CN109586676A - 一种全负载自动增益匹配功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全负载自动增益匹配功率放大器，适用于包括定阻和定压在内的多种***，单片机根据电压电流检测模块的测试电压和测试电流，计算接入负载的电阻，以及输出功率；在输出功率大于额定功率时，通过下调第二运算放大器反相输入端的基准电压，使输出功率等于额定功率；在输出功率小于等于额定功率时，以测试电压为基准电压；在第一运算放大器输出端电压大于基准电压时，第二运算放大器输出高电位，线性光耦的阻抗变小，相应调整第一运算放大器的放大倍数，使第一运算放大器输出端电压小于等于基准电压。即，在接入负载的电阻为任一数值时，自适应匹配前级增益放大倍数，从而达到稳定输出功率的目的，使功率放大器在设计功率内稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉及功率放大器技术领域，尤其是涉及一种全负载自动增益匹配功率放大器。
背景技术
在对现有技术的研究和实践中，本发明的发明人发现，针对32欧姆、16欧姆、8欧姆、4欧姆、2欧姆等音响行业标准阻抗，同一台传统的功率放大器的功率输出并不恒定。如需同一台500W功率放大器可以输出2欧姆500W、4欧姆能输出500W、8欧姆能输出500W、l00V广播***一样有500W，则需要对进行接入负载的阻抗进行匹配。也就是，现有技术中，同一台500W功率放大器可以输出2欧姆500W，4欧姆只能输出300W左右，8欧姆只能输出130W左右，100V广播***根本不能用，且目前广播功放都需输出变压器。
因此，传统功率放大器只能用于定阻***音箱，且存在功率不匹配的问题；不能用于定压***音箱，因存在阻抗匹配的问题，如在8欧姆情况下浪费电源部分材料，500W只能用到130W。
发明内容
本发明实施例提供了一种全负载自动增益匹配功率放大器，适用于包括定阻和定压在内的多种***，能够在接入负载的电阻为任一数值时，自适应匹配前级增益放大倍数，从而达到稳定输出功率的目的，使功率放大器在设计功率内稳定工作。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种全负载自动增益匹配功率放大器，包括依序电联的单片机、运算放大模块、驱动放大模块和电压电流检测模块；其中，所述单片机还与电压电流检测模块连接；所述运算放大模块包括线性光耦，以及分别与所述线性光耦的两端连接的第一运算放大器和第二运算放大器；
所述运算放大模块的输入信号经过所述第一运算放大器和所述驱动放大模块的若干倍数的放大后，得到输出电压；
所述电压电流检测模块对所述输出电压进行相同倍数的衰减后，得到测试电压和测试电流；
所述单片机根据所述测试电压和所述测试电流，计算接入负载的电阻，以及输出功率；
在输出功率大于额定功率时，通过下调所述第二运算放大器反相输入端的基准电压，使输出功率等于额定功率；
在输出功率小于或等于额定功率时，以所述测试电压为基准电压；
在所述第一运算放大器输出端电压大于基准电压时，所述第二运算放大器输出高电位，所述线性光耦的阻抗变小，同时相应调整所述第一运算放大器的放大倍数，使所述第一运算放大器输出端电压小于或等于所述基准电压。
进一步地，所述的全负载自动增益匹配功率放大器，还包括：
在接入负载的电阻变小时，下调所述第二运算放大器反相输入端的基准电压，使输出功率小于或等于额定功率。
进一步地，所述倍数为预先设定并可调，或根据所述线性光耦的阻抗进行自适应调整。
进一步地，在输出功率小于或等于额定功率，且接入负载的电阻不变时，基准电压恒定。
进一步地，所述线性光耦的阻抗变化范围为100欧姆至10兆欧姆。
进一步地，所述的全负载自动增益匹配功率放大器，还包括开关电源模块，用于整机的电源供应；
在所述开关电源模块上电后，所述单片机预先进行***检测，确保***运行正常。
进一步地，所述的全负载自动增益匹配功率放大器，还包括：
在所述开关电源模块上电后，所述单片机的MUTE输出高电位，此时将所述第二运算放大器反相输入端的电压默认为基准电压。
进一步地，所述第一运算放大器的反相输入端和输出端与所述线性光耦连接；
所述第一运算放大器的输出端分别与所述第二运算放大器的同相输入端和所述驱动放大模块的IN引脚连接；
所述单片机的其中两个引脚分别与所述第二运算放大器的两个输入端连接；
所述第二运算放大器的输出端与所述线性光耦连接；
所述驱动放大模块的VS引脚和FSACX引脚与所述电压电流检测模块的同一引脚连接。
