专利名称：音响系统开关电源的功耗测控方法及其专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种音响系统开关电源的功耗测控方法及其专用装置。属于音响 系统开关电源技术领域。
背景技术：
开目前，开关电源因其因其具有体积小、重量轻、效率高、纹波小、噪声低、 易扩容等优良特性，而广泛应用于各种电子设备上。由于现有技术的开关电源只 能输出恒定的开关电压，因此，它只能由作为稳压源来使用。对于于音响功放系 统要求电源随着负载的变化，自动调整输出电压的场合，这类开关电源而目前己 有的普通开关电源不能不能用在音响功放系统等负载变化时自动调整输出电压的 场所，而只能输出稳定的电压，因此，现有的普通开关电源不适合音响功放系统 的应用。如果开关电源的输出电压不能随着负载变化而动态变化，就不能满足音 响功放系统的动态响应要求，有可能造成输出功率过大，从而造成音响功放系统 内部损耗增大，这样容易造成功率器件过热甚至烧毁。因此，如何音响功放系统 开关电源的输出电压随负载变化而作动态变化(输出功率跟随变化)，从而降低功 放系统的功率损耗，是本领域技术人员急需解决的技术问题。发明内容本发明的第一个目的，是为了解决现有技术中开关电源的输出电压不能跟随 负载变化而变化，容易造成功放系统内部损耗增大的问题，提供一种音响系统开 关电源的功耗测控方法。本发明的第二个目的，是为了提供一种用于音响系统开关电源的功耗测控方 法的专用装置。本发明的目的第一个目的可以通过以下措施达到音响系统开关电源的功耗测控方法，其特征是在音响功放系统的开关电源 中设置功率检测控制器，该功率检测控制器通过检测开关电源的实时输出功率，1) 当检测到音响功放系统的开关电源输出功率等于或小于负载的额定功率 时，控制开关电源的输出电压保持稳定，使输出功率自动适应于负载的变化；2) 当检测到音响功放系统的开关电源输出功率大于负载的额定功率或呈上升 趋势时，产生一个过功率信号，将开关电源的输出电压降低、使输出电压自动调 整，使输出功率自动适应于负载的变化，降低系统内部功率损耗。本发明的目的第一个目的还可以通过以下措施达到本发明的一种实施方式是功率检测控制器对开关电源主变压器原边的电流 进行取样，并将该取样电流电流与基准设定电压进行比较，当主变压器原边电流 成比例增大时，产生一个过功率信号；检测控制器通过过功率信号改变误差比较 的基准设定电压，进而降低控制电路的脉宽调制PWM的输出占空比，最终降低 输出电压，实现电压自动调整。本发明的一种实施方式是功率检测控制器对开关电源主变压器原边的电流 进行取样，即通过检测开关电源主变压器原边电流来监测输出功率，电流信号经 串接电阻转化为电压信号与基准设定电压进行比较，产生过功率信号，过功率信 号反馈回基准设定电压，形成滞环比较，当输出功率降低时，由电流采样信号转化来的电压信号迅速反应、升高开关电源的输出电压，反之，当输出功率升高时， 由电流采样信号转化来的电压信号迅速反应、降低开关电源的输出电压。 本发明的目的第二个目的还可以通过以下措施达到-用于音响功放系统开关电源的测控方法的专用装置，其结构特点是由功率 检测电路和控制电路组成；功率检测电路的信号输入端与开关电源的主变压器原 边绕组连接、输出端与控制电路的输入端连接，控制电路的信号输出端连接开关 电源的变换电路的信号输入端。本发明的一种实施方式是功率检测电路由电流取样单元、信号转化单元、 整流滤波单元、基准电压单元、电压比较单元、延时单元和滞环单元连接而成； 电流取样单元的输入端连接输入电路的输出端，电流取样单元的输出端通过信号转化单元、整流滤波单元连接电压比较单元的一个比较输入端，电压比较单元的 输出端连接延时单元的输入端，延时单元的输入端通过滞环单元连接基准电压单 元的输入端，基准电压单元的输出端连接电压比较单元的一个比较输入端；控制 电路由取样电压单元、基准设定单元、误差放大单元和PWM控制单元连接而成； 基准设定单元的输入端连接延时单元的输出端，基准设定单元的输出端、取样电 压单元的输出端各连接误差放大单元的一个输入端，误差放大单元的输出端连接 PWM控制单元的输入端。