CN100483931C - 放大器输出级的热保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产生一个放大交流输出信号的放大器热保护电路。该热保护电路可以由一个供电输出级的放大器电源供电。该放大器电源可以参考接地。该热保护电路包括一个功率调节器，以把调节的电源干线提供给热保护电路的其它元件。该调节的电源干线可以以放大输出信号参考电位。

Description

放大器输出级的热保护系统

技术领域

本发明一般涉及一种放大器输出级的热保护系统，更具体地说，涉及放大器输出级的输出器件的保护。

背景技术

各种电路设计已经用来解决在输出器件中的过大局部热量产生问题。过热导致输出器件的最终击穿和损坏。一种通用电路设计是V-I限制器。V-I限制器电路通过连续检测输出器件的电压和电流而检测出输出器件中的功率消耗，并且当电压和电流的乘积超过一个预定阈值时限制输出器件驱动信号的输出。在授予klees的美国专利3,234,453、授予Burwen的美国专利3,500,218、授予Cambell的美国专利3,526,846、授予Sondermeyer的美国专利3,536,958、及授予Stanley的美国专利3,493,879中，描述了V-I限制器电路。

实施V-I限制器电路的主要优点在于简单性。不需要辅助电源以支持电路，并且电路布局较简单。然而，V-I限制器的设计一般牺牲了输出功率，以便在正常操作期间不经常发生的“最坏情况”操作条件下保护器件。V-I限制器不补偿受保护输出器件的实际温度，而是通常借助于环境温度较高的假定设计。另外，V-I限制器不补偿实际电源电压，而是通常借助于高电源电压的假定设计。由于需要额外输出器件和配件这样的保险设计导致增大的成本。

因为V-I限制器的限制，开发了模拟输出器件的实际温度的保护电路。这些电路称作结温度模拟器(JTS)。JTS保护电路在授予Stanley的美国专利4,330,809中描述，并且在此引入如以供参考。

JTS电路通过相对于时间监视由输出器件消耗的瞬时功率、和连续计算在输出器件与其散热器之间的温度差操作。同时测量瞬时散热器温度，并且假定温度差和散热温度产生模拟实时输出器件温度。

JTS保护电路一般包括一个在操作期间监视模拟输出器件温度的输出限制器。当达到一个阈值模拟温度时，到输出器件的驱动信号由输出限制器限制。仅当达到规定最大输出器件温度时，JTS保护电路才通过自动减少输出使放大器输出最大化。

在传统上，JTS保护电路因为对于受保护电路的设计的约束和相关成本，仅用在额定大于200瓦特的放大器中。在传统JTS电路设计中，模拟电路接地定位，并且由一个具有+/-15VDC轨道的调节电源供电。然而，在实现JTS电路的放大器中，功率级典型地借助于摆动(非地定位)轨道实现。因此，实现JTS的多通道放大器需要用于每个通道的分离电源、以及用于接地定位JTS电路的辅助调节电源。

因为用于分离调节电源的要求，所以在电源轨道接地定位的和经常与其它输出级(通道)共享的简单、低成本半桥放大器中实现JTS成本过高。因此，包括热保护的低成本放大器典型地使用V-I限制器保护电路。希望实现JTS保护电路，而不承受功率变压器需要辅助次级线圈的辅助传统调节电源的成本。

发明内容

本发明提供一种以大地为参考电位并因此不用一个分离传统调节电源操作的JTS保护电路。因此，该JTS保护电路对于低成本大功率放大器来说实用且成本低廉。部分由于在制造期间自动试验设备的广泛使用制造包含以大地为参考电位的JTS保护电路的放大器是可行的。自动试验设备典型地起“离地”的使用而不使操作人员暴露于危险，并因此提供这样一种JTS保护电路的安全和有效试验。

JTS保护电路可以在带有用来供电输出级和JTS保护电路的放大器直流电源的半桥放大器中操作。JTS保护电路可以包括一个功率调节器、一个温度模拟器、一个输出限制器、及一个偏压控制器。该功率调节器可以包括一个电容器、一个电阻器、一个齐纳二极管、及一个可买到的电压调节器。该功率调节器可以连接到放大器直流电源的一个正(+Vcc)和一个负(-Vcc)电源干线(power rail)上，并且也可以连接到输出级的一个放大交流输出信号上。在操作期间，功率调节器可以提供以输出级的放大交流输出信号为参考电位的调节正(+Vb)和负(-Vb)电源干线。JTS保护电路的其它元件也可以以放大交流输出信号为参考电位，并且从功率调节器的调节直流轨道接收电能。

因为JTS保护电路以输出级的放大交流输出信号为参考电位，所以指示通过输出级的电流的电压数值可以较小。指示通过输出级的电流的电压可以由JTS保护电路用来模拟在输出级内的温度。因为在输出级器件与放大交流输出信号之间的电压数值差较小，所以指示电流的电压也较小。相反，如果JTS保护电路以大地为参考电位，则指示通过输出级的电流的电压数值会大得多，因为它会包括放大交流输出信号的电压。由于JTS保护电路以放大交流输出信号为参考电位，所以避免了将指示电流的电压从大得多的放大交流输出信号的电压中分离。