进一步地，所述的全负载自动增益匹配功率放大器，还包括与所述单片机电联的显示屏和控制键盘，所述显示屏用于显示单片机的计算结果，还用于显示所述控制键盘的操作响应结果。
进一步地，所述的全负载自动增益匹配功率放大器，适用于定阻***和定压***，在接入负载的电阻为任一数值时，自适应调整输出功率小于或等于额定功率。
相比于现有技术，本发明提供的一种全负载自动增益匹配功率放大器，适用于包括定阻和定压在内的多种***，单片机根据电压电流检测模块的测试电压和测试电流，计算接入负载的电阻，以及输出功率；在输出功率大于额定功率时，通过下调第二运算放大器反相输入端的基准电压，使输出功率等于额定功率；在输出功率小于等于额定功率时，以测试电压为基准电压；在第一运算放大器输出端电压大于基准电压时，第二运算放大器输出高电位，线性光耦的阻抗变小，相应调整第一运算放大器的放大倍数，使第一运算放大器输出端电压小于等于基准电压。即，在接入负载的电阻为任一数值时，自适应匹配前级增益放大倍数，从而达到稳定输出功率的目的，使功率放大器在设计功率内稳定工作。
附图说明
图1是本发明实施例中全负载自动增益匹配功率放大器的电路示意图；
其中，说明书附图中的附图标记如下：
M1、单片机；M2、PWM驱动放大芯片；M3、电压电流检测模块；M4、开关电源模块；M5、运算放大模块；M6、显示屏；
U1-A、第一运算放大器；U1-B、第二运算放大器；
OP1、线性光耦；INPUT、信号输入端；
D1、第一单向二极管；D2、第二单向二极管；D3、第三单向二极管；D4、第四单向二极管；
R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；
C1、第一电解电容；C2、第二电解电容；C3、第三电解电容；C4、第四电解电容；C5、第五电解电容；C6、第一电容；C7、第二电容；
Q6、第一场效应管；Q7、第二场效应管；
L1、第七电阻线圈；L2、第八电阻线圈；R7、第七电阻第七电阻；R8、第八电阻第八电阻；R9、第九电阻第九电阻。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了满足在接入负载的电阻为任一数值时，自适应匹配前级增益放大倍数，从而达到稳定输出功率的目的，使功率放大器在设计功率内稳定工作。本发明的一个实施例提供了一种全负载自动增益匹配功率放大器，适用于包括定阻和定压在内的多种***，包括依序电联的单片机M1、运算放大模块M5、驱动放大模块M2和电压电流检测模块M3。其中，所述单片机M1还与电压电流检测模块M3连接；所述运算放大模块M5包括线性光耦OP1，以及分别与所述线性光耦OP1的两端连接的第一运算放大器U1-A和第二运算放大器U1-B。
其中，所述第一运算放大器U1-A的反相输入端和输出端与所述线性光耦OP1连接；所述第一运算放大器U1-A的输出端分别与所述第二运算放大器U1-B的同相输入端和所述驱动放大模块M2的IN引脚连接；所述单片机M1的其中两个引脚分别与所述第二运算放大器U1-B的两个输入端连接；所述第二运算放大器U1-B的输出端与所述线性光耦OP1连接；所述驱动放大模块M2的VS引脚和FSACX引脚与所述电压电流检测模块M3的同一引脚连接。
为了进一步详细地描述全负载自动增益匹配功率放大器的电路，请参阅图1。
所述运算放大模块M5，还包括第一单向二极管D1、第二单向二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2；所述单片机M1的基准电压调节控制端与所述第一单向二极管D1的输入端连接，所述第一单向二极管D1的输出端与所述第二运算放大器U1-B的反相输入端连接；所述第二运算放大器U1-B的输出端与所述第二单向二极管D2的输入端连接，所述第二单向二极管D2的输出端通过所述第一电阻R1与所述线性光耦OP1的第一端连接；所述线性光耦OP1的第二端接地，所述线性光耦OP1的第三端和第四端与所述第二电阻R2并联连接至所述第一运算放大器U1-A的反相输入端、输出端。
所述运算放大模块M5，还包括第一电解电容C1、第二电解电容C2、第三电解电容C3、第四电解电容C4、第五电解电容C5、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C6；所述第一电解电容C1的正极与所述第一单向二极管D1的输出端连接，所述第二电解电容C2的正极与所述第二单向二极管D2的输出端连接，所述第一电解电容C1的负极、所述第二电解电容C2的负极接地；
