一种基于混合供电的大功率音箱及提高音箱功率的供电方法与流程

1.本发明公开涉及音箱的技术领域，尤其涉及一种基于混合供电的大功率音箱及提高音箱功率的供电方法。


背景技术：

2.音箱是指可将音频信号变换为声音的一种设备。其内部自带功率放大器(也称功放单元)，对音频信号进行放大处理后，驱动扬声器发声，使其声音变大。
3.目前，由音箱的供电方式不同，可分为usb音箱和由市电进行供电带有适配器的音箱。其中，usb音箱，是一种采用usb供电，通过蓝牙或者3.5接口接收音频信号并播放的音箱设备。主要由电源模块、声音输入模块、功放模块和扬声器组成，声音信号输入后，经过功放模块将声音信号放大，驱动扬声器发出声音。其中，功放模块在放大声音信号时，需要消耗大量的电量。usb音箱为了便于使用，采用usb接口供电，直接插到电脑的usb接口即可工作。根据usb接口的标准，普通的usb接口，最大只能输出5v、1.2a的电流；也就是说，usb音箱通常只能做到6w的最大输出功率，以致于usb音箱无论是音量大小，还是音质，都受到了很大的限制。虽然现在有各种usb的快充的技术，可以大大提高usb的供电能力，但是快充技术标准各不相同，而且普通的电脑usb接口，并不支持任何快充，无法用usb快充的技术，解决usb音箱供电的功率瓶颈。
4.由市电进行供电带有适配器的音箱，虽然外接的220v的市电可以提供任何的功率，不存在功率瓶颈，但是音箱中适配器价格会随着对应功率的变大而提高，导致大功率音箱的制作成本较高，例如，18w音箱，需要配置18w的适配器，18w适配器的价格大概为18元，而36w的音箱，需要配置36w的适配器，36w的适配器的价格大概就需要36元，因此，如何利用小功率适配器来支撑大功率音箱的工作，以降低成本，解决适配器对于音箱功率的限制瓶颈，也成为人们关注的问题。
5.因此，如何研发一种提高音箱功率的方法及其大功率音箱，成为人们亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.鉴于此，本发明公开提供一种基于混合供电的大功率音箱及提高音箱功率的供电方法，以解决以往usb音箱受功率的制约，导致音量和音质受限以及由市电进行供电带有适配器的音箱受适配器功率限制，导致音箱制作成本高等问题。
7.一方面，本发明提供了一种基于混合供电的大功率音箱，包括：音频输入单元、功放单元、扬声器以及电源管理模块；
8.所述音频输入单元用于接收输入的音频信号；
9.所述功放单元的输入端与所述音频输入单元的输出端连接，用于接收所述音频输入单元输出的音频信号并将所述音频信号进行放大；
10.所述扬声器的输入端与所述功放单元的输出端连接，所述扬声器由所述功放单元
输出的放大的音频信号驱动发声；
11.所述电源管理模块包括电源供电单元、电池供电单元以及fet控制单元；
12.所述电源供电单元的输入端与外部电源连接；
13.所述电池供电单元与所述fet控制单元串联后，与所述电源供电单元的输出端连接；
14.所述电源管理模块根据所述功放单元所需功放功率以及所述功放单元对应的系统电压变化，自动切换所述fet控制单元的导通状态，调整所述电池供电单元和所述电源供电单元的工作状态，为所述功放单元进行动态供电。
15.优选，所述fet控制单元的导通状态包括：正向导通、反向导通以及不导通。
16.进一步优选，所述电源管理模块根据所述功放单元所需功放功率以及所述功放单元对应的系统电压变化，自动切换所述fet控制单元的导通状态，调整所述电池供电单元和所述电源供电单元的工作状态，为所述功放单元进行动态供电，具体为：
17.当所述功放单元所需功放功率小于电源功率，且所述功放单元对应的系统电压与所述电池供电单元的电压压差大于等于所述fet控制单元的导通阈值，所述fet控制单元正向导通，所述电源供电单元为所述功放单元供电的同时为所述电池供电单元充电；