本发明的一种实施方式是功率检测电路由电流互感器、电阻R34 R43、精 密电阻RJ12、电容C22、电解电容EC18 EC19、 二极管D17、三极管Q6 Q8和 电压比较器芯片IC2A IC2B连接而成；电流互感器串接电阻R42后与由二极管 D17、电阻R41、无极性电容C22和电解电容EC18构成的RC滤波电路连接，RC 滤波电路的输出端接电压比较器IC2A的反相输入端，电压比较器IC2A的正相输 入端连接基准设定电压，电压比较器IC2A的输出端通过由电阻R39和电解电容 EC19组成的延时电路连接电压比较器IC2B的同相输入端，电压比较器IC2B的 反向输入端与基准设定电压相连，电压比较器IC2B的输出端通过由限流电阻R36、 三极管Q8、电阻R35、电阻R34和辅助电源组成的驱动放大电路连接控制电路的 三极管Q6的基极；电压比较器IC2B的输出端还连接电阻R38、电阻R43、精密 电阻RJ12和三极管Q7，组成滞环比较电路；控制电路包括一个脉宽调制控制器, 脉宽调制控制器内置一误差放大器、其反相输入端通过由电阻RJ3、 RJ4、 RJ7、 RJ9、 RJ10分别组成的分压网络及三极管Q6与功率检测电路的信号输出端连接， 其同相输入端连接开关电源输出的采样电压。本发明的有益效果是1、 本发明从功能需求出发在普通的音响系统的开关电源中设置功率检测控制 器，在控制电路中设置了动态电压控制功能，使开关电源能够随着负载的变化自 动调整输出电压，使音响功放系统在大功率工作时降低内部损耗。通过检测开关 电源主变压器原边电流来监测输出功率，检测电路对该电流进行取样，并把电流 信号转化为电压信号，与基准设定电压进行比较后产生一个过功率信号，控制电 路检测到过功率信号后改变误差比较的基准设定电压，进而降低控制电路的脉宽 调制(PWM)控制器的输出占空比，最终降低输出电压、系统内部损耗。2、 本发明通过申请人在音响功放系统的开关电源中应用，并取得良好的效果， 在此技术支持下设计的开关电源，具有低损耗、高动态响应、低成本、高可靠性 的特点，为音响功放系统提供强劲动力支持，从而使音响功放系统更加经济、环 保和高效。
图1是开关电源的电路原理框图。图2是功率检测控制器原理框图。图3是本发明的功率检测电路的电路图。图4本发明的检测与控制电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和开关电源的原理对本发明进行描述。 具体实施例参照图1，与本发明相关联的开关电源包括输入电路、变换电路、输出电路、 检测电路、保护电路和辅助电源。此外，在开关电源中接入本发明的功率检测电 路和控制电路。所述输入电路、变换电路和输出电路依次连接；所述检测电路的 信号输入端与输出电路的信号输出端连接；所述保护电路信号输入端分别连接输 入电路的信号输出端和输出电路的信号输出端；功率检测电路的信号输入端与输 入电路的信号输出端连接；所述控制电路的信号输入端分别连接检测电路、保护 电路和功率检测电路的信号输出端，其信号输出端连接变换电路的信号出入端；所述辅助电源的信号输出端分别连接控制电路和功率检测电路的信号输入端。交流输入经输入电路整流滤波，然后经过变换电路和输出电路逆变二次整流 滤波输出平滑的直流电压。检测电路对输出电压取样反馈回控制电路形成闭环控 制。保护电路检测过压过流信号，来闭锁控制电路的脉宽调制(PWM)控制器的 输出，保护电源系统的安全。功率检测电路检测过功率信号，动态调节输出电压， 降低内部损耗。辅助电源为控制电路和功率检测电路供电。参照图2，本发明利用功率检测电路检测开关电源主变压器原边电流来监测 输出功率；当开关电源输出小功率时，输出电压保持稳定，输出功率自适应于负 载的变化。输出功率增大时，主变压器原边电流成比例增大，功率检测电路通过 对该电流进行取样，并把电流信号转化为电压信号，通过与基准设定电压进行比 较，经RC延时防抖，产生一个过功率信号；控制电路检测到过功率信号时，通 过双极性晶体管的导通来改变控制电路的分压网络，改变误差比较的基准设定电 压，进而降低控制电路的脉宽调制(PWM)控制器的输出占空比，最终降低输出 电压。