通过分析如下附图和详细说明，本发明的其它系统、方法、特征及优点对于熟悉本专业的技术人员是显而易见的。所有包括在本说明中的这样的辅助系统、方法、特征及优点包括在本发明的范围内、及由附属权利要求书保护。

附图说明

参照下面的附图能更好地理解本发明。在图中的元件不必按比例；而是着重于说明本发明的原理。而且，在附图中，同样的标号在所有不同附图中指示对应部分。

图1是利用由放大器直流电源供电的热保护电路的半桥放大器的系统级方块图；

图2用于放大器的热保护电路的方块图；

图3表示放大器的热保护电路的示意图；

图4表示用于热保护电路的功率调节器的示意图。

具体实施方式

图1是半桥放大器10的系统级方块图。负载500在图1中表示成连接在半桥放大器10与地之间。或者，一个全桥放大器可以建造成第一半桥放大器10连接到负载500的第一输入端上，而第二半桥放大器10连接到负载500的第二输入端上。因为这样一种全桥放大器的每个半桥放大器10是相同的，所以这里只描述一个这样的半桥放大器10。

图1中所示的半桥放大器10在输入信号线20上接收一个输入信号，并且把输出信号线30上的一个放大交流输出信号提供给负载500。负载500说明性地表示为一个扬声器。然而，负载500可以是任何一个要求放大交流输出信号的电气器件。输入信号线20上的输入信号和输出信号线30上的放大交流输出信号的每个可以大地为参考电位。

半桥放大器10包括：放大器直流电源100、输入误差放大器200、热保护电路300、及输出级400。放大器直流电源100可以是任何能够产生以大地为参考电位的直流电源干线(power rail)的常规直流电源。示出的放大器直流电源100包括一个第一放大器电源110和一个第二放大器电源120。第一放大器电源110可以为放大器10的输出级400提供+Vcc电源干线112。第二放大器电源120可以为放大器10的输出级400提供-Vcc电源干线122。+Vcc电源干线112和-Vcc电源干线122都可以大地为参考电位。

输入误差放大器200可以是任何用来接收输入信号和输出反馈信号、以及由此产生驱动输出级400的第一和第二驱动信号的电路或器件。输入到输入误差放大器200的输入信号可以是输入信号线20上的输入信号，而输出反馈信号可以是输出信号线30上的放大交流输出信号。输入误差放大器200可以确定输入信号线20上的输入信号与输出信号线30上的放大交流输出信号之间的差。这个差可以放大，并且由输入误差放大器200转换，导致是信号线40上的第一驱动信号+Drv和信号线50上的第二驱动信号-Drv的放大差。第一驱动信号+Drv和第二驱动信号-Drv可以驱动输出级400，以减小输入信号线20上的输入信号与在输出信号线30上的放大交流输出信号之间的误差。

输出级400可以作为A类、B类、AB类、H类、G类、或任何其它类型的线性或切换放大器操作。此外，输出级400可以利用任何常规放大器输出布局建造，如准互补、全互补等。对于这些布局的每一个，输出级400可以包括各个级和输出器件。

示出的输出级400包括：第一输出级410、第二输出级420、第一电流检测电阻器412、及第二电流检测电阻器422。第一输出级410可以提供输出信号线30上的放大交流输出信号的正部分。第二输出级420可以提供输出信号线30上的放大交流输出信号的负部分。

第一输出级410可以包括一个或多个功率处理输出器件，如安装在一个或多个散热器上的半导体。第二输出级420同样也可包括一个或多个输出器件。功率处理输出器件可以是能够高频切换高电压和/大电流的任何器件，如双极结晶体管(NPN或PNP)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、或任何其它类型的半导体的一些组合。

代表由第一和第二输出级410和420耗散的瞬时功率的功率信号可以由热保护电路300利用。由第一和第二输出级410或420之一耗散的瞬时功率可以通过把跨过输出级410或420之一的电压值乘以通过相应输出级410或420的电流值而确定。通过从把电能提供到相应输出级410或420的电源干线(分别为+Vcc 112或-Vcc 122)的电压中减去输出级400的放大交流输出信号的电压值，可以确定跨过输出级410或420的电压。

通过测量第一和第二输出级410和420的输出电流可以确定瞬时电流。用来产生代表通过输出级410或420之一的电流值的电流检测信号的一个电路涉及与相应输出级410或420的输出串联连接的一个电流检测电阻器。跨过电阻器的电压降可以提供电流检测信号。如图1中所示，第一电流检测电阻器412可以在第一电流检测信号线414上产生一个代表通过第一输出级410的电流值的第一电压信号。同样，第二电流检测电阻器422可以在第二电流检测信号线424上产生用于第二输出级420的第二电压信号。用来产生代表通过输出级410和420的电流的值的任何机构，如大磁阻(GMR)传感器，可以用来在第一和第二电流检测信号线414和424上产生电流检测信号。

第一和第二电流检测信号线414和424上的第一和第二电压信号以输出信号线30上的放大交流输出信号为参考电位。因此，第一和第二电压信号的数值可以较小，因为在第一与第二输出级410与420的输出端和输出信号线30上的放大交流输出信号之间的电压较小。