所述第二运算放大器U1-B的同相输入端通过所述第三电阻R3与所述第三电解电容C3的负极连接，所述第三电解电容C3的正极依次通过所述第四电阻R4、所述第一电容C6连接至所述单片机M1；所述第一运算放大器U1-A的输出端与所述第三电解电容C3的正极连接，所述第一运算放大器U1-A的输出端通过所述第六电阻R6与所述第五电解电容C5的正极连接，所述第五电解电容C5的负极与所述驱动放大模块M2的输入端连接。
所述第一运算放大器U1-A的反相输入端通过所述第五电阻R5与所述第四电解电容C4的负极连接，所述第四电解电容C4的正极与所述信号输入端INPUT的一端连接，所述第一运算放大器U1-A的同相输入端与所述信号输入端INPUT的另一端连接并接地。
所述驱动放大模块M2包括驱动放大芯片、第一场效应管Q6、第二场效应管Q7、第一电感线圈L1、第二电感线圈L2、第三单向二极管D3、第四单向二极管D4、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9。所述驱动放大芯片的第一端与所述单片机M1的电位控制端连接，所述驱动放大芯片的第二端通过所述第七电阻R7连接至所述第一场效应管Q6的栅极，所述第三单向二极管D3的输入端与所述第一场效应管Q6的栅极连接，所述第三单向二极管D3的输出端与所述驱动放大芯片的第二端连接；所述驱动放大芯片的第三端通过所述第八电阻R8连接至所述第二场效应管Q7的栅极，所述第四单向二极管D4的输入端与所述第二场效应管Q7的栅极连接，所述第四单向二极管D4的输出端与所述驱动放大芯片的第三端连接；所述第一场效应管Q6的源极与所述第二场效应管Q7的漏极连接；所述驱动放大芯片的第四端通过串联连接的所述第一电感线圈L1和所述第八电阻R8线圈连接至所述电压电流检测模块M3；所述驱动放大芯片的第五端通过所述第九电阻R9连接至所述电压电流检测模块M3。
所述驱动放大模块M2还包括第二电容C7，所述第二电容C7的一端连接至所述第二电感线圈L2，所述第二电容C7的另一端接地。
所述运算放大模块M5的输入信号经过所述第一运算放大器U1-A和所述驱动放大模块M2的若干倍数的放大后，得到输出电压。
所述电压电流检测模块M3对所述输出电压进行相同倍数的衰减后，得到测试电压和测试电流。
所述单片机M1根据所述测试电压和所述测试电流，计算接入负载的电阻，以及输出功率。
在输出功率大于额定功率时，通过下调所述第二运算放大器U1-B反相输入端的基准电压，使输出功率等于额定功率。
在输出功率小于或等于额定功率时，以所述测试电压为基准电压。
在所述第一运算放大器U1-A输出端电压大于基准电压时，所述第二运算放大器U1-B输出高电位，所述线性光耦OP1的阻抗变小，同时相应调整所述第一运算放大器U1-A的放大倍数，使所述第一运算放大器U1-A输出端电压小于或等于所述基准电压。
为了进一步对本发明的方案进行更详细的说明，下文对本发明的一些优选实施例进行具体描述或举例说明。
在具体的实施例当中，以500W全负载自动培益匹配功半放大器，接入负载为8欧姆为例。
整机上电后，单片机M1进入前2秒***检测，检测电压电流检测模块M3的工作状态，此时所述单片机M1的MUTE输出高电位，第二运算放大器U1-B反相输入端的基准电压(A点)为5V，驱动放大模块M2处于静音状态，此时功率放大器功无输出。
在***无问题条件下，所述单片机M1的MUTE输出低电位，所述驱动放大模块M2打开静音开关，此时功率放大器开始正常工作。
当信号输入端INPUT的输入信号为2.5V时，经过所述第一运算放大器U1-A和所述驱动放大模块M2的40倍信号放大(所述倍数为预先设定并可调，或根据所述线性光耦OP1的阻抗进行自适应调整)，得到输出电压(B点)100V。
如果LOAD接入负载的电阻(阻抗)为零(LOAD没有接任何的所述待检测负载)，输出电压经过所述电压电流检测模块M340倍的衰减后，测试电压为2V，测试电流值为0。此时，单片机M1根据测试电压为2V和测试电流值为0进行计算，结果为空载，进而由显示屏M6显示计算结果为空载。
如果LOAD接入负载为8欧姆，经所述电压电流检测模块M3测试，得到测试电压为2V，测试电流12.5A。所述单片机M1根据测试电压为2V和测试电流值为12.5A进行计算，结果为8欧姆，进而由显示屏M6显示计算结果为8欧姆。此时功率放大器的输出功率达到1250W，严重超过额定功率500W，这时所述单片机M1立即下调A点的基准电压至为1.6V(LOAD阻值不变的情况下，此值将不再改变)。