应用于音响功放系统的开关电源的功率检测和输出电压动态控制的具体实现 过程如下本发明在音响功放系统的开关电源中设置功率检测控制器，该功率检测控制 器通过检测开关电源的实时输出功率，1) 当检测到音响功放系统的开关电源输出功率等于或小于负载的额定功率 时，控制开关电源的输出电压保持稳定，使输出功率自动适应于负载的变化；2) 当检测到音响功放系统的开关电源输出功率大于负载的额定功率或呈上升 趋势时，产生一个过功率信号，将开关电源的输出电压降低、使输出电压自动调 整，使输出功率自动适应于负载的变化，降低系统内部功率损耗。功率检测电路通过检测开关电源主变压器原边电流来监测输出功率(输出功 率和原边电流成比例)。主变压器原边电流信号通过电流互感器被采样，电流采样 信号通过串接电阻，并经二极管和电容电阻组成的整流滤波电路，转化为电压信号。电压信号与输出功率成正比。此电压信号通过电压比较器与基准设定电压进 行比较，并经RC电路延时(防止电路抖动引起的过功率控制误动作)，产生过功 率信号。过功率信号一路经三极管和分压电阻组成的滞环比较电路反馈回电压比 较器的基准电压设定端，使得当过功率信号驱动控制电路降低输出电压，输出功 率也随之降低时，电流采样电路能迅速反映，升高输出电压。过功率信号另一路 经过放大，通过导通三极管来改变控制电路中基准设定电压的分压网络，此基准 设定电压与脉宽调制控制器内部误差放大器的反相输入端相连，开关电源输出的 采样电压则与同相输入端相连。控制电路检测到过功率信号时，三极管导通，分 压网络改变，基准设定电压降低，输出取样电压与降低后的基准设定电压进行误 差比较放大，使脉宽调制控制器的输出占空比降低，进而降低开关电源的输出电 压，达到功率智能识别，电压自动调整，控制系统内部损耗的目的。电路图中的CN为插座，R为电阻，RJ为精密电阻，L为电感，C为无极性 电容，EC为电解电容，D二极管，Q为三极管，ZD为稳压管，F为保险丝，NTC 为热敏电阻SCK2R55A， ZNR为压敏电阻MD561, TK T2、 T3为变压器，T4 和T5为电流互感器，DB为整流桥KBU610， IC1为电压型脉宽调制(PWM)控 制器TL494， IC2为电压比较器LM393, IC3为电流型脉宽调制(PWM)控制器 Viper22, IC4为三端可调分流基准源TL431 ， IC5为三端稳压芯片7805 ， Ul为光 电耦合器PC817。参照图3，功率检测电路由电阻R33、 R34、 R35、 R36、 R37、 R38、 R39、 R40、 R41、 R42、 R43，精密电阻RJll、 RJ12、 RJ13,电容C22, 二极管D21、 D22、 D19、 D20，电解电容EC18、 EC19，变压器T5，电感L22，三极管Q7、 Q8，电压 比较器IC2A、 IC2B组成。功率检测电路通过检测开关电源主变压器原边电流来监 测输出功率。四路输出功率折算到+35V—路输出，Tl原边绕组和副边14、 16脚 绕组匝比为1: 0.512，输出功率250W时，+35V输出电压对应电流250/35=7.14A， Tl原边绕组电流为3.66A,电流互感器T5匝比为l:80，则T5取样电流为0.046A。 串入R42 (47欧姆)，产生2.14V电压。由此把检测输出功率超过250W等价于检 测R42两端电压大于2.15V。功率检测电路中，电流互感器对主变压器原边电流采样，通过串接的电阻 R42，再通过二极管D17和R41、 C22和EC 18构成的RC滤波电路，电流信号转 化为电压信号，此电压信号连接电压比较器IC2A的2脚(反相输入端)，3脚接 基准设定电压(同相输入端)，1脚输出端经R39和EC19组成的延时电路连接电 压比较器IC2B的5脚(同相输入端)，电压比较器IC2B的6脚与3脚共同与基 准设定电压相连。电压比较器IC2B的7脚输出端通过限流电阻R36、和Q8、 R35、 R34和辅助电源VSB组成的驱动放大电路来连接控制电路的Q6的基极，控制Q6 的导通和关断。电压比较器IC2B的7脚还通过R38、 R43、 RJ12和Q7,组成滞 环比较电路。