如果第一和第二电压信号代之以如在现有技术中那样以大地为参考电位，则第一和第二电压信号的数值要大得多。这是因为第一和第二电压信号包括在输出信号线30上的放大交流输出信号的电压。在这样一种布置中，可以利用能够从大数值第一和第二电压信号“分离出”跨过电阻器412和422下降的小电压的高精度元件。这些小电压每个可以例如小于一个伏特，而放大交流输出信号可以超过一百伏特。

热保护电路300因此以输出信号线30上的放大交流输出信号为参考电位，以促进“分离出”跨过电阻器412和422的小电压。示出的热保护电路300包括保护电路301和功率调节器600。热保护电路300的电能可以由放大器直流电源100提供。更具体地说，功率调节器600可以从+Vcc和-Vcc电源干线112和122接收电能电能，并且把调节的+Vb和-Vb电源干线630和640提供给功率保护电路301。另外，保护电路301可以从+Vcc和-Vcc电源干线112和122接收电能。到热保护电路300的输入信号也可以包括输出信号线30上的放大交流输出信号、和第一和第二电流检测信号线414和424上的第一和第二电压信号。

在操作期间，热保护电路300可以模拟第一输出级410和/或第二输出级420的一个或多个功率处理输出器件的温度。为了防止输出级400的功率处理输出器件过热，当模拟温度升高到一个阈值以上时，热保护电路300可以限制信号线40上的第一驱动信号+Drv和信号线50上的第二驱动信号-Drv。

图2是在图1所示的热保护电路300的方块图。热保护电路300包括保护电路301和功率调节器600。保护电路301包括：温度传感器340、第一温度模拟器302、第二温度模拟器304、第一输出限制器370、第二输出限制器380、及偏压控制器390。

温度传感器340可以是任何能够检测在输出级400中的至少一个散热器的实际温度并提供一个代表被测温度的信号的电路或器件。热保护电路300的第一温度模拟器302和第二温度模拟器304每个可以是任何能够产生一个或多个功率处理输出器件的模拟温度的电路或器件。

第一和第二输出限制器370和380的每个可以是任何可根据一个接收到的温度信号把驱动电流的一部分从输出级400(图1)分路出来的电路或器件。偏压控制器390可以是任何用来接收温度信号并提供偏压信号的电路或器件。

图3是在图1所示的热保护电路300的电路原理图。热保护电路300包括保护电路301和功率调节器600。保护电路301包括：温度传感器340、第一温度模拟器302、第二温度模拟器304、第一输出限制器370、第二输出限制器380、及偏压控制器390。

所示的温度传感器340包括：至少一个温度检测器件341、第一电阻器342、第二电阻器343、第三电阻器344、及第四电阻器345。在图3中所示的温度传感器340包括一个单温度检测器件341。然而，温度传感器340可以包括另外的温度检测器件。可以包括一个以上的温度检测器件341，其中第一输出级410的期望功率耗散与第二输出级420的期望功率耗散显著不同。当只使用一个温度检测器件341时，输出级400的散热可以以与第一和第二输出级410和420的温度相等的方式配置。或者，温度检测器件341可以定位在散热器的最热部分处。

温度检测器件341可以是任何能够提供随检测到的温度变化的散热器温度信号的电路或器件。例如，温度检测器件341可以是一个热敏电阻、一个热敏晶体管、一个热电偶、一个热敏集成电路、或任何能够提供代表检测到的温度的信号的其它这样的器件。所示的温度检测器件341可以是一个热敏集成电路，如由National Semiconductor制造的LM35DT。为了接收电能，温度检测器件341可以连接在调节的+Vb电源干线630(功率调节器600的正输出)与在输出信号线30上的放大交流输出信号之间。温度检测器件341可以产生一个随散热器的温度的变化而变化的温度输出信号，该温度检测器件341安装在散热器上。

电阻器342和345可以分别将温度从属电流加入第一和第二虚拟接地求和节点346和347。第一和第二虚拟接地求和节点346和347可以从温度传感器340接收温度输出信号。来自电阻器343和344的固定电流可以分别为温度模拟器302和304产生所需的温度信号偏移。

第一温度模拟器302和第二温度模拟器304的每一个可以为一个或多个功率处理输出器件产生模拟温度。例如，第一温度模拟器302或第二温度模拟器304的每一个可以是一个数字计算机或一个模拟计算机。第一和第二温度模拟器302和304可以接收一个或多个信号，由该信号可以计算由第一或第二输出级410或420耗散的瞬时功率。另外，来自温度传感器340的散热温度信号可以被第一和第二温度模拟器302和304接收。根据接收到的信号，第一和第二温度模拟器302和304可以分别是用来产生代表第一或第二输出级410或420的一个或多个功率处理输出器件的模拟温度的模拟温度信号的装置。

图3所示的第一温度模拟器302包括第一乘法器320和第一模拟电路330。第二温度模拟器304同样可以包括第二乘法器350和第二模拟电路360。第一和第二乘法器320和350可以把一个第一输入电压乘以一个第二输入电压，并且提供代表乘积的输出电流。