当所述第一运算放大器U1-A输出的C点电压超过1.6V时，所述第二运算放大器U1-B马上输出高电位，线性光耦OP1-A开始工作，线性光耦OP1-B的阻抗马上变小(所述线性光耦OP1将由10兆欧姆100欧姆阻值变化)，通过调整所述第一运算放大器U1-A的放大倍数，从而使得C点小于等于1.6V，所以B点以后都是处于小于63V的输出，额定输出500W功率。
在一优选实施例中，假如LOAD接入负载的阻值变小，所述单片机M1将继续调小A点的基准电压，使整个***工作功率小于或等于500W。
在具体的实施例当中，还是以500W全负载自动培益匹配功半放大器，接入负载为32欧姆为例。
整机上电后，单片机M1进入前2秒***检测，检测电压电流检测模块M3的工作状态，此时所述单片机M1的MUTE输出高电位，第二运算放大器U1-B反相输入端的基准电压(A点)为5V，驱动放大模块M2处于静音状态，此时功率放大器功无输出。
在***无问题条件下，所述单片机M1的MUTE输出低电位，所述驱动放大模块M2打开静音开关，此时功率放大器开始正常工作。
当信号输入端INPUT的输入信号为2.5V时，经过所述第一运算放大器U1-A和所述驱动放大模块M2的40倍信号放大(所述倍数为预先设定并可调，或根据所述线性光耦OP1的阻抗进行自适应调整)，得到输出电压(B点)100V。
如果LOAD接入负载的电阻(阻抗)为零(LOAD没有接任何的所述待检测负载)，输出电压经过所述电压电流检测模块M340倍的衰减后，测试电压为2.5V，测试电流值为0。此时，单片机M1根据测试电压为2V和测试电流值为0进行计算，结果为空载，进而由显示屏M6显示计算结果为空载。
如果LOAD接入负载为32欧姆，经所述电压电流检测模块M3测试，得到测试电压为2V，测试电流3.5A。所述单片机M1根据测试电压为2V和测试电流值为3.5A进行计算，结果为32欧姆，进而由显示屏M6显示计算结果为8欧姆。此时功率放大器的输出功率达到330W，小于额定功率500W，这时所述单片机M1不调A点的基准电压，基准电压(A点)仍为5V(LOAD阻值不变的情况下，此值将不再改变)，这时功率放大器为定压模式工作，C点电压设定为2.5V基准。
当C点电压超过2.5V时，所述第二运算放大器U1-B马上输出高电位，线性光耦OP1-A开始工作，线性光耦OP1-B的阻抗马上变小(所述线性光耦OP1将由10兆欧姆100欧姆阻值变化)，通过调整所述第一运算放大器U1-A的放大倍数，从而使得C点小于等于2.5V，所以B点以后都是处于小于100V的输出，这样不超过广播喇叭的额定电压。
在一优选实施例中，假如LOAD接入负载的阻值变小，所述单片机M1将继续调小A点的基准电压，使整个***工作功率小于或等于500W。
在一优选实施例当中，基于上述实施例，所述的全负载自动增益匹配功率放大器，还包括：
在接入负载的电阻变小时，下调所述第二运算放大器U1-B反相输入端的基准电压，使输出功率小于或等于额定功率。
例如，同一台500W功率放大器可以输出2欧姆500W，4欧姆能输出500W，8欧姆能输出500W，l00V广播***一样有500W，可以直接输出不需妥输出变压器可以用于定阻***音箱，定压***音箱等各种场所，不存在阻抗匹配的问题。
其在任何情况不浪费材料，.500W在任何条件下都能用到500W，使得该功率放大器可以一机多用。
根据上述描述，本实施例能够满足在接入负载的电阻为任一数值时，自适应匹配前级增益放大倍数，从而达到稳定输出功率的目的，使功率放大器在设计功率内稳定工作。
优选地，所述倍数为预先设定并可调，或根据所述线性光耦OP1的阻抗进行自适应调整。
优选地，在输出功率小于或等于额定功率，且接入负载的电阻不变时，基准电压恒定。
优选地，所述线性光耦OP1的阻抗变化范围为100欧姆至10兆欧姆。
优选地，所述的全负载自动增益匹配功率放大器，还包括开关电源模块M4，用于整机的电源供应；
在所述开关电源模块M4上电后，所述单片机M1预先进行***检测，确保***运行正常。
优选地，所述的全负载自动增益匹配功率放大器，还包括：
在所述开关电源模块M4上电后，所述单片机M1的MUTE输出高电位，此时将所述第二运算放大器U1-B反相输入端的电压默认为基准电压。
优选地，所述的全负载自动增益匹配功率放大器，还包括与所述单片机M1电联的显示屏M6和控制键盘，所述显示屏M6用于显示单片机M1的计算结果，还用于显示所述控制键盘的操作响应结果。
