用于在d類音頻放大器電路中提供過流保護的系統(tǒng)及電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于在D類音頻放大器電路中提供過流保護的系統(tǒng)及電路。D類音頻放大器并入實施兩個過流閾值的過流保護方案以避免動態(tài)阻抗降。當(dāng)因揚聲器兩端的阻抗降而使輸出電流達到第一閾值時，過流保護電路將輸出電流限制為第一閾值的值，但是不關(guān)閉電路。第二閾值被用于檢測用以關(guān)閉電路的過流狀況。第一通道的電流限制邏輯監(jiān)控第二通道的過流狀況并且響應(yīng)于此而控制第一通道輸出。這使得在電路遭受短路狀況時允許第二通道輸出電流達到第二閾值。該方案還允許如果第二通道的過流狀況是由輸出揚聲器兩端的阻抗降引起則允許輸出電流下降到第一閾值之下。
【專利說明】用于在D類音頻放大器電路中提供過流保護的系統(tǒng)及電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及用于音頻放大器電路的過流保護，更特別地涉及一種用于提供電流限制功能的系統(tǒng)，以提供橋接式負載(BTL)D類音頻放大器的過流保護。

【背景技術(shù)】
[0002]過流保護一般被實施在D類音頻放大器(還已知為開關(guān)放大器)中，以保護系統(tǒng)和連接部件免受因過流狀況而發(fā)生的損壞。圖1A和圖1B圖示包括典型的D類音頻放大器電路100的部件的示例性實施例，該電路100包括開關(guān)放大器102、低通濾波器104和輸出揚聲器106。在該實施例中，傳統(tǒng)的過流保護被設(shè)計成檢測超過閾值的輸出電流，電路100針對該輸出電流而關(guān)閉以避免對裝置和諸如揚聲器106之類的其它部件的損壞。例如，當(dāng)輸出短路至地108時，如圖1A所示，生成大輸出電流110。過流保護特征檢測該大輸出電流110并且如果輸出電流110達到對于電路100設(shè)定的輸出電流閾值則關(guān)閉放大器100。
[0003]然而，當(dāng)考慮揚聲器的動態(tài)行為時，可能期望在輸出電流因揚聲器106兩端的阻抗降而超過輸出電流閾值時(與短路狀況不同)，電路100保持操作以避免輸出音頻中可聽到的中斷。由此，如果輸出電流因揚聲器106兩端的阻抗降(見圖1B)而達到或超過輸出電流閾值，則輸出電流110’被限制為預(yù)設(shè)值以避免關(guān)閉裝置100，并且放大器102繼續(xù)開關(guān)以避免輸出音頻中的可聽到的中斷。這已知為電流限制。
[0004]使用傳統(tǒng)過流保護電路一般難以精確地區(qū)分短路狀況和阻抗降。因此，存在對于能夠更精確地區(qū)分短路狀況和阻抗降并且響應(yīng)于此而實施適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施的過流保護電路的需求。
實用新型內(nèi)容
[0005]本公開旨在解決傳統(tǒng)過流保護電路難以精確地區(qū)分短路狀況和阻抗降的問題。
[0006]根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種用于在D類音頻放大器電路中提供過流保護的系統(tǒng)，所述D類音頻放大器電路具有第一驅(qū)動通道和第二驅(qū)動通道，所述系統(tǒng)包括:第一電流保護電路，所述第一電流保護電路被配置成監(jiān)控所述第二驅(qū)動通道的輸出電流，并且響應(yīng)于所述第二驅(qū)動通道的過流狀況而將所述第一驅(qū)動通道的輸出信號驅(qū)動至與所述第二驅(qū)動通道的輸出信號相同的狀態(tài)；以及關(guān)閉電路，所述關(guān)閉電路被配置成如果所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流達到關(guān)閉閾值則關(guān)閉所述D類音頻放大器電路。
[0007]優(yōu)選地，所述第一電流保護電路包括:
[0008]第一過流檢測電路，所述第一過流檢測電路可操作用于通過將所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流與第一過流閾值比較并且如果所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述第一過流閾值則生成第一電流限制信號，來檢測過流狀況；以及
[0009]第一輸出電路，所述第一輸出電路可操作用于響應(yīng)于所述第一電流限制信號而生成用于將所述第一驅(qū)動通道的所述輸出信號驅(qū)動至與所述第二驅(qū)動通道的所述輸出信號相同的狀態(tài)的第一驅(qū)動信號。
[0010]優(yōu)選地，所述關(guān)閉電路包括:
[0011]第一比較器電路，所述第一比較器電路可操作用于將所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流與所述關(guān)閉閾值比較并且如果所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述關(guān)閉閾值則生成關(guān)閉信號。