18.当所述功放单元所需功放功率小于电源功率，且所述功放单元对应的系统电压与所述电池供电单元的电压压差小于所述fet控制单元的导通阈值，所述fet控制单元不导通，所述电源供电单元仅为所述功放单元供电；
19.当所述功放单元所需功放功率大于等于电源功率时，且所述电池供电单元的电压与所述功放单元对应的系统电压压差大于等于所述fet控制单元的导通阈值，所述fet控制单元反向导通，所述电源供电单元和所述电池供电单元同时为所述功放单元供电。
20.进一步优选，所述基于混合供电的大功率音箱，还包括：电源供电检测单元；
21.所述电源供电检测单元的输入端与所述电源供电单元的输入端口连接，用于检测是否存在向所述电源供电单元输入的供电电流，所述电源供电检测单元的输出端与所述功放单元的控制端连接，所述电源供电检测单元依据检测的所述电源供电单元输入的外部供电电流状态，控制所述功放单元是否允许启动。
22.进一步优选，所述大功率音箱为usb音箱或者由市电进行供电带有适配器的音箱。
23.另一方面，本发明还提供了一种基于混合供电提高音箱功率的供电方法，所述音箱中同时设置有电池供电单元和由外部电源进行供电的电源供电单元；
24.所述供电方法包括如下步骤：
25.获取所述音箱输入的音频信号，并检测所述音频信号对应的电流值；
26.依据所述音频信号对应的电流值以及所述音箱的功放倍数，计算获得所述音箱所需的功放功率；
27.实时检测所述音箱中功放单元对应的系统电压以及所述音箱中电池供电单元的电压；
28.依据所述音箱所需的功放功率、所述音箱中功放单元对应的系统电压以及所述音箱中电池供电单元的电压，控制所述电池供电单元和所述电源供电单元的工作状态，为所述音箱中功放单元进行动态供电。
29.优选，所述依据所述音箱所需的功放功率、所述音箱中功放单元对应的系统电压
以及所述音箱中电池供电单元的电压，控制所述电池供电单元和所述电源供电单元的工作状态，为所述音箱中功放单元进行动态供电，具体为：
30.将所述音箱所需的功放功率与所述音箱的额定功放功率进行比较，获得功率比较结果；
31.将所述音箱中功放单元对应的系统电压以及所述音箱中电池供电单元的电压进行比较，获得电压比较结果；
32.依据所述功率比较结果和所述电压比较结果，控制所述电池供电单元和所述电源供电单元的工作状态，为所述音箱中功放单元进行动态供电。
33.进一步优选，所述依据所述功率比较结果和所述电压比较结果，控制所述电池供电单元和所述电源供电单元的工作状态，为所述音箱中功放单元进行动态供电，具体为：
34.当所述音箱所需的功放功率小于所述音箱的额定功放功率，且所述音箱中功放单元对应的系统电压与电池供电单元的电压压差大于等于阈值，控制所述电源供电单元为所述音箱中功放单元进行供电的同时为所述电池供电单元进行充电；
35.当所述音箱所需的功放功率小于所述音箱的额定功放功率，且所述音箱中功放单元对应的系统电压与电池供电单元的电压压差小于阈值，控制所述电源供电单元仅为所述音箱中功放单元进行供电；
36.当所述音箱所需的功放功率大于等于所述音箱的额定功放功率，且所述音箱中功放单元对应的系统电压与电池供电单元的电压压差大于等于阈值，控制所述电源供电单元和所述电池供电单元同时为所述音箱中功放单元进行供电。
37.进一步优选，基于混合供电提高音箱功率的供电方法，还包括如下步骤：
38.检测所述音箱中电源供电单元的输入供电电流，当所述输入供电电流大于电流阈值时，允许所述音箱中的功放单元启动，否者不允许所述音箱中的功放单元启动。
39.进一步优选，所述音箱为usb音箱或者由市电进行供电带有适配器的音箱。。
40.本发明提供的基于混合供电的大功率音箱，在电源管理模块中同时设置有电池供电单元和电源供电单元为功放单元进行供电，该音箱工作时，由音频输入单元进行输入音频的接收，并由功放单元进行音频信号的放大，通过放大的音频信号驱动扬声器发声，其中，电源管理模块中的fet控制单元依据功放单元所需功放功率以及功放单元对应的系统电压变化，自动切换其导通状态，调整电池供电单元和电源供电单元的供电状态，为功放单元进行动态供电，以满足音箱的大功率输出。
