用于电动扬声器的过热保护器及保护方法技术

公开了用于电动扬声器的过热保护器和保护方法。音圈温度保护器包括用于接收音频信号的音频信号输入和用于产生低频探测信号的探测信号源。信号组合器被配置为结合音频信号与低频探测信号，以提供包括音频信号分量和探测信号分量的复合扬声器驱动信号。音圈温度保护器包括电流检测器和电流比较器，电流检测器被配置用于响应于复合扬声器驱动信号检测流经音圈的探测电流分量的电平，电流比较器被配置为比较探测电流分量的检测电平与预定的探测电流阈值。预定的探测电流阈值对应于经由音圈电阻的已知温度依赖性的预定音圈温度。音圈温度保护器还包括信号控制器，其被配置用于响应于当前探测电流分量低于预定的探测电流阈值而衰减音频信号的电平。

Overheat protector for electric loudspeaker and protection method thereof

Overheat protector and protection method for electric loudspeaker. The voice coil temperature protector comprises an audio signal input for receiving an audio signal and a detection signal source for generating a low frequency detection signal. The signal combiner is configured to combine an audio signal with a low frequency detection signal to provide a composite speaker drive signal including an audio signal component and a detection signal component. The voice coil temperature protector comprises a current detector and a current comparator, a current detector configured to detect current components in response to the level of composite speaker driver signal detection through the voice coil, current comparator is configured to compare the detection current detection level with a predetermined current threshold detection. The predetermined probe current threshold corresponds to a predetermined sound coil temperature dependent on the known temperature dependence of the voice coil resistance. The voice coil temperature protector further includes a signal controller configured to attenuate the level of an audio signal in response to a current detection current component below a predetermined probe current threshold.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种避免电动扬声器的音圈过热的方法和对应的音圈温度保护器。
技术介绍
用于避免电动扬声器音圈过热的方法和设备可特别有用于多种声音再现目的和应用。当由强大的输出放大器驱动时，合适的音圈过热保护是非常有用的，以防止电动扬声器的不可逆损害或完全失效。后者可以使得功率的过量电平进入扬声器音圈并驱动音圈的温度高于最大温度极限。这种过热保护的挑战在扬声器技术的诸多领域中是持续重要的，诸如公共广播系统的高功率扬声器、汽车喇叭和国内Hi-Fi，以及用于便携式通信设备(诸如智能手机、笔记本电脑等)的微型扬声器。因此，提供用于避免音圈过热而不过度依靠使用像除法和乘法操作的复杂数学运算的相对简单并有效的方法和装置是具有显著吸引力和价值的，所述复杂数学运算需要执行保护方法的信号处理器的相当大的计算资源。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及一种避免电动扬声器的音圈过热的方法，包括以下步骤：a)产生音频信号，b)将低频探测信号添加到音频信号，以产生包括音频信号分量和探测信号分量的复合扬声器驱动信号，c)将所述复合驱动信号施加给电动扬声器的音圈，d)检测流经音圈的探测电流分量的电平，e)将探测电流分量的检测电平和预定的探测电流的阈值进行比较，其中，预定的探测电流阈值对应于经由音圈电阻的已知温度依赖性的预定的音圈温度，f)响应于探测电流分量低于预定的探测电流阈值，衰减的音频信号的电平。本领域技术人员将理解，本电动扬声器的过热保护的方法可应用于各种类型的电动扬声器，诸如Hi-Fi、PA、汽车和环绕声应用的扬声器。电动扬声器存在于多种形状、维度和功率处理能力，以及本领域技术人员将理解：本专利技术适用于几乎所有类型的电动扬声器，尤其是微型电动扬声器用于便携式终端(诸如，移动电话、智能手机)和其他便携式音乐播放设备的声音再现。本领域技术人员将理解：每个音频信号、低频探测信号和探测电流分量可由模拟信号表示例如作为电压、电流、电荷等，或替代地由数字信号表示，例如以合适的采样率和分辨率编码为二进制格式。因此，过热保护音圈的方法可以包括一个步骤：由A/D转换器采样探测电流分量和/或音频信号以至少提供数字编码的探测电流分量。根据所讨论的电动扬声器的电声特性，低频探测信号可以包括正弦波，频率在0.5Hz和400Hz之间。可替代地，低频探测信号可以包括窄带噪声，诸如三分之一倍频带的噪音，具有中心频率置于上述频率范围内。低频探测信号优选被置于大大低于该电动扬声器的基本共振频率的频率，以保持在基本平坦的范围的扩音阻抗曲线，使得探测电流分量的电平准确反映音圈的电流或瞬时直流电阻。在标称操作条件下，诸如安装在便携式终端的密封或通风扬声器外壳中或安装在自由空气，低频探测信号的频率或中心频率优选地比电动扬声器的基础共振频率小至少5倍小，并且优选至少小10或20倍。对于安装在便携式终端的常规微型扬声器，低频探测信号的频率可例如位于5Hz和400Hz之间，诸如10Hz和200Hz之间。低频探测信号的频率可例如位于0.25Hz和20Hz之间，诸如对于相对较大的低音扬声器在0.5Hz和20Hz之间，针对音响、家庭影院或汽车应用，例如直径为6到12英寸之间。优选地，低频探测信号的频率或中心频率在另一方面足够高，以表现出小于电动扬声器的音圈的热时间常数的一半的周期时间。因此，低频探测信号的周期时间可以是电动扬声器的音圈的热时间常数的一半或更少。该要求确保探测电流分量可以适当地采样，以避免丢失或没注意到例如由向扬声器的音圈突然施加过度功率引起的快速音圈加热事件，如下面进一步详细。相对于低频探测信号的频率或中心频率的选择的进一步的考虑在下面结合附图来讨论。该复合扬声器驱动信号可由合适的输出或功率放大器(例如，D类或AB类放大器)被施加到语音线圈。功率放大器可被脉冲调制，以利用脉冲调制功率放大器的高功率转换效率。该脉冲调制可以通过利用输出放大器拓扑(例如，PDM或PWM输出放大器)的开关类型或D类型来实现。在替代方案中，输出放大器可以包括传统的非开关功率放大器拓扑，像A类或AB类。功率放大器的输出阻抗优选地在低频探查信号比目标扬声器的直流电阻小得多。因此，本领域技术人员应了解，取决于电动扬声器的阻抗特性，输出放大器的输出阻抗可以显著变化。在本专利技术的一些有用实施例中，输出放大器的输出阻抗小于1.0Ω，诸如在有关频率小于0.5Ω或0.1Ω。在扬声器的操作期间，输出阻抗范围允许横跨音圈的探测信号电压的电平对于典型的扬声器阻抗保持相对恒定，尽管音圈的DC电阻的温度诱导变化。如何利用音圈电阻的已知温度依赖性和预定探测电流阈值以提供过热保护的细节在下面结合附图的图3A)及3B)进行详细讨论。由于典型音圈材料(例如，铜和铝)的正温度系数，音圈的DC电阻通常随着温度的升高单调递增。这意味着，施加的复合扬声器驱动信号的探测电流分量以可预测的方式对于横跨音圈的恒定或固定的探测电压分量随着增加的音圈温度单调降低，如结合附图所示。结果，预定的探测电流阈值可被计算、估计或确定，使得它对应于预定的音圈温度。预定的音圈温度可以例如对应于正被讨论的扬声器的最大运行音圈温度或低于最大操作音圈温度的温度或任何其他所需的温度。在现实热环境中安装的一个或多个代表扬声器上，最大运行音圈温度可已经从扬声器制造商的说明书和/或实验室测量确定。所述音频信号可以包括从合适的音频源(诸如收音机、CD播放器、网络播放器、MP3播放器)以模拟或数字格式提供的语音和/或音乐。音频源也可包括响应于进入的声音产生实时麦克风信号的麦克风。本领域技术人员将理解，检测流经音圈的探测电流分量的电平可以各种方式在模拟或数字域中来实现。在一个实施例中，检测探测电流分量的电平可以包括以下步骤：响应于该复合扬声器驱动信号，检测流过音圈的复合驱动信号电流，带通滤波复合扬声器驱动信号电流以衰减在其中的音频信号分量。检测从带通滤波复合扬声器驱动信号电流的探测信号电流分量的电平。带通滤波可以通过带通滤波成正比于探测电流分量的合适电压、电流、电荷等信号来实现。此后，使用合适的平均技术和时间常数，探测电流分量的电平可被确定为正比于探测电流分量的信号运行平均值。预定的探测电流阈值可以数字格式被存储在实现本过热保护方法的音圈温度保护器的数据存储单元中。数据存储单元可以例如形成执行本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种避免电动扬声器的音圈过热的方法，包括以下步骤：a)产生音频信号，b)将低频探测信号添加到所述音频信号，以产生包括音频信号分量和探测信号分量的复合扬声器驱动信号，c)将所述复合驱动信号施加给电动扬声器的音圈，d)检测流经音圈的探测电流分量的电平，e)将探测电流分量的检测电平和预定的探测电流的阈值进行比较，其中，预定的探测电流阈值对应于经由音圈电阻的已知温度依赖性的预定的音圈温度，f)响应于探测电流分量低于预定的探测电流阈值，衰减的音频信号的电平。