[0012]優(yōu)選地，所述第一驅(qū)動通道還包括第一濾波電路、可操作用于生成指示經(jīng)濾波的第一輸入信號的脈寬調(diào)制信號的第一比較器、以及可操作用于響應(yīng)于由所述第一電流保護電路生成的第一驅(qū)動信號而控制所述第一通道輸出信號的第一開關(guān)放大器電路。
[0013]優(yōu)選地，所述第一開關(guān)放大器電路包括第一半橋驅(qū)動電路。
[0014]優(yōu)選地，還包括:
[0015]第二電流保護電路，所述第二電流保護電路被配置成監(jiān)控所述第一驅(qū)動通道的輸出電流，并且響應(yīng)于所述第一驅(qū)動通道的過流狀況而將所述第二驅(qū)動通道的所述輸出信號驅(qū)動至與所述第一驅(qū)動通道的所述輸出信號相同的狀態(tài)；
[0016]其中所述關(guān)閉電路還被配置成如果所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述關(guān)閉閾值則關(guān)閉所述D類音頻放大器電路。
[0017]優(yōu)選地，所述第二電流保護電路包括:
[0018]第二過流檢測電路，所述第二過流檢測電路可操作用于通過將所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流與第二過流閾值比較并且如果所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述第二過流閾值則生成第二電流限制信號，來檢測過流狀況；以及
[0019]第二輸出電路，所述第二輸出電路可操作用于響應(yīng)于所述第二電流限制信號而生成用于將所述第二驅(qū)動通道的所述輸出信號驅(qū)動至與所述第一驅(qū)動通道的所述輸出信號相同的狀態(tài)的第二驅(qū)動信號。
[0020]優(yōu)選地，所述關(guān)閉電路還包括:
[0021]第二比較器電路，所述第二比較器電路可操作用于將所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流與所述關(guān)閉閾值比較并且如果所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述關(guān)閉閾值則生成第二關(guān)閉信號。
[0022]優(yōu)選地，所述第一電流保護電路包括所述第一驅(qū)動通道的一部分，并且所述第二電流保護電路包括所述第二驅(qū)動通道的一部分。
[0023]優(yōu)選地，所述第二驅(qū)動通道還包括第二濾波電路、可操作用于生成指示經(jīng)濾波的第二輸入信號的脈寬調(diào)制信號的第二比較器、以及可操作用于響應(yīng)于由所述第二電流保護電路生成的第二驅(qū)動信號而控制所述第二通道輸出信號的第二開關(guān)放大器電路。
[0024]優(yōu)選地，所述第二開關(guān)放大器電路包括第二半橋驅(qū)動電路。
[0025]根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種電路，所述電路包括:第一半橋驅(qū)動電路，所述第一半橋驅(qū)動電路被配置成將第一驅(qū)動信號輸出至負載；第一電流傳感器，所述第一電流傳感器被配置成感測所述第一驅(qū)動信號的第一電流；第二半橋驅(qū)動電路，所述第二半橋驅(qū)動電路被配置成將第二驅(qū)動信號輸出至所述負載；過流保護電路，所述過流保護電路被配置成將感測的所述第一電流與第一閾值比較并且如果超過所述第一閾值則致使所述第二半橋驅(qū)動電路輸出具有與所述第一驅(qū)動信號相同的邏輯狀態(tài)的所述第二驅(qū)動信號；關(guān)閉電路，所述關(guān)閉電路被配置成將感測的所述第一電流與更高的第二閾值比較并且在超過所述第二閾值時致使電路關(guān)閉。
[0026]本公開所提出的過流保護方案能夠精確地區(qū)分短路狀況和阻抗降，并且實施適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施以在過流狀況是因阻抗降引起時允許D類音頻放大器繼續(xù)操作或者在過流狀況是短路狀況引起時允許D類音頻放大器關(guān)閉。
[0027]根據(jù)結(jié)合附圖閱讀下面的實施例詳細說明，本公開的前述和其他特征和優(yōu)點將變得更加明顯。詳細說明和附圖僅僅是本公開的說明性的，而不限制本實用新型的范圍，本實用新型的范圍由所附的權(quán)利要求及其等同限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]通過附圖中的示例來說明實施例，附圖不必成比例繪制，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的部件，其中:
[0029]圖1A和圖1B圖示在示例性D類音頻放大器電路中遭受的過流狀況；
[0030]圖2圖示并入實施兩個輸出電流閾值和相同通道監(jiān)控的過流保護電路的D類音頻放大器電路的示例性實施例；
[0031]圖3A和圖3B圖示包括圖2所示的電流限制邏輯的電路的示例性框圖；
[0032]圖4圖示包括圖2所示的關(guān)閉邏輯的示例性電路；
[0033]圖5A和圖5B圖示與圖2所示的示例性過流保護電路在由阻抗降引起的過流狀況期間的操作對應(yīng)的示例性波形；
[0034]圖5C圖示與圖2所示的示例性過流保護電路在短路狀況期間的操作對應(yīng)的示例性波形；
