扬声器保护电路及分析

ID:127902 · 发表于 2016-6-25 01:23

　　目前，AV功放机扬声器保护电路多采用延迟保护方式，其特点是：开机后，延迟一定时间才让音箱与功率放大电路连通。当电路出现故障(或输出电流过大)时，保护电路动作，切断音箱与功率放大电路的连接。
　　AV功放机扬声器保护电路的常见形式有四种：即简易型保护电路、指示灯闪烁型保护电路、CPU参与型保护电路及集成式多功能型保护电路。
　　这四种扬声器保护电路都具备偏零保护功能，后两种电路除了具有偏零保护功能外，还具有过流保护功能及其他一些保护功能。

　　偏零保护功能主要指当功率输出级的中点(即输出端)直流电压偏离0V时，就有可能烧坏扬声器，此时，扬声器保护电路动作，并切断音箱与功率放大电路的联系，以保护扬声器。
　　过流保护功能主要指当功率输出级输出的电流过大时，扬声器保护电路就会动作，并切断音箱与功率放大电路的联系，以保护扬声器。
　　下面介绍这四种保护电路的工作过程、故障特点、检修方法及检修实例。
　　一、简易型保护电路1．电路分析图1是一种简易型保护电路，它的特点是结构简单。动作灵敏，在廉价的功放机中用得较多，如力之霸LBM～PM838型功放机就使用这种电路。
　　图中R1、R2、C1及C2构成低通滤波器，C1、C2反向连接，相当于一个无极性电容，VD1～VD4构成全波整流电路，负责检测输出端的直流电压。
　　开机后，+30V电源经R3对C3充电，因充电时间常数大，故充电缓慢，经过两三秒时间后，C3上的电压上升至一定程度，此时，VT2导通，有较大的电流流过继电器Ko线圈，继电器吸合，其触点K0-1，K0-2接通，音箱与功率放大电路连通。由于延时作用，可避免开机浪涌电流对扬声器的冲击。
　　当功率放大电路出现故障而引起输出端直流电压偏离0V较多时，保护电路就会实施保护。例如：当R声道出现故障而引起输出端电压大于0V时，此电压会经R2、VD2及VD3使VT1饱和导通。此时，C3经VT1迅速放电，VT2截止，流过继电器线圈的电流减小，继电器释放，切断了音箱与功率放大电路之间的连接，有效地保护了扬声器。同理，若功率放大电路的输出端直流电压小于0V时，保护电路也会动作，并实施保护。
　　C1、C2的容量选得较大(220μF)，它对音频信号相当于短路，只让直流电压加到全波整流电路上，所以这种电路只具备偏零保护功能。R1和R2的取值决定保护电路的灵敏度，若R1、R2的阻值越大，保护点就越高，保护电路的灵敏度就越低。若R1、R2阻值越小，保护点就越低，保护电路就越灵敏。
　　R3租C3决定延迟时间，C3的容量一般为几十微法，这样通过调节R3就能调节延迟时间，一般来说，延迟时间选在两三秒为宜。VD5为继电器的泄放二极管，当VT2截止时，继电器线圈所产生的感应电压经VD5泄放。
　　2．故障检修在检修扬声器保护电路故障时，寻找关键检测点极为重要，通过对关键检测点的电压进行检查，就能缩小故障范围，甚至立即发现问题所在。注意，在检修过程中，一般不要连接音箱(特殊情况除外)。
　　对于简易型保护电路来说，关键检测点是C3的正端。只有当C3正端对地电压达到1.2V以上时，继电器才能可靠吸合，否则，继电器就会释放。
　　因此，通过测量该点电压，就能立即发现问题所在。例如：若C3正端电压超过1.2V，而继电器又未能吸合，则说明故障出在C3之后的电路(VT2、R5、R4、R6等元件上)。若C3正端电压为0V，说明故障出在供电、R3或C3上。若C3正端电压小于1V，说明保护电路动作(处于保护状态)，故障一般是因功率输出级直流电压偏离0V或VT1击穿所致。

　　电路分析这种保护电路如图2所示，它使用三极管VT20和VT21来检测功率放大电路输出端的直流电压，还增加了一个低频多谐振荡器，以指示保护电路的状态，这种电路的结构比简易型保护电路要复杂。该保护电路的应用也比较广泛，如三舁功放机就使用这种电路。
　　保护电路的延时原理为：接通电源后，VT18和VT19组成的多谐振荡器开始工作，以一种极低的频率进行振荡，此时发光二极管VD8(位于面板上)不断闪烁。同时12V电源经R35对C12开始充电，因充电时间常数大，充电很缓慢，两三秒后，C12两端的电压上升到足够程度，使VT23、VT24饱和导通，继电器Ko吸合，扬声器接入电路。此时，因VT24饱和，其集电极电压降到0.3V，VD9导通，VT18的集电极被箝位在1V左右，多谐振荡器被迫停振，VD8不再闪烁，转为常亮状态。

