一种车载音频保护电路及其控制方法与流程

1.本发明属于车联网技术领域，具体涉及一种车载音频保护电路及其控制方法。


背景技术：

2.随着汽车的不断更新迭代，汽车上的附加功能也越来越多，车联网通信终端(以下简称：t-box)作为汽车通信的终端设备，自带有一套独立的音频功放系统，连接着扬声器，在紧急救援(以下简称：ecall)时提供通话功能。为了确保该音频系统的可靠性，设计时需要考虑端口的短路保护。因此，t-box做设计验证(以下简称：dv)实验时，会将音频功放(以下简称：pa)芯片的两个输出端短路至dc16v高压电源上，要求实验结束后不能出现音频输出功能损坏的情况，以此确认t-box音频电路的可靠性。
3.如图1所示，pa芯片包括pwm控制器以及4个mos管，其中，q1、q3为p型mos管，q2、q4为n型mos管，q1、q2的栅极短接后连接pwm控制器，q1的源极接vdd，q2的源极接地，q1的漏极与q2的漏极短接并作为pa芯片的输出引脚1；q3、q4的栅极短接后连接pwm控制器，q3的源极接vdd，q4的源极接地，q3的漏极与q4的漏极短接并作为pa芯片的输出引脚2；pa芯片的两个输出引脚直接连接扬声器的两端。当系统正常工作时，pa芯片的pwm控制器可以根据需要驱动芯片内部的4个mos管，使扬声器发出声音。
4.为了验证产品的可靠性，做dv实验时，需要分别在pa芯片的两个输出端加上dc 16v的高压，配合图2所示。首先，mos管自身会存在一个体二极管，电流可以在体二极管上单向导通，导通条件是给予正向电压，并且电压大于导通电压0.7v。因此当外部高压加在q1和q2的公共端，该公共端电压为dc 16v，pa芯片的内部的vdd为dc 4v，公共端和vdd间形成正向压降，且该压降大于二极管导通电压0.7v，q1的体二极管方向符合导通条件，将会在该处产生电流，q2由于体二极管方向相反，不符合导通条件，高压会在q2上被截止，不会产生电流。同理，q3会被导通，q4会被截止。那么外部高压导通进入pa芯片内部，电压超过pa芯片的工作电压4v，会损坏pa芯片的电源，pa芯片将被损坏。
5.综上，pa芯片的输出端包含4个mos管，由于mos管本身体二极管的存在，当dv实验中输出端接上dc 16v高压后，短路电流将顺着体二极管流向pa芯片的供电端vdd处，vdd电压为dc 4v，这样vdd将会被高压击穿，pa芯片将被损坏。因此为了保护pa芯片，设计一套保护电路是很有必要的。