[0035]圖6圖示并入實施兩個輸出電流閾值和相反通道監(jiān)控的過流保護電路的D類音頻放大器電路的示例性實施例；
[0036]圖7A和圖7B圖示包括圖6所示的電流限制邏輯的電路的示例性框圖；
[0037]圖8A和圖8B圖示圖7A和圖7B的電流限制邏輯電路的示例性實施例；以及
[0038]圖9A和圖9B圖示與圖6所示的過流保護電路的操作對應(yīng)的示例性波形。

【具體實施方式】
[0039]現(xiàn)在參照圖2，圖2圖示BTL D類放大器電路200的示例性實施例。電路200具有包括差分放大器202的差分架構(gòu)，差分放大器202被配置成接收差分輸入信號21A和21B并且輸出差分輸出信號21IA和211B。第一輸出信號21IA被通過第一驅(qū)動通道處理以驅(qū)動揚聲器230的第一端子。第二輸出信號211B被通過第二驅(qū)動通道處理以驅(qū)動揚聲器230的第二端子。每個驅(qū)動通道包括:集成電路204A或204B、波形發(fā)生器電路206A或206B、比較器208A或208B、電流限制邏輯220A或220B、開關(guān)放大器電路222A或222B以及低通濾波器228A或228B。如圖2所示，利用后面跟隨字母“A”的數(shù)字標(biāo)注的元件與第一(“正”)驅(qū)動通道對應(yīng)，其產(chǎn)生輸出信號0UTP。類似地，利用后面跟隨字母“B”的數(shù)字標(biāo)注的元件與第二( “負”)驅(qū)動通道對應(yīng)，其產(chǎn)生輸出信號0UTN。
[0040]操作時,差分放大器202接收正輸入信號210A和負輸入信號210B,并且產(chǎn)生差分輸出信號211A和211B，通過集成電路204A和204B對差分輸出信號211A和211B進行濾波。集成電路204A包括放大器205A，放大器205A在其負輸入端子接收差分輸出信號211A和來自輸出信號235的反饋輸入212A，并且在其正輸入端子接收基準(zhǔn)電壓Vref。集成電路204A產(chǎn)生表示到電路200的正音頻輸入的經(jīng)濾波信號207A。類似地，集成電路204B包括放大器205B，放大器205B在其負輸入端子接收差分輸出信號21IB和來自輸出信號245的反饋輸入212B，并且在其正輸入端子接收基準(zhǔn)電壓Vref。集成電路204B產(chǎn)生表示到電路200的負音頻輸入的經(jīng)濾波信號207B。
[0041]通過將分別從相應(yīng)的集成電路204A和204B接收的經(jīng)濾波信號207A和207B與由波形發(fā)生器電路206A和206B生成的三角波形進行比較而最終確定驅(qū)動通道輸出信號OUTP和0UTN。關(guān)于0UTP，比較器208A將經(jīng)濾波正通道輸入信號207A與由206A生成的三角波形進行比較，并且產(chǎn)生具有與輸入信號207A的瞬時值直接成比例的占空比的脈寬調(diào)制(PWM)信號209A。PWM信號209A然后被饋送進電流限制邏輯220A。關(guān)于0UTN，比較器208B將將經(jīng)濾波負通道輸入信號207B與由206B生成的三角波形進行比較，并且產(chǎn)生具有與輸入信號207B的瞬時值直接成比例的占空比的PWM信號209B。PWM信號209B然后被饋送進電流限制邏輯220B。
[0042]現(xiàn)在參照圖3A和圖3B說明電流限制邏輯220A和220B。參照圖3A，電流限制邏輯220A接收PWM信號209A、第一閾值THl和感測電流Icsp。感測電流Icsp由耦合至開關(guān)放大器電路222A的輸出以感測OUTP的輸出電流235的電流感測電路215A(見圖2)生成。在比較電路310A處，將指示OUTP電流235的感測電流Icsp與第一閾值THl比較。如果感測電流Icsp小于第一閾值TH1，則比較電路310A輸出為低的電流限制信號315A，如果感測電流Icsp等于或大于第一閾值TH1，則比較電路310A輸出為高的電流限制信號315A。由此，當(dāng)超過第一閾值THl時，電流限制信號315A為邏輯高，這例如指示在正通道輸出OUTP處存在過流狀況。
[0043]電流限制邏輯220A還包括輸出電路330A，輸出電路330A接收PWM信號209A和電流限制信號315A，并且根據(jù)感測電流Icsp和閾值THl的比較而產(chǎn)生用于驅(qū)動開關(guān)放大器222A的輸出信號L0GP。例如，當(dāng)電流限制信號315A低時，輸出信號LOGP等于PWM信號209A。當(dāng)電流限制信號315A高時，輸出信號LOGP重置為低。因此，電流限制邏輯220A以使得輸出電流235被限制為不超過第一閾值THl的方式驅(qū)動開關(guān)放大器222A。
[0044]現(xiàn)在參照圖3B，電流限制邏輯220B接收PWM信號209B、第一閾值THl和感測電流Icsn0感測電流Icsn由耦合至開關(guān)放大器電路222B的輸出以感測OUTN的輸出電流245的電流感測電路215B(見圖2)生成。在比較電路310B處，將指示OUTN電流245的感測電流Icsn與第一閾值THl比較。如果感測電流Icsn小于第一閾值TH1，則比較電路310B輸出為低的電流限制信號315B，如果感測電流Icsn等于或大于第一閾值TH1，則比較電路310B輸出為高的電流限制信號315B。由此，當(dāng)超過第一閾值THl時，電流限制信號315B為邏輯高，這例如指示在負通道輸出OUTN處存在過流狀況。