第一乘法器320可以是任何能够根据跨过第一级410的电压、和通过第一输出级410的电流产生代表由第一输出级410耗散的瞬时功率的功率信号的电路或器件。如以前讨论的那样，跨过第一级410的电压可以是输出信号线30上的放大交流输出信号的电压与+Vcc电源干线112的电压之间的电压差。指示通过第一输出级410的瞬时电流的电流检测信号可以是第一电流检测信号线414上的第一电压信号。

同样，第二乘法器350可以是任何能够根据一个瞬时电压信号和一个电流检测信号产生代表由第二输出级420耗散的瞬时功率的功率信号的电路或器件。第二乘法器350可以以与第一乘法器320相同的方式操作。

如图3中所示，第一乘法器320可以是一个两象限跨导乘法器。第一乘法器320包括：双极结晶体管321的匹配对、第一电阻器322、第二电阻器323、第三电阻器324及电位器325。双极结晶体管321的匹配对包括第一晶体管327和第二晶体管326。第一乘法器320可以以输出信号线30上的放大交流输出信号或以上的电压操作。因而，第一和第二晶体管327和326可以是PNP晶体管。

第一电阻器322可以连接在+Vcc电源干线112与第一和第二晶体管327和326的公共连接发射极之间。第一电阻器322可以把与施加到第一功率级410上的电压成正比的电流提供给第一和第二晶体管327和326。在操作期间，第二电阻器323可以连接在第一电流检测信号线414与第一晶体管327的基极之间。第二电阻器323可以创建驱动第一晶体管327、与在第一电流检测信号线414上的第一电流检测信号的电压成正比的电流。

第三电阻器324可以连接在第一晶体管367的基极与输出信号线30之间。电阻器323和324可以偏压匹配对321。第二晶体管326的基极可以连接到输出信号线30上。这使乘法器320以输出信号线30上的放大交流输出信号为参考电位。换句话说，乘法器320随在输出信号线30上的放大交流输出信号“浮动”。由第一乘法器320产生的输出可以是第一和第二晶体管327和326的集电极电流之和。由第一乘法器320产生的输出可以是以输出信号线30上的放大交流输出信号的第一功率信号为参考。这个第一功率信号可以代表由第一输出级410耗散的瞬时功率。

第二乘法器350也可以是两象限跨导乘法器。第二乘法器350包括：双极结晶体管351的匹配对、第一电阻器352、第二电阻器353、第三电阻器354及电位器355。双极结晶体管351的匹配对包括第一晶体管357和第二晶体管356。第二乘法器350可以以输出信号线30上的放大交流输出信号或以下的电压操作。因而，第一和第二晶体管357和356可以是NPN晶体管。

第二乘法器350可以以与第一乘法器320相同的方式操作。然而，第二乘法器350可以连接到-Vcc电源干线122和第二电流检测信号线424上。因而，由第二乘法器350产生的输出可以是代表由第二输出级420耗散的瞬时功率的第二功率信号。

匹配对321和351可以彼此一起工作，并且可能彼此不完全匹配。为了平衡操作，标准电位器325和355可以分别包括在第一和第二乘法器320和350中，以修整在匹配对321的第一晶体管327与第二晶体管326和匹配对351的第一晶体管357与第二晶体管356之间的基极对基极偏移电压。

第一模拟电路330可以产生一个是随由乘法器320产生的第一功率信号、和由温度传感器340产生的第一温度信号而变化的第一模拟温度信号。同样，第二模拟电路360可以产生一个是随由乘法器350产生的第二功率信号、和由温度传感器340产生的第二温度信号而变化的第二模拟温度信号。

第一和第二模拟电路330和360可以是任何能够模型化输出级400的功率处理输出器件一个或多个的热阻抗的电路或器件。第一模拟电路330包括：第一运算放大器331、第二运算放大器332、第一电阻器333、第二电阻器334、及反馈网络335。第一运算放大器331可以是一个高增益运算放大器。第一和第二运算放大器331和332的非倒相输入端可以连接到输出信号线30上。像这样，第一模拟电路330的所有输入端和输出端可以以输出信号线30上的放大交流输出为参考。换句话说，第一模拟电路330随输出信号线30上的放大交流输出信号“浮动”。

第一和第二电阻器333和334可以匹配，并且形成一个具有第一终端336、一个第二终端337、及一个公共节点338的电阻器网络。第一终端336可以连接到乘法器320的第二晶体管326的集电极上，连接到第一虚拟接地求和节点346上，及连接到第一运算放大器331的倒相输入端上。第二终端337可以连接到乘法器320的第一晶体管327的集电极上，并且连接到第二运算放大器332的倒相输入端上。公共节点338可以连接到第一运算放大器331的输出上。第一运算放大器331和电阻器网络可以作为一个电流反射镜操作以产生一个组合输出电流。

反馈网络335可以包括一个电阻器-电容器(RC)网络、电阻器-电感器(RL)网络、和/或电阻器-电感器-电容器(RLC)网络，以模型化第一输出级410的功率处理输出器件的一个或多个的热阻抗。所示的反馈网络335是作为一个三级电阻器-电容器(RC)网络。反馈网络335可以是任何级的，然而，利用高级数网络可以实现更准确的模拟。

反馈网络335可以连接在第二运算放大器332的输出端与倒相输入端之间。第二运算放大器332和反馈网络335可以把来自电流反射镜的组合输出电流转换成第一温度信号线306上的第一温度信号。第一温度信号可以表示第一输出级410的功率处理输出器件的一个或多个的温度。

