CN215420206U - 一种音箱功率放大电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种音箱功率放大电路，属于音箱电路领域。本实用新型包括分别对输入的高音音频信号和低音音频信号进行增益调节的增益调节单元，还包括差分信号处理单元、功率放大单元和喇叭，其中，所述增益调节单元的输入端输入分频的音频信号，输出端接差分信号处理单元的输入端，所述差分信号处理单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，所述功率放大单元的输出端接喇叭，还包括设置在差分信号处理单元与功率放大单元之间的EMI单元。本实用新型的有益效果为：有效避免各个差分线之间的信号干扰和电磁干扰，音质更好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种音箱电路，尤其涉及一种音箱功率放大电路。
背景技术
专业有源音箱适合演出，夜总会，酒吧等场合，音箱内置大功率的低音单元和高音号角，所以要求专业有源音箱的功放电路有足够大的功率，这样远距离的声音幅射才好。
现有技术中的专业有源音箱中，通常设置有差分线，但是缺乏对对音源信号的电磁干扰的处理，从而会一定程度的影响音质。
市面上常用的八寸的有源音箱功率低，远距离的声音辐射效果不理想，并且，现有技术中的专业有源音箱的的电源不稳定，无法最大程度的利用功放模块的电性性能，从而进一步影响声音的辐射效果。
实用新型内容
为解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种音箱功率放大电路。
本实用新型包括分别对输入的高音音频信号和低音音频信号进行增益调节的增益调节单元，还包括差分信号处理单元、功率放大单元和喇叭，其中，所述增益调节单元的输入端输入分频的音频信号，输出端接差分信号处理单元的输入端，所述差分信号处理单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，所述功率放大单元的输出端接喇叭，还包括设置在差分信号处理单元与功率放大单元之间的EMI单元。
本实用新型作进一步改进，所述功率放大单元包括功率放大芯片，所述音箱功率放大电路还包括静音电路，所述静音电路的输入端接音频输入，输出端与功率放大芯片的静音引脚相连。
本实用新型作进一步改进，所述静音电路包括信号放大单元、整流单元、基准电压单元、比较单元和开关单元，其中，所述信号放大单元的输出端与整流单元的输入端相连，所述整流单元的输出端与比较单元的第一输入端相连，所述基准电压单元的输出端与比较单元的第二输入端相连，所述比较单元的输出端与开关单元的控制端相连，所述开关单元的一端接地，另一端分别与功率放大芯片的静音引脚和电源正极相连，当有音源信号输入时，所述开关单元导通，当没有音源信号输入时，所述开关单元断开。
本实用新型作进一步改进，所述功率放大芯片采用TI公司的数字输入和处理的D类放大器TPA3251。
本实用新型作进一步改进，还包括为所述音箱功率放大电路提供稳定电源的PFC电源电路。
本实用新型作进一步改进，所述PFC电源电路包括按照电流流向依次设置的电源输入模块、整流模块、能够调节输出稳定电压的PFC升压模块、直流转交流模块、变压器、整流模块，所述整流模块的输出端为功率放大单元提供电源。
本实用新型作进一步改进，所述PFC升压模块包括第一储能单元、开关单元、控制单元和第二储能单元，其中，所述第一储能单元的输入端接整流模块的正极输出端，所述第一储能单元的输出端分别与开关单元的一端和第二储能单元的一端相连，所述第二储能单元的另一端和第二储能单元的另一端分别接整流模块的负极输出端，所述控制单元的反馈脚接电压输出端，控制脚接开关单元的控制端，所述第二储能单元的一端为电压输出端，输出稳定电压。
本实用新型作进一步改进，所述增益调节单元包括运放U207A、U207B，其中，所述运放U207A、U207B的正相输入端接地，所述运放U207A的反相输入端接分频后的低音音频信号，所述运放U207B的反相输入端接分频后的高音音频信号，所述运放U207A和运放U207B的反相输入端和输出端之间分别并接一电容和电阻。