[0045]電流限制邏輯220B還包括輸出電路330B，輸出電路330B接收PWM信號209B和電流限制信號315B，并且根據(jù)感測電流Icsn和閾值THl的比較而產(chǎn)生用于驅(qū)動開關(guān)放大器222B的輸出信號L0GN。例如，當(dāng)電流限制信號315B低時，輸出信號LOGN等于PWM信號209B。當(dāng)電流限制信號315B高時，輸出信號LOGN重置為低。因此，電流限制邏輯220B以使得輸出電流245被限制為不超過第一閾值THl的方式驅(qū)動開關(guān)放大器222B。
[0046]再參照圖2，輸出信號LOGP驅(qū)動開關(guān)放大器電路222A以產(chǎn)生作為PWM信號209A的放大版的輸出信號0UTP。開關(guān)放大器電路222A包括驅(qū)動邏輯電路224A和具有晶體管Ml和M2的半橋驅(qū)動電路226A，并且被配置成產(chǎn)生具有輸出電流235的輸出信號OUTP。類似地，輸出信號LOGN驅(qū)動開關(guān)放大器電路222B以產(chǎn)生作為PWM信號209B的放大版的輸出信號0UTN。開關(guān)放大器電路222B包括驅(qū)動邏輯電路224B和具有晶體管M3和M4的半橋驅(qū)動電路226B，并且被配置成產(chǎn)生具有輸出電流245的輸出信號0UTN。輸出信號OUTP和OUTN分別被低通濾波器228A和228B濾波，以生成在輸出揚聲器230的相對端子處接收的相應(yīng)的音頻輸出信號250和255。
[0047]放大器電路200還包括關(guān)閉邏輯260，關(guān)閉邏輯260將感測電流Icsp和Icsn與第二閾值TH2比較以檢測短路狀況或其他的過流狀況，以觸發(fā)電路200的關(guān)閉?，F(xiàn)在參照圖4描述關(guān)閉邏輯260。關(guān)閉邏輯260接收感測電流Icsp和Icsn以及第二閾值TH2，并且產(chǎn)生輸出信號0CSD。在第一電流比較器410處，將感測電流Icsp與第二閾值TH2比較。如果感測電流Icsp小于第二閾值TH2,則第一電流比較器410輸出為低的關(guān)閉信號415,如果感測電流Icsp等于或大于第二閾值TH2,則第一電流比較器410輸出為高的關(guān)閉信號415。在第二電流比較器420處，將感測電流Icsn與第二閾值TH2比較。如果感測電流Icsn小于第二閾值TH2,則第二電流比較器420輸出為低的關(guān)閉信號425,如果感測電流Icsn等于或大于第二閾值TH2，則第二電流比較器420輸出為高的關(guān)閉信號425。在OR門430處接收關(guān)閉信號415和425。如果關(guān)閉信號415和425為低，則OR門430輸出為低的關(guān)閉信號0CSD，如果關(guān)閉信號415和425中的任一個或兩者都為高，則OR門430輸出為高的關(guān)閉信號0CSD。因此，當(dāng)感測電流Icsp或感測電流Icsn超過第二閾值TH2時，則關(guān)閉信號OCSD為邏輯高，這例如分別指示在正通道輸出OUTP或負通道輸出OUTN處存在短路狀況。
[0048]再參照圖2，在驅(qū)動邏輯224A和224B處接收關(guān)閉信號0CSD。當(dāng)關(guān)閉信號OCSD為高時，驅(qū)動邏輯224A上拉晶體管Ml的柵極至Vcc并且下拉晶體管M2的柵極至地，驅(qū)動邏輯224B上拉晶體管M3的柵極至Vcc并且下拉晶體管M4的柵極至地，由此禁止驅(qū)動邏輯224A和224B，并且將輸出強制成高阻抗?fàn)顟B(tài)，由此同時有效地關(guān)閉電路200的兩個通道。
[0049]在圖2所示的實施例中，過流保護電路(電流限制邏輯220A、220B和關(guān)閉邏輯260)實施兩個過流閾值和相同通道監(jiān)控以避免動態(tài)阻抗降。第一閾值THl是用于檢測過流狀況以觸發(fā)電路200的驅(qū)動減少的過流限制。如果輸出電流達到第一閾值(這里還稱為電流限制閾值)，則電路200因在揚聲器230兩端的阻抗降而可能已經(jīng)遭受過流狀況，過流保護電路220將輸出電流限制為不超過第一閾值的值，但是不關(guān)閉電路200。第二閾值TH2 (這里還稱為關(guān)閉閾值)被用于檢測短路狀況或其他過流狀況以觸發(fā)電路200的關(guān)閉。如果輸出電流達到第二閾值TH2，則電路200推定為短路并且因此被關(guān)閉。
[0050]相同通道監(jiān)控是指如下電路配置，其中電流限制邏輯220A和220B均監(jiān)控它們相應(yīng)的驅(qū)動通道的輸出電流，并且如果對于其相應(yīng)的通道存在過流狀況則對于它們相應(yīng)的通道將輸出信號重置為低。換言之，電流限制邏輯220A監(jiān)控正驅(qū)動通道輸出電流235并且如果檢測到過流狀況則將輸出信號OUTP重置為低。電流限制邏輯220B監(jiān)控負驅(qū)動通道輸出電流245并且如果檢測到過流狀況則將輸出信號OUTN重置為低。
[0051]現(xiàn)在參照圖5A所示的代表波形500來更詳細地說明電流限制邏輯220A的操作。揚聲器230兩端的電壓等于0UTP-0UTN。因此，當(dāng)OUTP高且OUTN低時，輸出電流235 (和電流感測信號Ics)增大。當(dāng)OUTP和OUTN兩者都高時或者兩者都低時，則揚聲器230兩端的電壓為零，輸出電流235減小。