技术实现要素：

6.本发明的目的，在于提供一种车载音频保护电路及其控制方法，能够保护t-box的pa芯片。
7.为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
8.一种车载音频保护电路，用于对pa芯片进行保护，pa芯片包括pwm控制器以及第一至第四mos管，第一、第二mos管的栅极短接后连接pwm控制器，第一mos管的源极接vdd，第二mos管的源极接地，第一mos管的漏极与第二mos管的漏极短接并作为pa芯片的第一输出引
脚；第三、第四mos管的栅极短接后连接pwm控制器，第三mos管的源极接vdd，第四mos管的源极接地，第三mos管的漏极与第四mos管的漏极短接并作为pa芯片的第二输出引脚；所述保护电路包括mcu，以及mos管控制电路和电压检测电路；
9.mos管控制电路包括第七、第八mos管和第五、第六三极管，第七mos管的源极连接pa芯片的第一输出引脚，第七mos管的漏极连接扬声器的一个端子，第八mos管的源极连接pa芯片的第二输出引脚，第八mos管的漏极连接扬声器的另一个端子；第七、第八mos管的栅极短接，并经由第二电阻连接第五三极管的集电极，第七、第八mos管的短接处与第二电阻之间还分别连接第三电阻的一端和第一电容的一端，第三电阻的另一端和第一电容的另一端接地；第五三极管的发射极接vcc，其基极与发射极之间还连接有第一电阻；第五三极管的基极连接第六三极管的集电极，第六三极管的发射极接地，基极与发射极之间连接有电阻，基极还经由另一电阻连接mcu的控制端；
10.所述电压检测电路包括第四至第七电阻和第二、第三电容，其中，第四电阻的一端连接在第七mos管与扬声器之间，第四电阻的另一端连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端接地，第二电容的一端连接在第四、第五电阻之间，另一端接地，mcu的第一检测端连接在第四、第五电阻之间；第六电阻的一端连接在第八mos管与扬声器之间，第六电阻的另一端连接第七电阻的一端，第七电阻的另一端接地，第三电容的一端连接在第六、第七电阻之间，另一端接地，mcu的第二检测端连接在第六、第七电阻之间。
11.上述第一、第三mos管为p型mos管，第二、第四mos管为n型mos管。
12.上述第七、第八mos管均为n型mos管。
13.上述第五三极管为pnp三极管，第六三极管为npn三极管。
14.如前所述的一种车载音频保护电路的控制方法，包括如下步骤：
15.步骤1，循环采样第七、第八mos管的源极电压，当采样到的电压超过pa芯片的工作电压时，判定为短路，并对短路计次加1，并跳转至步骤2；否则清空计数，并跳转至步骤3；
16.步骤2，当计次达到设定次数后，mcu关闭mos管，从而实现对pa的保护；之后循环执行步骤1；
17.步骤3，执行过程中，采样电压不超过dc 4v时，保持mos管状态或打开mos管，之后循环执行步骤1。
18.上述步骤1中，循环采样第七、第八mos管的源极电压的方法是：分别采样第七、第八mos管的源极电压，mcu识别上次采样端口，如果是第七mos管，则采样通道切换至第八mos管；如果是第八mos管，则采样通道切换至第七mos管，循环对第七、第八mos管进行采样。
19.采用上述方案后，本发明在pa芯片发生短路时，能够及时将外部高压截止，从而保护内部电源。本发明通过设计保护电路，使用普通的晶体管和阻容件即可实现保护效果，硬件实现简单，不需特殊物料，不会有敏感成本的增加；同时本发明使用mcu可以快速判断短路状态，保护pa芯片。因此，本发明可以有效解决音频输出端短路损坏的异常问题。
附图说明
20.图1是现有pa芯片输出端的功能框图；
21.图2是dv实验时短路电流流向框图；
22.图3是本发明的电路图；
23.图4是本发明中的mos管控制电路示意图；
24.图5是本发明中的电压检测电路示意图之一；
25.图6是本发明中的电压检测电路示意图之二；
26.图7是本发明的控制方法流程示意图。
具体实施方式
27.以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
28.如图3所示，本发明提供一种车载音频保护电路，在pa芯片的输出端增加mos管控制电路和电压检测电路，并由mcu进行控制，mcu通过检测输出端的电压从而判断pa芯片的输出端是否正常，检测到电压正常时可以控制mos管开启，音频正常输出；mcu检测到电压异常时可以控制mos管关闭，保护pa芯片和内部电源，下面分别介绍。