　　保护原理为：当功率放大电路输出端的直流电压偏离0V时，VT21或VT20导通(输出端电压大于0V时，VT21导通;小于0V时，VT20导通)，从而使VT22饱和导通，C12迅速放电，VT23及VT24截止，继电器释放，音箱与功率放大器脱离，有效地保护了扬声器。保护电路动作后，多谐振荡器又开始工作，发光二极管VD8又不断闪烁。

　　这种保护电路如图所示，它需要CPU(微处理器)的参与，才能实现保护功能。目前，奇声AV-2750型功放机就使用这种保护电路。
　　图中R14和C5组成开机延时电路，开机后，+13.5V电压经R14对C5充电，C5两端电压上升，经过两三秒后，C5两端电压上升到1.4V，VT8、VT9组成的复合管导通，继电器Ko吸合，音箱与功率放大电路接通，这样，就避免了开机浪涌电流对扬声器的冲击。

　　VT1和VT2为L声道功率输出管(即功放对管)，它们中点输出的音频电流经继电器接点送至扬声器(音箱)。VT3、R3、R4、R1、R2组成过流保护电路。R1和R2为检测电阻，用来检测功率输出管的输出电流，这两个电阻的阻值非常小，仅为0.25Ω／5W。功率放大电路正常工作时，R1或R2的电压较小，不足以使VT3导通。
　　当功率输出级出现过流(如音量过大或输出端短路)时，功率输出管的发射极电流明显增大，使R1或R2两端电压升高，经R3、R4分压后，使VT3导通，其集电极电压下降，从而使VT6也导通，VT6集电极输出高电平，经R11、R12输送到CPU的PRO端口，CPU检测到这一高电平后，立即从MUTE(静音)端口输出高电平，使VT7饱和，C5迅速放电至0V，VT8与VT9组成的复合管截止，继电器释放，断开音箱，从而有效地保护了扬声器和功放管。
　　R5、R6、C2及C3组成低通滤波器，当功率放大电路工作正常时，左、右声道输出端的直流电压均为0V，C2、C3上直流电压也是0V，VT4、VT5截止，不影响电路的工作情况。一旦功率放大电路出现故障而导致中点的直流电压偏离0V时，C2、C3两端便出现正或负的直流电压，VT4或VT5导通，VT6也跟着导通，其集电极输出高电平，送到CPU的PRO(保护)端口，CPU立即从MUTE(静音)端口输出高电平，使电路进入保护状态。

　　集成式多功能型保护电路常以集成块μPC1237为核心构成，μPCI237是日电公司推出的扬声器专用保护集成块，它内含过载检测、直流检测、触发器、锁存／自动复位开关、关机检测、电源接通静音、继电器驱动等电路。该集成块的工作电压范围为25V～60V，它可以直接利用功率放大器的正电源。当功率输出级出现过流、中点电压偏离0V时，它都能立即做出反映，释放继电器，断开扬声器与功率放大电路的连接，使扬声器得到保护。μPCI237各脚功能如下：