与第一模拟电路330相同，第二模拟电路360包括：第一运算放大器361、第二运算放大器362、第一电阻器363、第二电阻器364、及反馈网络365。像第一模拟电路330，第二模拟电路360随输出信号线30上的放大交流输出信号“浮动”。

第二模拟电路360可以以与第一模拟电路330相同的方式操作，不同之处在于第二模拟电路360可连接到第二乘法器350上而不是第一乘法器320上。另外，第二模拟电路360可以连接到第二虚拟接地求和节点347上，而不是连接到第一虚拟接地求和节点346上。因而，由第二模拟电路360产生的输出可以是表示第二输出级420的，而不是第一输出级410的，功率处理输出器件的一个或多个的温度的第二温度信号线308上的第二温度信号。

第一和第二输出限制器370和380的每一个可以根据接收温度信号把驱动电流的一部分从输出级400分路开。例如，第一和第二输出限制器370和380的分路元件可以是机械驱动的电位器或变阻器、双极结晶体管、MOSFET、或三端双向可控硅开关。因而，第一和第二输出限制器370和380可以是用来限制在输出级400中由功率处理输出器件耗散的功率的装置。

如图3所示，第一输出限制器370包括：第一二极管371、第一电阻器372、晶体管373、第二二极管374、及第二电阻器375。第一二极管371的阳极可以连接到信号线40上。第一二极管371的阴极可以连接到晶体管373的集电极上。晶体管373的发射极可以连接到输出信号线30上。晶体管373的基极可以连接到二极管374的阴极上，连接到第一电阻器372上，及连接到第二电阻器375上。第二二极管374的阳极可以连接到输出信号线30上。第一电阻器372也可以连接到调节-Vb电源干线640、功率调节器600的负输出上。第二电阻器375可以连接到从温度模拟器302延伸的第一温度信号线306上。

第一和第二电阻器372和375及第二二极管374可以起一个电压偏移和衰减网络的作用，以增大第一温度信号线306上的第一温度信号的电压动态特性。这可能允许来自温度模拟器302的第一温度信号的最大电压的修整，以增大代表的温度范围。第一二极管371可以防止电流在相反方向上流经晶体管373。当来自温度模拟器302的第一温度信号增大到一个阈值温度以上时，可以启动晶体管373。阈值温度可以是在其以上模型化的功率处理输出器件经历热损坏的温度。当启动晶体管373时，信号线40上的第一驱动信号+Drv的电流的一部分可以从第一输出级410分路开。这种分路可以限制由第一输出级410耗散的功率。

与第一输出限制器370相同，第二输出限制器380包括：第一二极管381、第一电阻器382、晶体管383、第二二极管384、及第二电阻器385。第二输出限制器370可以以与第一输出限制器370相同的方式操作。到第二输出限制器380的一个输出可以是在来自第二温度模拟器304的第二温度信号线308上的第二温度信号。在操作期间，第二输出限制器380可以把信号线50上的第二驱动信号-Drv的电流的一部分从第二输出级420分路开。

在操作期间，因为输出级400的功率处理输出器件耗散功率，所以它们可能变热，并因此传导性更好。因为它们变得传导性更好，所以输出级400的功率处理输出器件可能在信号线40和50上要求较小驱动信号+Drv和-Drv，以在静态条件期间保持静态电流流动。当在输入信号线20上没有输入信号时同时半桥放大器正在操作的同时，静态条件可能发生。

如果当在输入信号线20上没有输入信号时信号线40和50上的驱动信号+Drv和-Drv保持恒定，那么通过输出级400的静态电流可能增大。因为通过输出级400的静态电流增大，输出级400的功率处理输出器件可能耗散更多功率，并且连续变得更热。以这种方式，当输入信号线20上没有信号或有较小信号时，通过输出级400的静态电流、和功率处理输出器件的温度可能连续增大。

偏压控制器390可以用一个偏压信号偏压输出级400(图1)。偏压信号可以基于由第一温度模拟器302提供的第一温度信号。在操作期间，偏压信号可以是偏压信号线40和50上的第一和第二驱动信号+Drv和-Drv。这种偏压可以动态地调节信号线40和50上的驱动信号+Drv和-Drv，以便保持通过输出级400的静态电流基本恒定。一个基本恒定的静态电流使在放大交流输出信号中的噪声和输出级400中产生的热量最小。

如图3所示，偏压控制器390是一个用来偏压输出级400的装置，偏压控制器390包括：第一晶体管391、第二晶体管399、第一电阻器392、第二电阻器393、第三电阻器394、第四电阻器395、电容器396、第五电阻器397、及变阻器398。第一和第二晶体管391和399可以是晶体管的一个匹配对，如双极结晶体管。

第一电阻器392可以连接在调节+Vb电源干线630与第一晶体管391的发射极之间。第二电阻器393可以连接在调节+Vb电源干线630与第二晶体管399的发射极之间。第一晶体管391的基极可以连接到第一晶体管391的集电极、第二晶体管399的基极、第三电阻器394、及第四电阻器395上。第三电阻器394也可以连接到来自第一温度模拟器302的第一温度信号线306上。第四电阻器395也可以连接到变阻器398上。变阻器398也可以连接到输出信号线30上。第二晶体管399的集电极可以连接到信号线40上，信号线40携带第一驱动信号+Drv。电容器396和第五电阻器397可以连接在信号线40与信号线50之间。

