一种基于电流互感器的二次侧音频过载保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及音频过载保护，尤其是涉及一种基于电流互感器的二次侧音频过载保护电路。


背景技术：

2.公共广播系统在我们日常生活中随处可见，如校园、宾馆、酒店、医院、地铁、机场、车站、大型商场等。公共广播功放是公共广播系统中关键的组成部分，功放的稳定性和安全性非常关键，而在实际使用过程中，音乐信号忽大忽小、瞬间大信号等情况，会导致输出信号削顶失真，严重还会造成功放过流而烧毁功放，所以功放必须要有一定的保护电路。
3.现有技术中，主要有三种保护电路形式，分别为断路式过载保护电路、电压式压限保护电路和电源取样电流压限电路，但是这三种保护电路分别具有一定的局限性，具体包括：
4.(1)断路式过载保护电路
5.如图1所示，该电路在正常工作时继电器吸合，信号通过升压变压器接入定压扬声器单元使其发声。当出现过载信号时，通过串联在功率三极管q1发射极的取样电阻r1来实现电流取样，然后通过相关电路处理转化为电压信号控制继电器断开，实现过载保护，但存在以下几点不足：
6.首先取样电阻r1需要选择功率电阻，体积大，不利于布局且只适用在中小功率功放场合；其次虽然即使选取了功率电阻，取样电阻1r还是会严重发热，一般会达到90℃左右，温漂严重，且取样电阻r1会消耗一定的功率，导致拉低输出功率；再次，当出现过载信号时，继电器断开将导致声音也被切断，直到过载信号消失声音才恢复，导致声音出现断断续续的情况，遇到动态大的音乐，甚至会出现连续打嗝现象，用户体验感差；最后，功率三极管多管并联的情况下，只能通过取样其中一个三极管的电流来检测过载信号，一致性不强。
7.(2)电压式压限保护电路
8.如图2所示，该电路通过对前级功放输出(pre-amp)信号进行电压压限，使功放的输入信号被限制在一定的范围内，但是在公共广播功放中，还是存在以下不足：
9.公共广播功放大部分是通过升压变压器来实现远距离传输，然后负载采用降压变压器的方案来实现喇叭的阻抗匹配，升/降压变压器由于材料的局限性，低频容易出现饱和，所以低频特性差，所以在低频的情况下负载是变化的，就会出现电压压限还未起作用而功放已经过载或直接触发功放短路保护的情况，导致该电压式压限保护电路失效。
10.(3)电源取样电流压限电路
11.如图3所示，该电路是一种闭环式压限，具有自适应负载的功能，巧妙地通过电源负极上串联采样电阻r2流过电流后产生的电压，进行压限保护，通过设定过载电流实现对前级功放(pre-amp)的压限，使流过采样电阻r2的电流始终控制在设定的过载电流值的非过载状态，起到闭环式的自适应调节作用。但也存在不足；
12.采样电阻r2上流过的电流随着功率的增加而增加，发热严重；采样电阻r2的功率
随着功率的增加而增加，占体积大，不利于布局；应用场合受限，只有中小功率中使用；大功率精密电阻温漂严重，取样精度收到一定影响；采样电阻r2会消耗一定的功率，使得输出功率相应减小。
13.综上所诉，目前公共广播功放的过载保护装置，都能起到一定的保护作用，但同时也存在一定的不足，亟需更好的设计方案。