本实用新型作进一步改进，所述差分信号处理单元包括运放U301A、U301B，其中，所述运放U301A、U301B的正相输入端接地，所述运放U301A的反相输入端接运放U207A的输出端，所述运放U301A的输出端输出差分信号INPUT_C，所述运放U301A的反相输入端引出一信号线，输出差分信号INPUT_D，所述运放U301B的反相输入端接运放U207B的输出端，所述运放U301B的输出端输出差分信号INPUT_B，所述运放U301B的反相输入端引出一信号线，输出差分信号INPUT_A。
本实用新型作进一步改进，所述EMI单元包括四组并联的电阻和电容，四组并联的电阻和电容一端接地，另一端分别接四条差分信号线的输出端。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：不仅设置两条差分线，对输入功率放大单元的信号通过差值抵消共模噪声，有效抑制电磁干扰EMI，此外，通过EMI单元的设置，进一步避免了音频信号的电磁干扰，音质更加纯净；静音电路，不仅能够消除开关机引起的噗噗音，也能消除没有音频信号传入的噪音，实现真正静音，音质更好；功率IC采用TI公司的TPA3251，电源电路采用PFC电源电路，使供给TPA3251的电源稳定，这样能最大利用TPA3251的电性性能，两个声道的最大功率分别可以达到175W，约是市面上常用的八寸的有源音箱功率的两倍，使远距离的声音幅射达到很好的效果。
附图说明
图1为本实用新型结构框图；
图2为本实用新型功率放大电路原理图；
图3为PFC升压模块简图；
图4为PFC升压模块初始状态示意图；
图5为第一储能单元充电储能状态示意图；
图6为第二储能单元储能状态示意图；
图7为本实用新型变压器初级侧电路原理图；
图8为本实用新型变压器次级侧电路原理图；
图9为控制单元一实施例电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型包括分别对输入的高音音频信号和低音音频信号进行增益调节的增益调节单元，还包括差分信号处理单元、功率放大单元和喇叭，其中，所述增益调节单元的输入端输入分频的音频信号，输出端接差分信号处理单元的输入端，所述差分信号处理单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，所述功率放大单元的输出端接喇叭，还包括设置在差分信号处理单元与功率放大单元之间的EMI单元，还包括为所述音箱功率放大电路提供稳定电源的PFC电源电路。
如图2-图5所示，本实用新型的功率放大单元包括功率放大芯片U302，优选地，所述功率放大芯片U302采用TI公司的数字输入和处理的高保真D类放大器TPA3251，采用高端反馈设计和有所有权的高速栅极驱动误差修正(PurePathTM Ultra-HD)，具有超低音频失真和优越的音质，功耗低、效率高，外接散热器体积小，输出功率大等优点。所述电源电路采用带PFC的正激式的开关电源，电源电路加入PFC回路，当电网电压在90伏至265伏变化时，TPA3251供电电压保持36伏不变，这样使TPA3251的功率利用最大化。
如图2所示，本例音箱功率放大电路还包括静音电路，所述静音电路的输入端接音频输入，输出端与功率放大芯片U302的静音引脚19相连。
本例的静音电路包括信号放大单元、整流单元、基准电压单元、比较单元和开关单元，其中，所述信号放大单元的输出端与整流单元的输入端相连，所述整流单元的输出端与比较单元的第一输入端相连，所述基准电压单元的输出端与比较单元的第二输入端相连，所述比较单元的输出端与开关单元的控制端相连，所述开关单元的一端接地，另一端分别与功率放大芯片的静音引脚和电源正极相连，当有音源信号输入时，所述开关单元导通，当没有音源信号输入时，所述开关单元断开。
本例信号放大单元由三级放大电路串联而成。包括运放U104A、U104B、U107A，其中，所述运放U104A、U104B、U107A的反相输入端接地，运放U104A的反相输入端接音源信号输出端，运放U104B的反相输入端接运放U104A的输出端，所述运放U107A的反相输入端接运放U104B的输出端。当然，也可以为一级，还可以设置为更多级，从而检测噪音信号更加精确。