41.本发明提供的基于混合供电提高音箱功率的供电方法，依据音箱所需的功放功率、音箱中功放单元对应的系统电压以及音箱中电池供电单元的电压，控制电池供电单元和电源供电单元的工作状态，为音箱中功放单元进行动态供电，当音箱所需功放功率小于电源功率，仅启动电源供电单元为音箱中的功放单元供电，在电源供电单元供电的同时，当电池供电单元的电压较低时，电源供电单元为其充电，而当电池供电单元的电压较高时，则停止为电源供电单元充电，当音箱所需功放功率大于等于电源功率时，可启动电源供电单元和电池供电单元同时为功放单元进行供电，以实现其大于电源功率进行工作。由上述的供电方法可知，该供电方法是以电源供电单元作为主供电，只有在音频电流较大，即需要的功放功率较大时，才启动电池供电单元进行辅助供电，以满足大功率的要求，而在音频电流较小时，电源供电单元还会自动为电池供电单元进行充电，因此，使得电池供电单元一直保
持在有电不馈电的状态，而且电池供电单元大部分工作状态都是浅充浅放，不仅使用寿命长，而且只需要小容量电池就可以满足要求，制作成本低。
42.本发明提供的基于混合供电的大功率音箱，具有结构简单、设计合理，输出功率大等优点，所述音响不受外界供电电源的电压限制，在内置电池供电单元的辅助下，其最大输出功率可远大于外界供电电源的功率，有效解决音响功率受限的问题。
43.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
44.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
45.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为本发明公开实施例提供的一种基于混合供电的大功率音箱的组成模块示意图；
47.图2为本发明公开实施例提供的一种基于混合供电提高音箱功率的供电方法的流程示意图。
具体实施方式
48.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
49.为了解决以往usb音箱受功率的制约，导致音量和音质受限以及由市电进行供电带有适配器的音箱受适配器功率限制，导致音箱制作成本高等问题。针对音箱进行了系列研究，音频信号在进入音箱中转换为模拟音频信号后，该模拟音频信号是一种动态变化的电流信号，电流的大小根据音频声音的频率、强度等因素发生变化，而且这个变化非常大，比如一首曲子中在平缓的前奏和剧烈的副歌中由于频率、强度的差异，其在音频信号的电流强度上，最大可达到10000倍的强弱差别。实验中发现：一个电源功率6w的usb音箱，在播放音乐的时候，平均消耗功率大概只有3w。基于上述的发现，本实施方案首次提出以供电作为切入点，以有效解决功率受限的问题。具体而言，本实施方案提供的一种基于混合供电的大功率音箱，参见图1，该音箱主要由音频输入单元1、功放单元2、扬声器3以及电源管理模块4构成，其中，音频输入单元1用于接收输入的音频信号，功放单元2的输入端与音频输入单元1的输出端连接，用于接收音频输入单元1输出的音频信号并将音频信号进行放大，扬声器3的输入端与功放单元2的输出端连接，功放单元2将放大的音频信号输入到扬声器3中，驱动扬声器发声，电源管理模块4主要由电源供电单元41、电池供电单元42以及fet控制单元43构成，其中，电源供电单元41的输入端与外部电源连接，电池供电单元42与fet控制单元43串联后，与电源供电单元41的输出端连接，上述电源管理模块4根据功放单元2所需
功放功率以及功放单元2对应的系统电压变化，自动切换所述fet控制单元43的导通状态，调整电池供电单元42和电源供电单元41的工作状态，为功放单元2进行动态供电。