技术实现要素：

14.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电流互感器的二次侧音频过载保护电路。
15.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
16.一种基于电流互感器的二次侧音频过载保护电路，包括依次连接的电流互感器、电流-电压信号转换模块、阻抗匹配模块、电位器、波形整形模块和执行电路模块，所述的执行电路模块和电流互感器分别与功放模块连接，且所述的功放模块的音乐信号输出端与执行电路模块连接，所述的电流互感器的一次侧串联在功放模块输出信号的正接线端，二次侧与电流-电压信号转换模块连接。
17.进一步地，所述的执行电路模块通过一级场效应管实现，用于执行压限自适应，所述的电流互感器为2000：1的电流互感器，其一次侧用于对功放电流取样，二次侧用于通过互感生成感应电流信号并传输至电流-电压信号转换模块。
18.进一步地，所述的电流-电压信号转换模块通过一级运算放大器实现，用于将感应电流信号转换为电压信号。
19.进一步地，所述的阻抗匹配模块通过一级运算放大器实现，所述的运算放大器实现运放跟随器。
20.进一步优选地，所述的电位器的最大阻值为100kω。
21.进一步优选地，所述的执行电路模块中场效应管采用2sk208场效应管。
22.进一步地，该保护电路还包括设置于波形整形模块和执行电路模块之间，且相互连接的放大电路模块和控制电路模块。
23.进一步地，所述的波形整形模块和放大电路模块分别通过一级运算放大器实现，所述的控制电路模块通过三极管实现。
24.进一步优选地，所述的运算放大器为lm324运算放大器。
25.进一步优选地，所述的三极管为bc856b三极管。
26.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
27.1)本实用新型设置执行电路模块，在过载信号出现时，能自适应调节，使功放一直工作在未过载状态，同时采用电流互感器，使得取样电路本身不产生很高的热量，不影响功放整体输出功率；
28.2)本实用新型采用2000：1的电流互感器，一次侧采用一匝的形式，几乎不产生任何热量，解决了电流采样发热及误差的问题；
29.3)本实用新型采用了闭环控制，通过场效应管实现压限自适应，能自适应调节，只要功放输出电流到达设定值，就会自适应调整，让声音始终保持在不失真状态，到达压限起控点时，即使信号再大，也会压限在一定不失真范围内，不会出现声音失真的现象，防止声
音不停打嗝，提高用户体验；
30.4)本实用新型通用性强，采用了电流互感器实现隔离型，不管是分立式功放、数字型功放以及集成块功放，不管是中小功率功放还是大功率功放，都能够适用，这是取样三极管发射极电流无法实现的，只要电流互感器一次侧串联在功放输出正极，都能使用，应用场合更加广泛。
附图说明
31.图1为断路式过载保护电路的结构示意图；
32.图2为电压式压限保护电路的结构示意图；
33.图3为电源取样电流压限电路的结构示意图；
34.图4为本实用新型电路的结构示意图；
35.图5为本实用新型的电路图；
36.图6为输入信号与电流之间的关系示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
38.实施例：
39.如图4和图5所示，本实用新型提供一种基于电流互感器的二次侧音频过载保护电路，包括依次连接的电流互感器、电流-电压信号转换模块、阻抗匹配模块、电位器、波形整形模块、放大电路模块、控制电路模块和执行电路模块，执行电路模块和电流互感器分别与功放模块连接，且功放模块的音乐信号输出端与执行电路模块连接，电流互感器的一次侧串联在功放模块输出信号的正接线端，二次侧与电流-电压信号转换模块连接。
40.其中，执行电路模块通过一级场效应管实现，用于执行压限自适应，电流互感器为2000：1的电流互感器，其一次侧用于对功放电流取样，二次侧用于通过互感生成感应电流信号并传输至电流-电压信号转换模块，其中效应管采用2sk208场效应管。电流-电压信号转换模块通过一级运算放大器实现，用于将感应电流信号转换为电压信号。阻抗匹配模块通过一级运算放大器实现，运算放大器实现运放跟随器。电位器的最大阻值为100kω。波形整形模块和放大电路模块分别通过一级运算放大器实现，控制电路模块通过三极管实现。其中运算放大器为lm324运算放大器，三极管为bc856b三极管。
41.如图5所示，本实用新型电路中各模块的实现过程如下：
42.电流互感器：2000：1的电流互感器ct1的一次侧串联在功放输出信号的正接线端，只要功放正常工作，电流互感器中就有电流流过，电流互感器ct1的二次侧就能互感出2000：1的电流信号，比如电流互感器一次侧的工作电流是2a，那互感器的二次侧的感应电流是1ma。
43.电流-电压信号转换模块：二极管d2和二极管d3分别采用1n4148二极管，用于实现限幅保护作用，运算放大器u1.4和电阻r3实现了电流信号到电压信号的转换，这里的电阻r3的阻值是有取值要求的，本实施例中选择200欧姆，需要根据电流互感器ct1的参数选取适当电阻值，一般电流互感器技术资料中会给出，以免选取过大，导致电流互感器ct1饱和，这里的电压信号v等于电流互感器二次侧感应电流乘以电阻r3的阻值。
44.阻抗匹配模块：因为感应电流比较小，感应电压也比较小，所以为了更好的和后极匹配，这里需要加一级阻抗匹配，运算放大器u1.3、电阻r4和电阻r5组成了一级1:1的运放跟随，以实现更好的阻抗匹配。
45.电位器：用于压限起控点调节，电位器rv1是一个3362p的可调电位器，本实用新型中可以调节不同的压限起控点，来实现在不同的电流下实现压限，这个电位器可以让这个执行电路模块在不同的功率下工作，只要调节电位器，就可以实现参数通用。
46.波形整形模块：电位器输出的波形是一个以x轴为中点的正弦波，波形整形模块将上面的波形下翻或把下面的波形上翻，实现波形整形，课按照实际应用和实际情况调整电路，本实施例采用将上面的波形下翻，通过电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、二极管d4、二极管d5和运算放大器u1.1几个元件实现。
47.放大电路模块：用于信号放大及加偏置电压，电阻r10和运算放大器u1.2实现了信号放大，电阻r11、电阻r12和电阻r13提供了一个合适的直流偏置，让三极管q2在未到设置电流点时，工作在关的状态。
48.控制电路模块：当电流达到设置电流点时，取样信号使三极管q2导通，控制执行电路模块开始压限，电容c63、电容c65和电阻r93可以调整压限起控之后的平坦度以及压限之后恢复时间，电阻r119和电阻r129可以调整压限起控灵敏度。
49.执行电路模块：即压限自适应电路，三极管q2导通之后，控制场效应管q25的vgs电压，场效应管q25是2sk208场效应管，此处利用了场效应管不同vgs导通电阻不一样的特点，实现压限自适应。因为本实用新型是一个闭环的保护控制装置，当瞬间大信号输出时，电流大于设置电流时，压限起控，输入信号减小，输出减小，电流减小，此时如果不再出现大信号，大电流时，功放一直处于压限不起空状态，如果一直出现大信号，大电流，这个技术方案，将会一直自适应压限，使输出一致保持在设置电流附近，输入信号与电流的关系如图6所示。
50.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。