[0052]當(dāng)輸出電流235小于電流限制閾值THl時，電流限制邏輯220A對驅(qū)動邏輯224A進行驅(qū)動，驅(qū)動邏輯224A進而驅(qū)動半橋驅(qū)動電路226A以產(chǎn)生0UTP。在標(biāo)記510處，輸出電流235達到電流限制閾值TH1，電流限制信號315A變高。當(dāng)電流限制信號315A為高時，對于PWM周期的剩余部分(見虛線標(biāo)記511)，OUTP被重置為低。當(dāng)OUTP被重置為低時，揚聲器230兩端的電壓被減小至零，由此將輸出電流235減小至電流限制閾值THl (標(biāo)記512)之下。由此，當(dāng)電路200因揚聲器230兩端的阻抗降而遭受過流狀況時，電流限制電路220A對驅(qū)動邏輯224A進行驅(qū)動并且進而驅(qū)動開關(guān)226A，從而將OUTP的輸出電流235限制為電流限制閾值THl的值。盡管未示出，如果輸出電流235達到關(guān)閉閾值TH2，則由關(guān)閉邏輯260產(chǎn)生的關(guān)閉信號OCSD變高并且觸發(fā)放大器電路200的關(guān)閉。
[0053]應(yīng)當(dāng)理解的是，電流限制邏輯220B與上述電流限制邏輯220A相似地操作。見圖5B，根據(jù)前述公開例如波形550與電流限制邏輯220B的操作對應(yīng)。
[0054]在圖2所示的示例性D類放大器電路實施例中，電路不能夠識別短路狀況而可能將真正的短路狀況掩飾，因此電路200—般在短路狀況下不能關(guān)閉。例如，參照圖5C所示的波形555，OUTP在標(biāo)記515處被短路，由此當(dāng)OUTP為高時導(dǎo)致輸出電流235出現(xiàn)尖峰(標(biāo)記516)。由于短路狀況，輸出電流235對于每個OUTP周期上升至第一閾值TH1，導(dǎo)致電流限制信號315A變高，由此對于每個周期將OUTP重置為低(標(biāo)記517)。當(dāng)OUTP再次變高時，輸出電流235再次出現(xiàn)峰升至第一閾值TH1，電流限制信號315A在能夠觸發(fā)關(guān)閉信號OCSD之前再次觸發(fā)OUTP的重置。結(jié)果，輸出電流235被反復(fù)地限制成第一閾值TH1，因此即使電路200正在遭受短路狀況時，也不能夠到達第二閾值TH2以觸發(fā)使電路200關(guān)閉的關(guān)閉信號OCSD。
[0055]現(xiàn)在參照圖6，圖6示出根據(jù)本公開的示例性實施例的并入過流保護方案的BTL D類音頻放大器電路600的示例。放大器電路600包括與上面所述的圖2中提供的電路相似的電路，其中相似的附圖標(biāo)記表示相似的部件。
[0056]放大器電路600用電流限制邏輯620A和620B替換圖2的電流限制邏輯220A和220B,現(xiàn)在將參照圖6、圖7A和圖7B對其詳細說明。如圖6和圖7A所示，電流限制邏輯620A接收PWM信號209A、第一閾值TH1、代表性輸出信號0UTN’、以及感測電流Icsn。代表性輸出信號0UTN’指示輸出信號OUTN的邏輯狀態(tài)。感測電流Icsn是由耦合至開關(guān)放大器電路222B的輸出以感測負通道輸出信號電流245的電流感測電路215B生成的。在比較電路710A處，將指示OUTN電流245的感測電流Icsn與第一閾值THl比較。如果感測電流Icsn小于第一閾值TH1，則比較電路710A輸出為低的電流限制信號715A，如果感測電流Icsn等于或大于第一閾值TH1，則比較電路710A輸出為高的電流限制信號715A。由此，當(dāng)超過第一閾值THl時，電流限制信號715A為邏輯高，這例如指示在負通道輸出OUTN處存在過流狀況。
[0057]輸出電路730A接收PWM信號209A、電流限制信號715A和代表性輸出信號0UTN’，并且響應(yīng)于電流限制信號715A而產(chǎn)生用于驅(qū)動開關(guān)放大器222A以控制輸出信號OUTP的輸出信號L0GP。因此，正驅(qū)動通道的電流限制邏輯620A響應(yīng)于負驅(qū)動通道輸出電流245而控制正通道輸出信號OUTP。
[0058]如圖6和圖7B所示，電流限制邏輯620B接收PWM信號209B、第一閾值THl、代表性輸出信號0UTP’、以及感測電流Icsp。代表性輸出信號0UTP’指示輸出信號OUTP的邏輯狀態(tài)。感測電流Icsp是由耦合至開關(guān)放大器電路222A的輸出以感測正通道輸出信號電流235的電流感測電路215A生成的。在比較電路710B處，將指示OUTP電流235的感測電流Icsp與第一閾值THl比較。如果感測電流Icsp小于第一閾值TH1，則比較電路710B輸出為低的電流限制信號715B，如果感測電流Icsp等于或大于第一閾值TH1，則比較電路710B輸出為高的電流限制信號715B。由此，當(dāng)超過第一閾值THl時，電流限制信號715B為邏輯高，這例如指示在正通道輸出OUTP處存在過流狀況。
[0059]輸出電流730B接收PWM信號209B、電流限制信號715B和代表性輸出信號0UTP’，并且響應(yīng)于電流限制信號715B而產(chǎn)生用于驅(qū)動開關(guān)放大器222B以控制輸出信號OUTN的輸出信號L0GN。因此，負驅(qū)動通道的電流限制邏輯620B響應(yīng)于正驅(qū)動通道輸出電流235而控制負通道輸出信號0UTN。