29.如图3所示，mos管控制电路设置在pa芯片输出端与扬声器之间，主要包括两个mos管q7、q8，q7、q8分别控制pa芯片的两个输出端，而q7、q8的栅极由三极管q5控制，q5的基极则由三极管q6控制，q6的基极由mcu控制，也即控制了q6的基极，就能够控制pa芯片输出端的通断。配合图4所示，具体的电路连接关系是：q7、q8均为n型mos管，q7的源极连接pa芯片的输出引脚1，q7的漏极连接扬声器的一个端子，q8的源极连接pa芯片的输出引脚2，q8的漏极连接扬声器的另一个端子；q7、q8的栅极短接，并经由电阻r2连接三极管q5的集电极，q7、q8的短接处与r2之间还分别连接电阻r3的一端和电容c1的一端，r3的另一端和c1的另一端接地；q5为pnp三极管，其发射极接vcc，其基极与发射极之间还连接有电阻r1；如前所述，q5的基极连接q6的集电极，q6为npn三极管，其发射极接地，基极与发射极之间连接有电阻，基极还经由另一电阻连接mcu的控制端mcu_control。
30.图4所示控制电路中，分析如下：
31.1)q6为npn三极管，基极由mcu控制，mcu_control置高电平后，q6导通，q6的集电极被拉低；
32.2)q5是pnp三极管，基极被q6的集电极拉低后，q5导通；
33.3)vcc经过r2后，拉高q7和q8的栅极，q7和q8导通，pa输出通道被打开，扬声器可以发声；
34.4)mcu_control置低电平后，q6截止，q6的集电极浮空，之后电压被r1上拉至vcc；
35.5)q5的基极也被r1上拉至vcc，q5截止，q5的集电极浮空，之后被r2和r3下拉至低电平；
36.6)q7和q8的栅极被r3下拉至低电平，q7和q8截止，pa输出通道被关闭，扬声器不可以发声，同时外部电压也无法进入pa内；
37.7)r2和r3组成衰减器，可以根据vcc的电压，调整分压比，控制q7和q8的栅-源电压在工作范围内。c1为滤波电容，起到电压防抖的作用，滤除杂散信号，稳定q7和q8的栅极电压，进而稳定q7和q8的导通状态。
38.所述电压检测电路包括两部分，分别设置在q7和q8的输出端，两部分的功能相同，利用电阻分压将电压降到mcu的可检测范围内，即分压处最大3.3v，mcu再根据电压比例计算出q7和q8输出端的电压，并在检测到高压时激活保护机制，关闭输出端，保护pa芯片；
39.如图5所示，包括电阻r4、r5和电容c2，电阻r4的一端连接在q7与扬声器之间，r4的
另一端连接r5的一端，r5的另一端接地，电容c2的一端连接在r4、r5之间，另一端接地，mcu的检测端mcu_adc1连接在r4、r5之间；其中，r4和r5构成衰减器，将q7的输出电压降至mcu的检测范围，即分压处最大3.3v，设计检测电压上限dc 16v，满足dv测试要求；c2为滤波电容，起到电压防抖的作用，滤除杂散信号，为mcu检测提供稳定的电平。
40.配合图6，包括电阻r6、r7和电容c3，电阻r6的一端连接在q8与扬声器之间，r6的另一端连接r7的一端，r7的另一端接地，电容c3的一端连接在r6、r7之间，另一端接地，mcu的检测端mcu_adc2连接在r6、r7之间；其中，r6和r7构成衰减器，将q8的输出电压降至mcu的检测范围，即分压处最大3.3v，设计检测电压上限dc 16v，满足dv测试要求；c3为滤波电容，起到电压防抖的作用，滤除杂散信号，为mcu检测提供稳定的电平。
41.本发明工作时，pa芯片的输出端接入高压后，该电压被mcu实时检测电压机制检测到，触发mcu的高压保护机制，mcu_control被mcu置低电平，由此保护pa，实现保护效果。
42.如图7所示，是本发明提供的控制方法流程图，包括如下步骤：
43.步骤1、识别短路，上电后，程序初始化后，启动电压采样，开始循环执行，需要分别采样两个mos管输出端的电压，即q7和q8的源极；采集完并读取结果后，mcu识别上次采样端口，如果是q7，则采样通道切换至q8，如果是q8，则采样通道切换至q7，循环对q7和q8进行采样。当采样到的电压超过pa的工作电压时，判定为短路，并对短路计次加1，并跳转至步骤2；否则清空计数，并跳转至步骤3；
44.步骤2、当计次达到5次后(这里的次数可以根据实际情况确定)，mcu关闭mos管，从而保护pa；之后循环执行步骤1；
45.步骤3、执行过程中，采样电压不超过dc 4v时，可以保持mos管状态或打开mos管，之后循环执行步骤1。
46.以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。