第一和第二晶体管391和399、第一和第二电阻器392和393可以作为一个电流反射镜操作。电流反射镜可能具有等于第一电阻器392的值除以第二电阻器393的值的增益。到电流反射镜的输入可以从包括第三和第四电阻器394和395、及变阻器398的可调节但固定电阻器网络引出。来自第一温度模拟器302的第一温度信号线306上的第一温度信号可以经第四电阻器394施加到电阻器网络上。电流反射镜的输出可以分别为信号线40和50上的第一和第二信号+Drv和-Drv提供偏置电压。

变阻器398可允许进行输出级400的偏压的手动调节，以使通过输出级400的静态电流最小。例如，当首先装配放大器时，或者当替换在输出级400中的输出器件时，变阻器398可以用来初始调节输出级400的偏压。第五电阻器397和电容器396可以作为一个防止在第一和第二驱动信号+Drv和-Drv之间的交流交扰的低通滤波器操作。

如图3所示，功率调节器600可以是用来调节直流功率的装置。例如，功率调节器600可以是任何用来从+Vcc和-Vcc电源干线112和122接收电能、并提供以输出信号线30上的放大交流输出信号为参考电位的调节+Vb和-Vb电源干线630和640的电路或器件。如以前讨论的那样，热保护电路300的元件，包括第一和第二温度模拟器302和304、第一和第二输出限制器370和380、温度传感器340及偏压控制器390，可以以放大交流输出信号为参考，并且从调节+Vb和-Vb电源干线630和640接收电能。

图4是功率调节器600的示意图。功率调节器600可以包括第一功率调节器610和第二功率调节器620。第一功率调节器610可以从第一放大器电源110接收+Vcc电源干线112并产生调节+Vb电源干线630。调节+Vb电源干线630可以以输出信号线30上的放大交流输出信号为参考。第二功率调节器620同样可以从第二放大器电源120接收-Vcc电源干线122并产生调节-Vb电源干线640。调节-Vb电源干线640同样可以以输出信号线30上的放大交流输出信号为参考电位。

第一功率调节器610包括：电阻器611、第一电容器612、二极管613、电压调节器614、及第二电容器615。电压调节器614可以是一个集成电路电压调节器，如由National Semiconductor制造的78L15。二极管613可以是具有大于最小值但小于用于电压调节器614的最大额定输入电压的齐纳损坏电压的齐纳二极管。

电阻器611可以连接在+Vcc电源干线112与电压调节器614的输入端之间。二极管613可以连接在输出信号线30与电压调节器614的输入端之间。第一电容器612可以连接在输出信号线30与电压调节器614的输入端之间。第二电容器615可以连接在输出信号线30与电压调节器614的输出端之间。

使用具有说明电压值的例子可以理解第一功率调节器610的操作的解释。电压值只是说明性的，并且可以使用其它值。在操作期间，第一功率调节器610可以从+Vcc电源干线112接收电能。电压调节器614可以以最小输入电压(如18伏特)操作，以便保持调节输出电压，如15伏特。二极管613可以具有诸如24伏特之类的齐纳损坏电压。齐纳二极管613可以提供在跨过电容器612和在电压调节器614的输入端的齐纳损坏电压。只要在+Vcc电源干线112与输出信号线30上的放大交流输出信号之间的电压差大于约25伏特，就会出现这种情况。

因为跨过第一电容器612可能有24伏特的电位，第一电容器612可以充电到24伏特的电位。因此，在+Vcc电源干线112与输出信号线30上的放大交流输出信号之间的电压差一旦下降到低于24伏特，第一电容器612就可以把电流放电到电压调节器614。在这种条件存在的同时，第一电容器612也可把电流放电到放大器电源110。可以包括电阻器611以便限制这种电流流动，并且可能能够处理一些功率消耗，例如二或三瓦特。

第一电容器612可以定尺寸成保持用于电压调节器614的最小输入电压，以维持用于确定时间段的调节操作。确定时间段可以基于最高输出电平和输出信号线30上的放大交流输出信号的最长间隔。如果在+Vcc电源干线112与输出信号线30上的放大交流输出信号之间的电压差可能高得足以损坏电压调节器614，则可以包括二极管613。

在操作期间，电压调节器614的输入可以通过+Vcc电源干线112或通过第一电容器612提供有用于调节操作的最小电压。电压调节器614可以把调节+Vb电源干线630提供到热保护电路300的其它元件，如以前讨论的那样。可以包括电容器615以在重负载的短时间段期间保持+Vb电源干线630的电压。

第二功率调节器620同样包括：电阻器621、第一电容器622、二极管623、电压调节器624、及第二电容器625。电压调节器624可以是一个集成电路电压调节器，如由National Semiconductor制造的79L15。二极管613可以是具有大于最小值但小于用于电压调节器624的最大额定输入电压的齐纳损坏电压的齐纳二极管。