[0060]現(xiàn)在參照圖8A，示出包括輸出電路730A的示例性電路的實施例。代表性輸出信號OUTNj在NOT門805A處被反相，然后傳遞至NOR鎖存器810A的重置輸入。電流限制信號715A在NOR鎖存器810A的設(shè)定輸入處被接收。NOR門820A在第一輸入處接收NOR鎖存器輸出815A并且在另一輸入處接收PWM信號209A。NOR門820A的輸出被NOT門825A反相并且輸出為電流限制邏輯輸出信號L0GP。
[0061]操作時，當(dāng)負驅(qū)動通道輸出電流245小于第一閾值THl時(S卩，電流限制信號715A為低)，NOR鎖存器輸出815A為低，并且無論輸出信號OUTN的狀態(tài)如何，PWM信號209A被輸出為LOGP (經(jīng)由NOR門820A和反相器825A)。當(dāng)輸出電流245大于或等于第一閾值THl時(即，電流限制信號715A為高)，NOR鎖存器輸出815A為高。因此，NOR門820A輸出低狀態(tài)，該低狀態(tài)然后被NOT門825A反相，輸出信號LOGP被驅(qū)動為高從而將OUTP驅(qū)動為高狀態(tài)。注意，在該過流狀況下，負通道輸出OUTN未被重置為低。而是，正通道輸出OUTP被驅(qū)動為聞。
[0062]現(xiàn)在參照圖8B，示出包括輸出電路730B的示例性電路的實施例。代表性輸出信號OUTPj在NOT門805B處被反相，然后傳遞至NOR鎖存器810B的重置輸入。電流限制信號715B在NOR鎖存器810B的設(shè)定輸入處被接收。NOR門820B在第一輸入處接收NOR鎖存器輸出815B并且在另一輸入處接收PWM信號209B。NOR門820B的輸出被NOT門825B反相并且輸出為電流限制邏輯輸出信號L0GN。
[0063]操作時，當(dāng)正驅(qū)動通道輸出電流235小于第一閾值THl時(S卩，電流限制信號715B為低)，NOR鎖存器輸出815B為低，并且無論輸出信號OUTP的狀態(tài)如何，PWM信號209B被輸出為L0GN(經(jīng)由NOR門820B和反相器825B)。當(dāng)輸出電流235大于或等于第一閾值THl時(即，電流限制信號715B為高)，NOR鎖存器輸出815B為高。因此，NOR門820B輸出低狀態(tài)，該低狀態(tài)然后被NOT門825B反相，輸出信號LOGN被驅(qū)動為高從而將OUTN驅(qū)動為高狀態(tài)。注意，在該過流狀況下，正通道輸出OUTP未被重置為低。而是，負通道輸出OUTN被驅(qū)動為聞。
[0064]在圖6所示的實施例中，過流保護電路(電流限制邏輯620A、620B和關(guān)閉邏輯260)實施兩個過流閾值和相反通道監(jiān)控以避免動態(tài)阻抗降。第一閾值THl是用于檢測過流狀況以觸發(fā)電路600的驅(qū)動減少的過流限制。第二閾值TH2被用于檢測短路狀況或其他過流狀況以觸發(fā)電路600的關(guān)閉。相反通道監(jiān)控是指如下電路配置，其中給定通道的電流限制邏輯監(jiān)控相反通道的過流狀況，并且如果對于該相反通道存在過流狀況則將對于其相應(yīng)的通道將輸出信號設(shè)定為高。對于本公開的目的而言，應(yīng)當(dāng)理解如果輸出電流235或245達到至少第一閾值THl則存在過流狀況。
[0065]電流限制邏輯620A通過將感測電流信號Icsn與第一閾值比較并且響應(yīng)于該比較而控制正通道輸出OUTP而監(jiān)控負通道輸出OUTN的過流狀況。如果電流感測信號Icsn大于或等于第一閾值TH1，則電流限制信號715A被設(shè)定為邏輯高，并且電流限制邏輯620A將正通道輸出OUTP設(shè)定為邏輯高。
[0066]當(dāng)電流限制信號715A為高時，在負通道輸出OUTN處存在過流狀況。當(dāng)發(fā)生此時，OUTN保持高，并且LOGP被設(shè)定為邏輯高以致使OUTP也變高。如果OUTN被短路(例如，至地)，則OUTN輸出電流245將從第一閾值快速地上升至第二閾值，并且將關(guān)閉裝置600。如果因揚聲器230兩端的阻抗降而生成電流限制信號715A，則OUTN輸出電流245將不上升，這是因為揚聲器230兩端的電壓降將為零(0UTN-0UTP = O)，并且裝置600將繼續(xù)操作。
[0067]相反，電流限制邏輯620B通過將感測電流信號Icsp與第一閾值比較并且響應(yīng)于該比較而控制負通道輸出OUTN而監(jiān)控正通道輸出OUTP的過流狀況。如果電流感測信號Icsp大于或等于第一閾值TH1，則電流限制信號715B被設(shè)定為邏輯高，并且電流限制邏輯620B將負通道輸出OUTN設(shè)定為邏輯高。
[0068]當(dāng)電流限制信號715B為高時，在正通道輸出OUTP處存在過流狀況。當(dāng)電流限制信號715B為高時，OUTP也為高，并且LOGN被設(shè)定為高以致使OUTN也變高。如果OUTP被短路(例如，至地)，則OUTP輸出電流235將從第一閾值THl立即上升至第二閾值TH2，并且將關(guān)閉裝置600。如果因揚聲器230兩端的阻抗降而生成電流限制信號715B，則OUTP輸出電流235將不上升，這是因為揚聲器230兩端的電壓降將為零(0UTP-0UTN = O)，并且裝置600將繼續(xù)操作。