当智能开关电源输出小功率时，电压比较器IC2A的2脚电压小于3 脚电压，电压比较器IC2A的1脚输出-30V，(功率检测电路的参考地电压为-35V) EC19正极电压稳定在-30V， LM393的7脚输出高电平，此时Q7、 Q8均导通， Q6截至。当智能开关电源输出大功率时，2脚电压大于3脚电压，l脚输出-35V， EC19通过R39放电，经过100ms， 5脚电压降低到6脚基准设定电压以下，7脚 输出-35V低电平，Q7、 Q8截止，产生过功率信号，使Q6导通。参照图4,控制电路的脉宽调制控制器TL494的作用是产生驱动脉冲，脉冲 信号经放大、T2耦合后驱动变换电路的Ql、 Q2正常工作。当TL494的12脚(电源端)上电后，其14脚输出-30V基准电压，(控制电路的参考地电压为-35V，基 准电压相对参考地为+5V)并为一下电路供电或建立参考电压1) 为功率检测电路中的电压比较器LM393的8脚(供电端)提供-30V电压。2) 经电阻RJll、 RJ12、 RJ13组成的分压网络为LM393的3、 6脚建立基准 设定电压。3) 经电阻RJ3、 RJ4、 RJ7、 RJ9、 RJ10分别组成的分压网络为TL494的2、 15脚建立基准设定电压。TL494正常工作情况下，8、 11脚输出相位相差180°的驱动脉冲信号，经 Q3、 Q4放大及T2耦合后，驱动Q1、 Q2轮流导通工作。TL494的4脚(死区控 制端)外接电容EC17，与电阻R26组成软启动电路，当电源上电时，EC17两端 电压不能突变，由0V逐渐上升到+5V, 4脚电压逐渐下降。4脚电压大于-32V(对 参考地大于3V)时，TL494的8、 ll脚无输出驱动脉冲。此时Q3、 Q4分别在直 流偏置电阻R25、 R24的作用下，处于微导通状态，两管导通电压在T3副边1、 3 绕组和3、 4绕组产生大小相等、极性相反的感应电压，Ql、 Q2因基极无正偏电 压而截止，当TL494的4脚电压逐渐低于-32V时，8、 ll脚输出占空比逐渐增大 的驱动脉冲，驱动Ql、 Q2的导通，防止电源上电瞬间的浪涌冲击。C19和RJ17 为外接震荡电阻电容，分别接TL494的5脚(CT)和6脚(RT)，可以设定TL494 的工作频率，本电路中工作频率为30KHz。当开关电源输出功率小于250W时，控制电路中的Q6截止，TL494的2脚 (1IN-)电压由14脚(Vref)经RJ7和RJ10分压得到。输出电压+35V经RJ1 、 RJ2和RJ8分压，连接到TL494的1脚(1IN+)， TL494的1脚的反馈电压和2脚 的设定电压通过内部误差放大器I进行比较放大，进而控制TL494的8脚(Cl) 和11脚(C2)输出的占空比。最终实现开关电源的电压稳定输出。当智能开关电 源输出功率大于250W时，功率检测电路产生过功率信号，驱动控制电路中的Q6 导通，RJ9和RJ10并联，RJ9、 RJ10和RJ7组成的分压网络使TL494的2脚(IN-) 基准设定电压降低，TL494的内部误差放大器I把1脚的反馈电压和2脚的基准 设定电压进行比较放大，减小8脚和11脚输出的占空比，进而降低开关电源的输 出电压，达到降低电源输出功率，控制系统内部损耗的目的。
权利要求
1、音响系统开关电源的功耗测控方法，其特征是在音响功放系统的开关电源中功率检测控制器，该功率检测控制器通过检测开关电源的实时输出功率，1)当检测到音响功放系统的开关电源输出功率等于或小于负载的额定功率时，控制开关电源输出稳定电压，并使输出功率自动适应于负载的变化；2)当检测到音响功放系统的开关电源输出功率大于负载的额定功率或呈上升趋势时，产生一个过功率信号，将开关电源的输出电压降低、使输出电压自动调整，使输出功率自动适应于负载的变化，降低系统内部功率损耗。
2、 如权利要求1所述的音响系统开关电源的功耗测控方法，其特征是-功率检测控制器对开关电源主变压器原边的电流进行取样，并将该取样电流 电流与基准设定电压进行比较，当主变压器原边电流成比例增大时，产生一 个过功率信号；检测控制器通过过功率信号改变误差比较的基准设定电压， 进而降低控制电路的脉宽调制PWM的输出占空比，最终降低输出电压，实 现电压自动调整。