50.上述fet控制单元43的工作状态包括：正向导通、反向导通以及关闭，其中，电源管理模块4根据功放单元2所需功放功率以及功放单元2对应的系统电压变化，自动切换fet控制单元43的导通状态，调整电池供电单元42和电源供电单元41的工作状态，为功放单元2进行动态供电，具体为：
51.当功放单元2所需功放功率小于电源功率，且功放单元2对应的系统电压与电池供电单元42的电压压差大于等于fet控制单元43的导通阈值，fet控制单元43正向导通，电源供电单元41为功放单元2供电的同时为电池供电单元42充电；
52.当功放单元2所需功放功率小于电源功率，且功放单元2对应的系统电压与电池供电单元42的电压压差小于fet控制单元43的导通阈值，fet控制单元43不导通，电源供电单元41仅为功放单元2供电；
53.当所述功放单元2所需功放功率大于等于电源功率时，且电池供电单元42的电压与功放单元2对应的系统电压压差大于等于fet控制单元43的导通阈值，fet控制单元43反向导通，电源供电单元41和电池供电单元42同时为功放单元2供电。
54.上述关于fet控制单元43的导通状态，实质上主要是由fet控制单元43两端接入的电压压差进行自动控制的，通过上面实验发现，对于输入的一段音乐的音频信号，其由于音频声音的频率、强度等因素的不同，会导致对应的音频信号电流大小有所不同，而音箱中功放单元的放大倍数是固定的，当输入音频信号电流较小时，功放单元消耗的功放功率较小，由于偏置电阻的阻值始终不变，因此，由偏置电阻分走的电压较少，而功放单元对应的系统电压v_sys就会较高，此时，fet控制单元与电源供电单元的输出端连接处电压较高，当电池供电单元为缺电状态时，fet控制单元与电池供电单元连接处的电压较低，fet控制单元在两端的压差作用下，正向导通，电源供电单元同时与功放单元和电池供电单元连通，在进行功放单元供电的同时进行电池供电单元的充电；而当电池供电单元为满电状态时，fet控制单元与电池供电单元连接处的电压也较高，fet控制单元的两端压差较小，fet控制单元不导通，电源供电单元仅与功放单元连通，仅为功放单元供电。当输入音频信号电流较大时，功放单元消耗的功放功率较大，由于偏置电阻的阻值始终不变，因此，由偏置电阻分走的电压较多，而功放单元对应的系统电压v_sys就会较低，此时，fet控制单元与电源供电单元的输出端连接处电压较低，fet控制单元与电池供电单元连接处的电压较高，fet控制单元在两端的压差作用下，反向导通，电源供电单元和电池供电单元均与功放单元导通，同时为功放单元供电，此时，功放单元由于由电池供电单元输入的电量，因此，可进行大于电源功率的大功率播放。其中，本技术中所述电源功率均是指电源供电单元的功率。
55.上述音箱以电源供电单元作为主供电，以电池供电单元作为辅供电，且在播放功率较小时，电源供电单元为电池供电单元进行供电，电池供电单元在整个供电过程均为浅充浅放，因此，电池供电单元的使用寿命较长，不会影响音箱的使用年限，而且由于电池供电单元的输出功率不高，因此，对电池供电单元的性能要求不高，只需要普通的小容量电池即可，成本较低。上述的电池供电单元可以选用蓄电池、锂电池等各类充电电池。
56.如果单独由电池供电单元为功放单元进行供电播放，不仅存在电池供电单元的损耗大的问题，而且电池供电单元单独供电通常无法满足充足的电量供应，使得音箱的声音
表现失真，影响播放音质，为了避免上述情况的发生，作为技术方案的改进，参见图1，在该usb音箱中还设置电源供电检测单元5，电源供电检测单元5的输入端与电源供电单元41的输入端口连接，用于检测是否存在向电源供电单元41输入的供电电流，该电源供电检测单元5的输出端与功放单元2的控制端连接，电源供电检测单元5依据检测的电源供电单元41输入的外部供电电流状态，控制功放单元2是否允许启动。具体而言，当检测存在外部供电电流时，允许功放单元2进行启动，此时，进行音箱开机操作后，音箱正常启动操作；而当检测不存在外部供电电流时，不允许功放单元2进行启动，此时，即使进行音箱的开机操作，仍无法启动音箱进行正常工作。