【技术特征摘要】
2014.10.10 US 14/511,9551.一种避免电动扬声器的音圈过热的方法，包括以下步骤：
a)产生音频信号，
b)将低频探测信号添加到所述音频信号，以产生包括音频信号分量
和探测信号分量的复合扬声器驱动信号，
c)将所述复合驱动信号施加给电动扬声器的音圈，
d)检测流经音圈的探测电流分量的电平，
e)将探测电流分量的检测电平和预定的探测电流的阈值进行比较，其
中，预定的探测电流阈值对应于经由音圈电阻的已知温度依赖性的预定的
音圈温度，
f)响应于探测电流分量低于预定的探测电流阈值，衰减的音频信号的
电平。
2.根据权利要求1所述的避免音圈过热的方法，进一步包括步骤：
g)估计所述音频信号的电平，
h)依赖音频信号的估计电平，调整所述低频探测信号的电平。
3.根据权利要求2所述的避免音圈过热的方法，包括：
如果所述音频信号的电平超过预定的电平阈值，设置所述低频探测信
号的电平为第一固定电平；和
如果所述音频信号分量的电平低于预定的电平阈值，设置所述低频探
测信号的电平为第二固定电平，小于所述第一固定电平小。
4.根据权利要求3所述的避免音圈过热的方法，其中所述第二电平实
质为零。
5.根据权利要求3所述的避免音圈过热的方法，其中，从所述第一固
定电平到第二固定电平的电平过渡或反之亦然，包括中间衰减周期，呈现
按照电平变化的预定速率的电平的逐渐增加或减少。
6.根据权利要求2所述的避免音圈过热的方法，其中，估计施加到音

\t圈的所述音频信号的电平的步骤包括：估计流过所述音圈的音频电流分量
的电平。
7.根据权利要求2所述的避免音圈过热的方法，其中，在音频信号的
频率范围上估计超过音频信号分量的电平。
8.根据权利要求1所述的避免音圈过热的方法，其中，所述低频探测
信号包括频率在0.5Hz和400Hz之间的正弦波，更优选为2Hz和200Hz
之间。
9.根据权利要求1所述的避免音圈过...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·S·贝尔塞森，K·斯特兰格，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛;BM