11L，11R)的輸出端，且當所述低通濾波器(11L，11R)的輸出信號超過第一閾值時，在一輸出端上產生一高於給定電平的第一輸出信號;第二比較器(21L，21R)，該比較器在各電源電壓端子正常地接收所述第一和第二電源電壓，並且其一個輸入端被耦合到所述低通濾波器(11L，11R)的輸出端上，且當所述低通濾波器(11L，11R)的輸出信號超過與所述第一電壓閾值的極性相反的第二閾值時，在一輸出端上產生一其電平超過給定電平的第二輸出信號;閾值裝置，該裝置具有一輸出端，當耦合到輸入端的信號的電平超過所述給定電平時，則在該輸出端上產生所述故障信號;所述比較器(19L，19R，21L，21R)至少其一，當所述第一和第二電源電壓之一消失時，該比較器不能產生不超過所述給定電平的輸出信號。
全文摘要
電視接收機音頻輸出通道的保護電路包括一檢測器(17L，17R)，它檢測來自音頻功放(1L，1R)加到揚聲器(3L，3R)上的持續直流分量和放大器(1L，1R)上電源電壓的丟失。檢測器(17L，17R)包括一低通濾波器(11L，11R)，當低通濾波器的輸出信號在「窗口」內或外時，用於檢測。電晶體開關(49)聯在比較器(19L，19R，21L，21R)的輸出端。只要低通濾波器的輸出在窗口內，每個比較器都產生各低電平輸出信號使開關(49)保持關斷。但是，若輸出信號在窗口外，則比較器其一將產生高電平信號使開關(49)接通。
文檔編號H03F1/52GK1066755SQ92103468
公開日1992年12月2日 申請日期1992年5月12日 優先權日1991年5月13日
發明者小·R·E·莫裡斯, M·R·安德遜 申請人:湯姆森消費電子有限公司