与第一功率调节器610相同，第二功率调节器620是可操作的以从-Vcc122电源干线接收电能，并且产生以输出信号线30上的放大交流输出信号为参考电位的调节-Vb电源干线640。调节-Vb电源干线640可以提供到热电路300的其它元件，如以前讨论的那样。

再参照图1-4，热保护电路300可以在带有一个用来供电输出级400的放大器直流电源100的半桥放大器10中操作。热保护电路300可以从放大器电源100接收电能。在热保护电路300内的功率调节器600可以把调节功率提供到第一和第二温度模拟器302和304、第一和第二输出限制器370和380、及偏压控制器390。功率调节器600可以允许热保护电路300以放大交流输出信号为参考进行操作。通过以放大交流输出信号为参考电位的操作，热保护电路300可以以比如果其以大地为参考电位的更小的电压和电流操作。

尽管已经描述了本发明的各个实施例，但对于熟悉本专业的技术人员显然，在本发明范围内的多个其他实施例和实施是可能的。因而，除附属权利要求书和其等效物之外，本发明不受限制。

Claims (36)

1.一种放大器输出级的热保护电路，其中该输出级从以大地为参考电位的放大器电源干线上接收直流电能，并且产生一个放大交流输出信号，该热保护电路包括：

一个功率调节器，该功率调节器是可操作的，用于从以大地为参考电位的放大器电源干线提供以所述放大交流输出信号为参考电位的调节的电源干线；以及

保护电路，连接到功率调节器上，其中该保护电路以放大交流输出信号为参考电位，并且由该调节的电源干线激励以热保护输出级。

2.根据权利要求1所述的热保护电路，其中该功率调节器包括一个第一电容器、一个电阻器和一个带有一个输入端和一个输出端的电压调节器，其中电阻器连接在放大器电源干线和电压调节器的输入端之间，第一电容器连接在电压调节器的输入端和放大交流输出信号之间。

3.根据权利要求2所述的热保护电路，其中该功率调节器包括一个连接在放大器电源干线与放大交流输出信号之间的齐纳二极管。

4.根据权利要求2所述的热保护电路，其中功率调节器进一步包括一个第二电容器，第二电容器连接在调节的电源干线与放大交流输出信号之间。

5.根据权利要求1所述的热保护电路，其中放大器电源干线包括一个正放大器电源干线和一个负放大器电源干线，并且该功率调节器包括一个第一功率调节器和一个第二功率调节器。

6.根据权利要求5所述的热保护电路，其中该第一功率调节器是可操作的以产生一个以放大交流输出信号参考电位的调节的正电源干线，该调节的正电源干线由以大地为参考电位的正放大器电源干线产生。

7.根据权利要求5所述的热保护电路，其中该第二功率调节器是可操作的以产生以放大交流输出信号为参考电位的一个调节的负电源干线，该调节的负电源干线由以大地为参考电位的负放大器电源干线产生。

8.根据权利要求1所述的热保护电路，其中该保护电路包括一个温度模拟器，并且该输出级包括一个输出器件，温度模拟器是可操作的以提供一个模拟温度信号，该模拟温度信号指示输出器件的模拟温度。

9.根据权利要求8所述的热保护电路，其中该保护电路进一步包括一个输出限制器，该输出限制器是可操作的，以便当输出器件的模拟温度高于一个阈值温度时，减小由随模拟温度信号变化的输出器件消耗的电能。

10.根据权利要求8所述的热保护电路，其中该保护电路进一步包括一种偏压控制器，该偏压控制器是可操作的以产生随模拟温度信号变化的输出级偏压信号，该偏压信号是可操作的以动态调节输出级的偏压，以便在静态条件期间保持通过输出级的基本恒定静态电流。

11.根据权利要求1所述的热保护电路，其中该保护电路包括一种偏压控制器，其中该偏压控制器是可操作的以调节输出级的偏压，以便保持通过输出级的基本恒定静态电流。

12.根据权利要求11所述的热保护电路，其中该偏压控制器是可操作的，以便调节随输出级的模拟温度变化的偏压。

13.一种放大器输出级的热保护电路，其中该输出级从放大器直流电源干线接收直流电能，并且产生一个放大交流输出信号，该热保护电路包括：

一个直流功率的调节装置，该调节装置是可操作的，用于从以大地为参考电位的放大器电源干线产生以所述放大交流输出信号为参考电位的调节的电源干线；以及

输出级的热保护装置，该热保护装置连接到调节装置上，其中该热保护装置以放大交流输出信号为参考电位，并且由调节的电源干线激励。

14.根据权利要求13所述的热保护电路，其中该放大器直流电源干线包括一个正直流放大器电源干线和一个负直流放大器电源干线，并且用于调节的装置包括一个第一调节装置和一个第二调节装置，第一调节装置是可操作的以便由正直流放大器电源干线产生一个以放大交流输出信号为参考电位的正调节的电源干线，第二调节装置是可操作的以便由负直流放大器电源干线产生一个以放大交流输出信号为参考的负调节的电源干线。