3、 如权利要求1所述的音响系统开关电源的功耗测控方法，其特征是 功率检测控制器对开关电源主变压器原边的电流进行取样，即通过检测开关 电源主变压器原边电流来监测输出功率，电流信号经串接电阻转化为电压信 号与基准设定电压进行比较，产生过功率信号，过功率信号反馈回基准设定 电压，形成滞环比较，当输出功率降低时，由电流采样信号转化来的电压信 号迅速反应、升高开关电源的输出电压，反之，当输出功率升高时，由电流 采样信号转化来的电压信号迅速反应、降低开关电源的输出电压。
4、 用于音响系统开关电源的功耗测控方法的专用装置，其特征是由功 率检测电路和控制电路组成；功率检测电路的信号输入端与开关电源的主变 压器原边绕组连接、输出端与控制电路的输入端连接，控制电路的信号输出 端连接开关电源的变换电路的信号输入端。
5、 如权利要求4所述的用于音响系统开关电源的功耗测控方法的专用装 置，其特征是功率检测电路由电流取样单元、信号转化单元、整流滤波单 元、基准电压单元、电压比较单元、延时单元和滞环单元连接而成；电流取 样单元的输入端连接输入电路的输出端，电流取样单元的输出端通过信号转化单元、整流滤波单元连接电压比较单元的一个比较输入端，电压比较单元 的输出端连接延时单元的输入端，延时单元的输入端通过滞环单元连接基准 电压单元的输入端，基准电压单元的输出端连接电压比较单元的一个比较输 入端；控制电路由取样电压单元、基准设定单元、误差放大单元和PWM控 制单元连接而成；基准设定单元的输入端连接延时单元的输出端，基准设定 单元的输出端、取样电压单元的输出端各连接误差放大单元的一个输入端， 误差放大单元的输出端连接PWM控制单元的输入端。
6、如权利要求4所述的用于音响系统开关电源的功耗测控方法的专用装 置，其特征是功率检测电路由电流互感器、电阻R34 R43、精密电阻RJ12、 电容C22、电解电容EC18 EC19、 二极管D17、三极管Q6 Q8和电压比较 器芯片IC2A IC2B连接而成；电流互感器串接电阻R42后与由二极管D17、 电阻R41、无极性电容C22和电解电容EC18构成的RC滤波电路连接，RC 滤波电路的输出端接电压比较器IC2A的反相输入端，电压比较器IC2A的正 相输入端连接基准设定电压，电压比较器IC2A的输出端通过由电阻R39和 电解电容EC19组成的延时电路连接电压比较器IC2B的同相输入端，电压比 较器IC2B的反向输入端与基准设定电压相连，电压比较器IC2B的输出端通 过由限流电阻R36、三极管Q8、电阻R35、电阻R34和辅助电源组成的驱动 放大电路连接控制电路的三极管Q6的基极；电压比较器IC2B的输出端还连 接电阻R38、电阻R43、精密电阻RJ12和三极管Q7，组成滞环比较电路； 控制电路包括一个脉宽调制控制器，脉宽调制控制器内置一误差放大器、其 反相输入端通过由电阻RJ3、 RJ4、 RJ7、 RJ9、 RJ10分别组成的分压网络及 三极管Q6与功率检测电路的信号输出端连接，其同相输入端连接开关电源 输出的采样电压。
全文摘要
本发明涉及音响系统开关电源的功耗测控方法及其专用装置，其特征是在音响功放系统的开关电源中设置功率检测控制器，该功率检测控制器通过检测开关电源的实时输出功率，1)当检测到音响功放系统的开关电源输出功率等于或小于负载的额定功率时，控制开关电源的输出电压保持稳定，使输出功率自动适应于负载的变化；2)当检测到音响功放系统的开关电源输出功率大于负载的额定功率或呈上升趋势时，产生一个过功率信号，将开关电源的输出电压降低、使输出电压自动调整，使输出功率自动适应于负载的变化，降低系统内部功率损耗。本发明使音响功放系统在大功率工作时降低内部损耗。具有低损耗、高动态响应、低成本的有益效果。
文档编号G05F1/66GK101226411SQ200810025960
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月22日 优先权日2008年1月22日
发明者张平伟, 军 汪, 程绍玉, 章国宝 申请人:佛山市顺德区瑞德电子实业有限公司