本发明提供的一种全负载自动增益匹配功率放大器，适用于包括定阻和定压在内的多种***，单片机M1根据电压电流检测模块M3的测试电压和测试电流，计算接入负载的电阻，以及输出功率；在输出功率大于额定功率时，通过下调第二运算放大器U1-B反相输入端的基准电压，使输出功率等于额定功率；在输出功率小于等于额定功率时，以测试电压为基准电压；在第一运算放大器U1-A输出端电压大于基准电压时，第二运算放大器U1-B输出高电位，线性光耦OP1的阻抗变小，相应调整第一运算放大器U1-A的放大倍数，使第一运算放大器U1-A输出端电压小于等于基准电压。即，在接入负载的电阻为任一数值时，自适应匹配前级增益放大倍数，从而达到稳定输出功率的目的，使功率放大器在设计功率内稳定工作。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，包括依序电联的单片机、运算放大模块、驱动放大模块和电压电流检测模块；其中，所述单片机还与电压电流检测模块连接；所述运算放大模块包括线性光耦，以及分别与所述线性光耦的两端连接的第一运算放大器和第二运算放大器；
所述运算放大模块的输入信号经过所述第一运算放大器和所述驱动放大模块的若干倍数的放大后，得到输出电压；
所述电压电流检测模块对所述输出电压进行相同倍数的衰减后，得到测试电压和测试电流；
所述单片机根据所述测试电压和所述测试电流，计算接入负载的电阻，以及输出功率；
在输出功率大于额定功率时，通过下调所述第二运算放大器反相输入端的基准电压，使输出功率等于额定功率；
在输出功率小于或等于额定功率时，以所述测试电压为基准电压；
在所述第一运算放大器输出端电压大于基准电压时，所述第二运算放大器输出高电位，所述线性光耦的阻抗变小，同时相应调整所述第一运算放大器的放大倍数，使所述第一运算放大器输出端电压小于或等于所述基准电压。
2.根据权利要求1所述的全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，还包括：
在接入负载的电阻变小时，下调所述第二运算放大器反相输入端的基准电压，使输出功率小于或等于额定功率。
3.根据权利要求1所述的全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，所述倍数为预先设定并可调，或根据所述线性光耦的阻抗进行自适应调整。
4.根据权利要求1所述的全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，在输出功率小于或等于额定功率，且接入负载的电阻不变时，基准电压恒定。
5.根据权利要求1所述的全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，所述线性光耦的阻抗变化范围为100欧姆至10兆欧姆。
6.根据权利要求1所述的全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，还包括开关电源模块，用于整机的电源供应；
在所述开关电源模块上电后，所述单片机预先进行***检测，确保***运行正常。
7.根据权利要求6所述的全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，还包括：
在所述开关电源模块上电后，所述单片机的MUTE输出高电位，此时将所述第二运算放大器反相输入端的电压默认为基准电压。
8.根据权利要求1所述的全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，
所述第一运算放大器的反相输入端和输出端与所述线性光耦连接；
所述第一运算放大器的输出端分别与所述第二运算放大器的同相输入端和所述驱动放大模块的IN引脚连接；
所述单片机的其中两个引脚分别与所述第二运算放大器的两个输入端连接；
所述第二运算放大器的输出端与所述线性光耦连接；
所述驱动放大模块的VS引脚和FSACX引脚与所述电压电流检测模块的同一引脚连接。
9.根据权利要求1所述的全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，还包括与所述单片机电联的显示屏和控制键盘，所述显示屏用于显示单片机的计算结果，还用于显示所述控制键盘的操作响应结果。
10.根据权利要求1-9任一项所述的全负载自动增益匹配功率放大器，其特征在于，适用于定阻***和定压***，在接入负载的电阻为任一数值时，自适应调整输出功率小于或等于额定功率。
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