本例的引脚T0 MU1接音频接口或音频输入放大电路的输出端，在电路中，如果音源在音频输入放大电路中，已经经过多级放大到能够被检测到，则也可以直接连接整流单元，比如本例的BT MUTE蓝牙信号输出引脚。
相应的，如果有几路音源输入，则设置相应数量的整流支路，本例的其中一个整流单元包括二极管D202、D201，其中，所述二极管D202正极与所述运放U107A的输出端相连，所述二极管D202的负极与比较器U107B的反相输入端相连，所述二极管D201的正极接地，负极接二极管D202正极与所述运放U107A的输出端之间。还可以单独设置一个二极管用于整流，还可以设置整流芯片处理。
本例的电压基准单元包括电阻R231、R232、电容C232，所述电阻R231、电阻R232串联，一端接电源正极，另一端接地，电容C232的一端接地，另一端分别接电阻R231、电阻R232之间和比较器U107B的正相输入端。
本例的开关单元为三极管Q301，当然，也可以为开关管、场效应管或MOS管等等，所述开关单元的一端接地，另一端分别接音箱功放的静音引脚与电源正极。
本例的所述延时单元包括并联的电阻R356、极性电容C426，其中，所述极性电容C426的负极接地。
本例静音电路的工作原理为：
当开关机时，延时单元提供延时功能，从而缓解电源刚接通或断开时，瞬时大电压对电路的冲击造成的噗噗音。
此外，如果音频输入接口无信号输入时，输出的信号经过多级放大整流处理后，与基准电压比较，如果小于基准电压，则三极管Q301的基极为低电平，三极管Q301不能导通，音箱的功放芯片的静音引脚为高电平，此时，功率放大芯片U302不工作。当音频输入接口有信号输入时，经过处理，三极管Q301的基极为高电平，三极管Q301导通，音箱的功放芯片的静音引脚为低电平，则功率放大芯片U302正常工作，输出放大后的声音给后级的喇叭。实现无信号输入时的真正静音功能，避免喇叭在无音源输出时发出杂音的现象。
本例的所述增益调节单元包括运放U207A、U207B，其中，所述运放U207A、U207B的正相输入端接地，所述运放U207A的反相输入端接分频后的低音音频信号，所述运放U207B的反相输入端接分频后的高音音频信号，所述运放U207A和运放U207B的反相输入端和输出端之间分别并接一电容和电阻。
本例差分信号处理单元包括运放U301A、U301B，其中，所述运放U301A、U301B的正相输入端接地，所述运放U301A的反相输入端接运放U207A的输出端，所述运放U301A的输出端输出差分信号INPUT_C，所述运放U301A的反相输入端引出一信号线，输出差分信号INPUT_D，所述运放U301B的反相输入端接运放U207B的输出端，所述运放U301B的输出端输出差分信号INPUT_B，所述运放U301B的反相输入端引出一信号线，输出差分信号INPUT_A。
本例的EMI单元包括四组并联的电阻和电容，四组并联的电阻和电容一端接地，另一端分别接四条差分信号线的输出端。
不仅设置两条差分线，对输入功率放大单元的信号通过差值抵消共模噪声，有效抑制EMI(电磁干扰)，此外，通过EMI单元的设置，进一步避免了音频信号的电磁干扰，音质更加纯净。
如图3图9所示，本例的PFC电源电路包括按照电流流向依次设置的电源输入模块、整流模块、能够调节输出稳定电压的PFC(英文全称为Power Factor Correction，意思是功率因数校正)升压模块、直流转交流模块、变压器、整流模块，所述整流模块的输出端为功率放大单元提供电源。
优选地，本例还包括设置在所述电源输入模块和整流模块之间的EMI(电磁干扰)滤波器，从而避免外部的电磁干扰。
本实用新型在专业有源功放电源电路中加入PFC回路，当电网电压在90伏至265伏变化时，通过PFC回路，输入到后面开关变压器T1的电压始终不变为380V，从而使开关变压器T1次级线圈经D10整流后电压保持在36伏不变，进而使功放芯片供电电压保持36伏不变。电源稳定，这样能最大利用功放芯片TPA3251的电性性能，使功放芯片TPA3251的功率利用最大化，两个声道的最大功率分别可以达到175W，约是市面上常用的八寸的有源音箱(它们的功率在80W-100W之间)功率的两倍，使远距离的声音幅射达到很好的效果。