15.根据权利要求13所述的热保护电路，其中这些调节装置是一个包括电容器、电阻器及电压调节器的功率调节器。

16.根据权利要求15所述的热保护电路，其中该功率调节器包括一个齐纳二极管。

17.根据权利要求13所述的热保护电路，其中所述热保护装置包括用来产生一个模拟温度信号的装置，并且该输出级包括一个输出器件，其中模拟温度信号指示输出器件的温度。

18.根据权利要求17所述的热保护电路，其中该热保护装置进一步包括用来限制由输出器件消耗的功率的装置，该限制装置是可操作的，以便减小由随模拟温度信号变化的输出器件消耗的功率。

19.根据权利要求17所述的热保护电路，其中该热保护装置进一步包括一个输出级的偏压装置，该偏压装置是可操作的以产生随模拟温度信号变化的输出级偏压信号，该偏压信号是可操作的以调节输出级的偏压，以保持通过输出级的基本恒定静态电流。

20.根据权利要求13所述的热保护电路，其中该热保护装置包括一个输出级的偏压装置，该偏压的装置是可操作的以调节输出级的偏压，以便保持通过输出级的基本恒定静态电流。

21.根据权利要求13所述的热保护电路，其中该偏压装置是可操作的，以便随输出级的模拟温度变化的调节偏压。

22.一种放大器，包括：

一个放大器直流电源，其是可操作的以产生以大地为参考电位的放大器电源干线；

一个以大地为参考电位的输出级，是可操作的以接收放大器电源干线并产生一个放大交流输出信号；

一个功率调节器，该功率调节器是可操作的，以从放大器电源干线提供参考放大交流输出信号的一个调节的电源干线；以及

保护电路，连接到该功率调节器上，保护电路以放大交流输出信号为参考电位，并且由调节的电源干线激励以热保护输出级。

23.根据权利要求22所述的放大器，其中该输出级配置为一个半桥放大器。

24.根据权利要求22所述的放大器，其中该输出级配置为一个全桥放大器。

25.根据权利要求22所述的放大器，其中该功率调节器包括一个第一电容器、一个电阻器和一个带有一个输入端和一个输出端的电压调节器，其中电阻器连接在放大器电源干线和电压调节器的输入端之间，第一电容器连接在电压调节器的输入端和放大交流输出信号之间。

26.根据权利要求25所述的放大器，其中该功率调节器包括一个连接在放大器电源干线与放大交流输出信号之间的齐纳二极管。连接在放大器电源干线与放大交流输出信号之间的齐纳二极管。

27.根据权利要求25所述的放大器，其中该功率调节器进一步包括一个第二电容器，该第二电容器连接在调节的电源干线与放大交流输出信号之间。

28.根据权利要求22所述的放大器，其中该保护电路包括一个温度模拟器，并且该输出级包括一个输出器件，温度模拟器是可操作的以提供一个模拟温度信号，模拟温度信号指示输出器件的模拟温度。

29.根据权利要求28所述的放大器，其中该保护电路进一步包括一个输出限制器，该输出限制器是可操作的以减小由随模拟温度信号变化的输出器件消耗的功率。

30.根据权利要求22所述的放大器，其中该保护电路进一步包括一种偏压控制器，该偏压控制器是可操作的以偏压输出级，以便在静态条件期间保持通过输出级的基本恒定静态电流。

31.一种放大器，包括：

一个直流电源，其是可操作的以产生以大地为参考参考电位的放大器电源干线；

一个以大地为参考电位的输出级，其是可操作的以接收放大器电源干线并产生一个放大交流输出信号；

一个功率调节器，该功率调节器是可操作的，以从放大器电源干线产生以放大交流输出信号为参考电位的一个调节的电源干线；以及

用于对所述输出级进行热保护的保护电路，所述保护电路包括一种偏压控制器，该偏压控制器以放大交流输出信号为参考电位并且由调节的电源干线激励；

其中该偏压控制器是可操作的以偏压输出级。

32.根据权利要求31所述的放大器，其中该偏压控制器是可操作的，以便在静态条件期间保持通过输出级的基本恒定静态电流。

33.根据权利要求31所述的放大器，其中该偏压控制器是可操作的，以随输出级温度变化而偏压输出级。

34.一种热保护放大器输出级的方法，其中该输出级接收直流电能并且产生一个放大交流输出信号，该方法包括：

把直流电能提供到输出级的输出器件，直流电能以大地为参考电位；

用一个输入信号驱动输出器件，从而使该输出器件由直流功率产生一个放大交流输出信号；

调节直流电能，以提供以放大交流输出信号为参考单位的调节直流电能；

用以放大交流输出信号为参考电位的调节直流电能激励热保护电路；

用热保护电路产生一个模拟温度信号，模拟温度信号指示输出器件的模拟温度的模拟温度信号；以及

当输出器件的模拟温度高于一个阈值温度时，借助于热保护电路减小到输出器件的输入信号。

35.根据权利要求34所述的方法，其中产生一个模拟温度信号的步骤包括：

用热保护电路接收一个电流检测信号，该电流检测信号指示通过输出级的电流；

用热保护电路接收一个电压信号，该电压信号指示跨过输出级的电压；以及

用热保护电路接收一个温度信号，该温度信号指示输出级的温度，

其中根据电流信号、电压信号和温度信号产生模拟温度信号。

36.根据权利要求34所述的方法，进一步包括用保护电路偏压输出级，以在静态条件期间保持通过输出级的基本恒定静态电流。

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