　　1脚为过载检测端，当该脚电压超过内部过载检测电路的阈值电压(典型值为0.67V)时，内部触发器翻转为保护状态，此时，6脚电流为0A，μPC1237释放继电器。
　　2脚为直流检测端，正常工作时为0V，只要该脚电压超过内部直流检测电路的阈值电压(大于0.62V，或小于-0.17V)时，触发器翻转为保护状态，μPC1237释放继电器。
　　3脚为触发器锁存／自动复位设置脚。若该脚接地，则触发器可以自动复位，即触发器翻转为保护状态后，只要相应检测端(1脚、2脚)电压恢复正常，触发器就会自动复位，解除保护，这样可以避免用户进行关机／开机操作。若将3脚经0.022μF电容接地，则触发器具有锁存功能，此时，即使相应检测端的电压恢复正常，μPC1237也不会自动解除保护，只有关机后再重新开机才能解除保护状态。
　　4脚是关机检测端，当该脚电压低于关机检测电路的阈值电压(典型值为0.74V)时，关机检测电路立即控制触发器翻转，使继电器释放，避免扬声器在关机时受到冲击。4脚电压一般由交流电压经整流滤波后来提供。
　　5脚为接地脚。
　　6脚为继电器驱动端，外接继电器。6脚输出的最大驱动电流可达80mA，一般设计在40mA～50mA。当6脚内部电路工作时，6脚为低电平，继电器吸合；当6脚内部电路停止工作时，6脚为高电平，继电器释放。
　　7脚为电源接通检测端，外接延时RC电路，RC电路的时间常数决定开机延迟时间。当7脚电压达到2.06V以上时，继电器才吸合，从而可避免开机浪涌电流对扬声器的冲击。
　　8脚接电源，8脚内部设有一个基准电路，使8脚电压稳定在3.4V左右。
　　图4是集成式多功能型保护电路原理图，接通电源后，+45V电压经R16向8脚供电，在8脚建立3.4V的电压，该电压经R15对7脚外部的C5充电，经过t=R15×C5×In(3.4-2.06)／3.4=2.056(s)后，7脚电压达到2.06V，此时继电器驱动电路工作，继电器吸合，这样就避免了开机瞬间的浪涌电流对扬声器的冲击。
　　VT1和VT2为R声道功放对管。
　　R声道的过流检测电路由R1、R2、R3、R4、VT3等元件组成。正常工作时，R1或R2上的电压较低，不足以使VT3导通。当功率输出级出现过流时，R1或R2两端的电压会升高，并使VT3导通，进而使VT4也导通，VT4集电极输出高电平送至μPCI237的1脚，使1脚电压超过0.67V，μPC1237进入保护状态，继电器释放，音箱脱离电路。
　　各声道功率输出级中点送来的直流电压从2脚输入，当各声道工作正常时，2脚直流电压为0V，保护电路不动作。当任何一个声道出现故障而导致中点电压偏离0V。时，2脚电压就会高于0.62V或低于-0.17V，μPCI237进入保护状态，继电器释放，音箱脱离电路。
　　当保护电路动作后，继电器驱动电路停止工作，6脚变为高电位(接近继电器供电电压)，VD6导通，VT6也导通，并输出低电平送至CPU的检测端，CPU检测到这一低电平后，立即进行静音控制，输出静音(MUTE)电压，经VD4、R14使VT5导通，进而使VT4也导通，输出高电平到1脚，使电路锁定在保护状态。
　　由于功放机的主电源滤波电容容量很大，其上电压又较高，故关机后，放电比较缓慢，导致继电器未能快速释放，从而使扬声器会受到关机电流的冲击。为了避免这种现象，在μPC1237内部设了关机检测电路。当关机后，4脚电压立即下跌，使关机检测电路工作，μPC1237快速释放继电器。

ID:208895 · 发表于 2017-6-7 17:49

这么好的文居然没人，人工顶贴。谢谢楼主。小白为你注册了账户

ID:208895 · 发表于 2017-6-7 17:53

有人吗

ID:141497 · 发表于 2017-6-8 23:37

不错，不错，对于保护电路原理与过程分析得很到位。

ID:223039 · 发表于 2017-8-3 14:50

分析到位，但有点复杂，看不太进去

ID:235122 · 发表于 2017-9-23 16:30

好文章，学习了。

ID:241760 · 发表于 2017-10-22 10:54

厉害了

ID:183763 · 发表于 2017-11-5 13:05

好文章，学习了

ID:275642 · 发表于 2018-3-3 21:35

正是我需要的好资料！！！！！！！！！！！

ID:369569 · 发表于 2018-7-11 16:18

好文，谢谢，学习了

ID:377769 · 发表于 2018-7-23 10:41

电路原理不错，不过有点杂。能用运放或比较器来实现更好.

ID:483672 · 发表于 2019-3-3 13:56

好文章，顶呱呱！

ID:334023 · 发表于 2019-8-13 11:36

好人一生平安

ID:599768 · 发表于 2019-8-13 16:04

楼主讲的通俗易懂很容易理解

ID:441665 · 发表于 2019-8-13 17:39

用电流电压检测，ADC，MCU延时智能推动继电器比较好

ID:619936 · 发表于 2019-10-7 00:42

好文章，讲的通俗易懂，学习学习。

ID:638051 · 发表于 2019-11-8 14:00

学习，学习，谢谢分享

ID:1017984 · 发表于 2022-4-13 10:22

图三的闪烁电路+1237实际应用中非常好用

ID:1088782 · 发表于 2023-7-27 23:09

对于保护电路原理与过程分析得很到位。

ID:773770 · 发表于 2023-7-28 09:08

好文章。。。

ID:1090824 · 发表于 2023-8-6 17:43

好文章，学习了

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