具体的，本例PFC升压模块包括第一储能单元、开关单元、控制单元和第二储能单元，其中，所述第一储能单元的输入端接整流模块的正极输出端，所述第一储能单元的输出端分别与开关单元的一端和第二储能单元的一端相连，所述第二储能单元的另一端和第二储能单元的另一端分别接整流模块的负极输出端，所述控制单元的反馈脚接电压输出端，控制脚接开关单元的控制端，所述第二储能单元的一端为电压输出端，输出稳定电压。
所述开关单元可以为MOS管、场效应管、开关管或三极管等可控制电子开关器件，本例第一储能单元为电感，所述第二储能单元为储能电容。
本例的PFC升压模块的工作原理为：
如图4所示，在初始状态，假定中间那个开关单元断开，VAC通过电感，二极管给Vou充电，完成后Vou＝VAC。(假定所有元件处于理想状态)
如图5所示，在电感充电储能状态，当中间那个开关元器件Q导通，VAC通过电感，三极管或者MOS管导通接地形成回路，电感上的电流以一定比例线性增加，随着电流的增加，电感上存储了一定的能量VLO。
如图6所示，在电感给电容充电状态，当中间那个开关元器件Q截止，由于流过电感电流的保持特性，该电流就会通过二极管给电容充电，电容上电压为VAC+VLO，完成升压。
PFC IC调整开关元器件Q导通和截止的时间，使Vou＝VAC+VLO保持在一个定值，也就是输出电压稳定在一个需要的电压。
作为本实用新型的一个实施例，本例的具体电路图如图7-9所示，其中，本例的开关元器件Q为开关管Q3，所述第一储能单元为电感L5，所述电感L5的输出端串接二极管D7，所述电感L5和二极管D7串接的两端并接二极管D8。所述第二储能单元为储能滤波电容C42。
本例的所述EMI滤波器包括电感L1、电感L2、电容C35和电容C38，其中，所述电感L1、电感L2串联，所述电容C35并接在所述电感L1和L2之间，所述电容C38并接在电感L2的输出端。本例在EMI滤波器输出端和整流模块正极电源输入端还串接有热敏电阻NTC。
如图9所示，本例的PFCIC U1的引脚5接电压输出端，接收输出电压的反馈，引脚8与开关管Q3的控制端相连，根据反馈的输出电压控制开关管Q3的导通和截止。
如图7和图8所示，本例的变压器T1初级线圈与PFC升压模块之间设有直流转交流模块，通过开关管Q1和Q2的开关作用，将PFC升压模块输出的380V直流电压转变为交流电，从而能够将电压传递到变压器T1的后级线圈，本例的变压器T1的后级线圈设置整流器D1整流成直流电源，然后通过电源接口CON3输出给功率放大芯片。
本实用新型PFC电源电路的工作原理为：
输入的AC电压为90V-265V之间，通过EMI滤波器、热敏电阻NTC到BR1整流桥堆RBV2510，整流得到直流电压VAC波动范围为
通过电感L5、开关管Q3、二极管D7、储能滤波电容C42等元器件组成的PFC升压模块升压，再经过PFC IC U1调节开关管Q3的导通和截止时间，从而使储能滤波电容C42的电压保持在380V。输入到开关变压器T1的电压保持稳定在380V，这样通过开关变压器T1次级整流滤波加在功放电路TPA3251的供电电压稳定在36V，使TPA3251的功率最大化。
以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种音箱功率放大电路，其特征在于：包括分别对输入的高音音频信号和低音音频信号进行增益调节的增益调节单元，还包括差分信号处理单元、功率放大单元和喇叭，其中，所述增益调节单元的输入端输入分频的音频信号，输出端接差分信号处理单元的输入端，所述差分信号处理单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，所述功率放大单元的输出端接喇叭，还包括设置在差分信号处理单元与功率放大单元之间的EMI单元。