57.上述的大功率音箱既可以应用在usb音箱中，也可以应用在由市电进行供电带有适配器的音箱中。
58.当应用在usb音箱中，可有效解决usb音箱受功率制约，通常而言，通过usb接口进行供电的电压为5v，其对应的音箱电源功率为6w，采用上述的技术方案，在音箱中设置电源供电单元的同时还设置单节的18650锂电池作为电池供电单元，此时，电源供电单元和电池供电单元同时为功放单元供电，该音箱可完成将近12w功率的输出，不再受6w的电源功率限制。在实际的使用中，可以根据实际需要配置不同电压的电池作为电池供电单元，以满足相应功率的输出。
59.当应用在由市电进行供电带有适配器的音箱中，可实现音箱成本的降低，同样以背景技术中的电源功率为36w的音箱为例，采用以往的技术，36w影响需要配置36w的适配器，其价格大概为rmb36，但采用上述的方案后，可以为该36w音箱配置一个18w的适配器，再内置一组18w的电池作为电池供电单元，此时当电源供电单元和电池供电单元同时为功放单元供电时，其最大的输出功率仍可达到36w，而此时其对应的成本大概为24元，其中，18w的适配器18元，18w电池组6元，在保证其原功率输出的基础上，实现制作成本的降低。
60.本实施方案还提供了一种基于混合供电提高音箱功率的供电方法，其中，音箱中同时设置有电池供电单元和由外部电源进行供电的电源供电单元，参见图2，上述供电方法包括如下步骤：
61.s1:获取音箱输入的音频信号，并检测音频信号对应的电流值；
62.s2:依据音频信号对应的电流值以及音箱的功放倍数，计算获得音箱所需的功放功率；
63.s3:实时检测音箱中功放单元对应的系统电压以及音箱中电池供电单元的电压；
64.s4:依据音箱所需的功放功率、音箱中功放单元对应的系统电压以及音箱中电池供电单元的电压，控制电池供电单元和电源供电单元的工作状态，为音箱中功放单元进行动态供电。
65.上述步骤s4中，依据音箱所需的功放功率、音箱中功放单元对应的系统电压以及音箱中电池供电单元的电压，控制电池供电单元和所述电源供电单元的工作状态，为音箱中功放单元进行动态供电，具体为：
66.将音箱所需的功放功率与音箱的额定功放功率进行比较，获得功率比较结果；
67.将音箱中功放单元对应的系统电压以及音箱中电池供电单元的电压进行比较，获得电压比较结果；
68.依据功率比较结果和所述电压比较结果，控制电池供电单元和电源供电单元的工
作状态，为音箱中功放单元进行动态供电；
69.其中，当音箱所需的功放功率小于音箱的额定功放功率，且音箱中功放单元对应的系统电压与电池供电单元的电压压差大于等于阈值，控制电源供电单元为音箱中功放单元进行供电的同时为电池供电单元进行充电；
70.当音箱所需的功放功率小于音箱的额定功放功率，且音箱中功放单元对应的系统电压与电池供电单元的电压压差小于阈值，控制电源供电单元仅为音箱中功放单元进行供电；
71.当音箱所需的功放功率大于等于音箱的额定功放功率，且音箱中功放单元对应的系统电压与电池供电单元的电压压差大于等于阈值，控制电源供电单元和电池供电单元同时为音箱中功放单元进行供电。
72.为了避免电池供电单元单独为音箱中功放单元供电工作的情况发生，作为技术方案的改进，上述供电方法中还包括如下步骤：
73.检测音箱中电源供电单元的输入供电电流，当输入供电电流大于电流阈值时，允许所述音箱中的功放单元启动，否者不允许所述音箱中的功放单元启动。
74.同样上述的供电方法同时适用于音箱为usb音箱或者由市电进行供电带有适配器的音箱。
75.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
76.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。