[0069]該過流保護方案(其中第一通道的電流限制邏輯監(jiān)控第二通道的過流狀況并且響應(yīng)于此而控制第一通道的輸出)在電路600遭受短路狀況時起到允許第二通道的輸出電流峰升(spike)超過第一閾值THl到第二閾值TH2的作用。此外，該過流保護方案還在第二通道的過流狀況是由輸出揚聲器230兩端的阻抗降引起時允許第二通道的輸出電流下降至第一閾值THl之下，使得裝置600可以繼續(xù)操作。
[0070]現(xiàn)在參照圖9A，圖9A圖示在短路過流狀況期間與放大器電路600的各部件對應(yīng)的示例性波形900。圖9A所示的波形900用于說明電流限制邏輯620B (和關(guān)閉邏輯260)的操作，然而應(yīng)當(dāng)理解，電流限制邏輯620A以相似的方式操作。在圖9A所示的示例中，正通道輸出OUTP在標(biāo)記905處被短路至地。因此，當(dāng)OUTP變高時，輸出電流235峰升(標(biāo)記906)。當(dāng)OUTP輸出電流235達到第一閾值THl時，過流限制信號715B在標(biāo)記910處變高。當(dāng)過流限制信號715B變高時，OUTP保持為高，并且電流限制邏輯輸出信號LOGN變高，致使OUTN變高，如圖9A所示。
[0071]揚聲器230兩端的電壓等于0UTP-0UTN，該電壓在正常狀況下為零。但是，由于OUTP被短路至地并且OUTP保持為邏輯高狀態(tài)，輸出電流235繼續(xù)上升直到達到第二閾值TH2為止。在該點處(標(biāo)記907)，在標(biāo)記915處設(shè)置關(guān)閉信號0CSD，放大器電路600被關(guān)閉以保護免受短路、過流狀況。
[0072]現(xiàn)在參照圖9B，圖9B圖示在由揚聲器230兩端的阻抗降引起的過流狀況期間與放大器電路600的各部件對應(yīng)的示例性波形950。圖9B所示的波形950用于說明電流限制邏輯620B (和關(guān)閉邏輯260)的操作，然而再次應(yīng)當(dāng)理解，電流限制邏輯620A以相似的方式操作。在圖9B所示的示例中，輸出電流235隨著電路600的操作而繼續(xù)上升。在標(biāo)記920處，輸出電流235達到第一閾值THl，這觸發(fā)電流限制信號715B上升(標(biāo)記920)。當(dāng)過流限制信號715B變高時，OUTP保持為高，并且電流限制邏輯輸出信號LOGN變高，致使OUTN變高，如圖9B所示的標(biāo)記921處。由于在揚聲器230兩端的阻抗降而發(fā)生的過流狀況(并且不是短路狀況)，0UTP等于0UTN，揚聲器230兩端的電壓降為零。這樣，輸出電流235開始下降(標(biāo)記922處)到閾值THl之下，并且隨著電路600繼續(xù)操作，在隨后的周期中輸出電流235再次限制為第一閾值THl。
[0073]所提出的過流保護方案能夠精確地區(qū)分短路狀況和阻抗降，并且實施適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施以在過流狀況是因阻抗降引起時允許D類音頻放大器繼續(xù)操作或者在過流狀況是短路狀況引起時允許D類首頻放大器關(guān)閉。
[0074]所公開的過流保護電路一般地關(guān)于在短路接地時發(fā)生的短路狀況進行說明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所公開的過流保護電路還可以用于免于遭受在因短路至Vcc而引起的過流狀況。
[0075]上述說明以示例和非限制性示例的方式為本實用新型的一個或多個示例性實施例提供了全面和有益的說明。然而，對于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的是，在結(jié)合附圖和所附的權(quán)利要求閱讀的前面的說明的基礎(chǔ)上可以進行各種修改和調(diào)整。然而，對本實用新型教導(dǎo)的所有的這些和類似的變形仍落在如所附的權(quán)利要求所限定的本實用新型的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在D類音頻放大器電路中提供過流保護的系統(tǒng)，其特征在于，所述D類音頻放大器電路具有第一驅(qū)動通道和第二驅(qū)動通道，所述系統(tǒng)包括: 第一電流保護電路，所述第一電流保護電路被配置成監(jiān)控所述第二驅(qū)動通道的輸出電流，并且響應(yīng)于所述第二驅(qū)動通道的過流狀況而將所述第一驅(qū)動通道的輸出信號驅(qū)動至與所述第二驅(qū)動通道的輸出信號相同的狀態(tài)；以及 關(guān)閉電路，所述關(guān)閉電路被配置成如果所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流達到關(guān)閉閾值則關(guān)閉所述D類音頻放大器電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電流保護電路包括: 第一過流檢測電路，所述第一過流檢測電路可操作用于通過將所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流與第一過流閾值比較并且如果所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述第一過流閾值則生成第一電流限制信號，來檢測過流狀況；以及 