2.根据权利要求1所述的音箱功率放大电路，其特征在于：所述功率放大单元包括功率放大芯片，所述音箱功率放大电路还包括静音电路，所述静音电路的输入端接音频输入，输出端与功率放大芯片的静音引脚相连。
3.根据权利要求2所述的音箱功率放大电路，其特征在于：所述静音电路包括信号放大单元、整流单元、基准电压单元、比较单元和开关单元，其中，所述信号放大单元的输出端与整流单元的输入端相连，所述整流单元的输出端与比较单元的第一输入端相连，所述基准电压单元的输出端与比较单元的第二输入端相连，所述比较单元的输出端与开关单元的控制端相连，所述开关单元的一端接地，另一端分别与功率放大芯片的静音引脚和电源正极相连，当有音源信号输入时，所述开关单元导通，当没有音源信号输入时，所述开关单元断开。
4.根据权利要求2所述的音箱功率放大电路，其特征在于：所述功率放大芯片采用TI公司的数字输入和处理的D类放大器TPA3251。
5.根据权利要求1-4任一项所述的音箱功率放大电路，其特征在于：还包括为所述音箱功率放大电路提供稳定电源的PFC电源电路。
6.根据权利要求5所述的音箱功率放大电路，其特征在于：所述PFC电源电路包括按照电流流向依次设置的电源输入模块、整流模块、能够调节输出稳定电压的PFC升压模块、直流转交流模块、变压器、整流模块，所述整流模块的输出端为功率放大单元提供电源。
7.根据权利要求6所述的音箱功率放大电路，其特征在于：所述PFC升压模块包括第一储能单元、开关单元、控制单元和第二储能单元，其中，所述第一储能单元的输入端接整流模块的正极输出端，所述第一储能单元的输出端分别与开关单元的一端和第二储能单元的一端相连，所述第二储能单元的另一端和第二储能单元的另一端分别接整流模块的负极输出端，所述控制单元的反馈脚接电压输出端，控制脚接开关单元的控制端，所述第二储能单元的一端为电压输出端，输出稳定电压。
8.根据权利要求1-4任一项所述的音箱功率放大电路，其特征在于：所述增益调节单元包括运放U207A、U207B，其中，所述运放U207A、U207B的正相输入端接地，所述运放U207A的反相输入端接分频后的低音音频信号，所述运放U207B的反相输入端接分频后的高音音频信号，所述运放U207A和运放U207B的反相输入端和输出端之间分别并接一电容和电阻。
9.根据权利要求8所述的音箱功率放大电路，其特征在于：所述差分信号处理单元包括运放U301A、U301B，其中，所述运放U301A、U301B的正相输入端接地，所述运放U301A的反相输入端接运放U207A的输出端，所述运放U301A的输出端输出差分信号INPUT_C，所述运放U301A的反相输入端引出一信号线，输出差分信号INPUT_D，所述运放U301B的反相输入端接运放U207B的输出端，所述运放U301B的输出端输出差分信号INPUT_B，所述运放U301B的反相输入端引出一信号线，输出差分信号INPUT_A。
10.根据权利要求9所述的音箱功率放大电路，其特征在于：所述EMI单元包括四组并联的电阻和电容，四组并联的电阻和电容一端接地，另一端分别接四条差分信号线的输出端。
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| CN202120989529.6U CN215420206U (zh) | 2021-05-10 | 2021-05-10 | 一种音箱功率放大电路 |
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| CN202120989529.6U CN215420206U (zh) | 2021-05-10 | 2021-05-10 | 一种音箱功率放大电路 |
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| CN202120989529.6U Active CN215420206U (zh) | 2021-05-10 | 2021-05-10 | 一种音箱功率放大电路 |
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