第一輸出電路，所述第一輸出電路可操作用于響應(yīng)于所述第一電流限制信號而生成用于將所述第一驅(qū)動通道的所述輸出信號驅(qū)動至與所述第二驅(qū)動通道的所述輸出信號相同的狀態(tài)的第一驅(qū)動信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述關(guān)閉電路包括: 第一比較器電路，所述第一比較器電路可操作用于將所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流與所述關(guān)閉閾值比較并且如果所述第二驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述關(guān)閉閾值則生成關(guān)閉信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一驅(qū)動通道還包括第一濾波電路、可操作用于生成指示經(jīng)濾波的第一輸入信號的脈寬調(diào)制信號的第一比較器、以及可操作用于響應(yīng)于由所述第一電流保護電路生成的第一驅(qū)動信號而控制所述第一通道輸出信號的第一開關(guān)放大器電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一開關(guān)放大器電路包括第一半橋驅(qū)動電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 第二電流保護電路，所述第二電流保護電路被配置成監(jiān)控所述第一驅(qū)動通道的輸出電流，并且響應(yīng)于所述第一驅(qū)動通道的過流狀況而將所述第二驅(qū)動通道的所述輸出信號驅(qū)動至與所述第一驅(qū)動通道的所述輸出信號相同的狀態(tài)； 其中所述關(guān)閉電路還被配置成如果所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述關(guān)閉閾值則關(guān)閉所述D類音頻放大器電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二電流保護電路包括: 第二過流檢測電路，所述第二過流檢測電路可操作用于通過將所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流與第二過流閾值比較并且如果所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述第二過流閾值則生成第二電流限制信號，來檢測過流狀況；以及 第二輸出電路，所述第二輸出電路可操作用于響應(yīng)于所述第二電流限制信號而生成用于將所述第二驅(qū)動通道的所述輸出信號驅(qū)動至與所述第一驅(qū)動通道的所述輸出信號相同的狀態(tài)的第二驅(qū)動信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述關(guān)閉電路還包括: 第二比較器電路，所述第二比較器電路可操作用于將所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流與所述關(guān)閉閾值比較并且如果所述第一驅(qū)動通道的所述輸出電流達到所述關(guān)閉閾值則生成第二關(guān)閉信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電流保護電路包括所述第一驅(qū)動通道的一部分，并且所述第二電流保護電路包括所述第二驅(qū)動通道的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二驅(qū)動通道還包括第二濾波電路、可操作用于生成指示經(jīng)濾波的第二輸入信號的脈寬調(diào)制信號的第二比較器、以及可操作用于響應(yīng)于由所述第二電流保護電路生成的第二驅(qū)動信號而控制所述第二通道輸出信號的第二開關(guān)放大器電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二開關(guān)放大器電路包括第二半橋驅(qū)動電路。
12.—種電路，其特征在于，所述電路包括: 第一半橋驅(qū)動電路，所述第一半橋驅(qū)動電路被配置成將第一驅(qū)動信號輸出至負載； 第一電流傳感器，所述第一電流傳感器被配置成感測所述第一驅(qū)動信號的第一電流； 第二半橋驅(qū)動電路，所述第二半橋驅(qū)動電路被配置成將第二驅(qū)動信號輸出至所述負載； 過流保護電路，所述過流保護電路被配置成將感測的所述第一電流與第一閾值比較并且如果超過所述第一閾值則致使所述第二半橋驅(qū)動電路輸出具有與所述第一驅(qū)動信號相同的邏輯狀態(tài)的所述第二驅(qū)動信號； 關(guān)閉電路，所述關(guān)閉電路被配置成將感測的所述第一電流與更高的第二閾值比較并且如果超過所述第二閾值則致使電路關(guān)閉。
【文檔編號】H03F1/52GK204180020SQ201420495614
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】劉啟宇, 杜如峰 申請人:意法半導(dǎo)體研發(fā)(深圳)有限公司