專利名稱：電源提供功率的動態(tài)分配及信號的頻率捷變頻譜濾波的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于電子設備的電源電路裝置，更具體講，本發(fā)明可應用于允許設備在可操作模式和減少功率或等待模式之間進行切換的電源電路裝置。
背景技術：
一些高保真音頻系統(tǒng)，例如所謂使用杜比Dolby PRO-logicTM或DolbyDigitalTM(杜比數(shù)字)的“環(huán)繞聲音”系統(tǒng)，它們包括用于放大諸如DolbyTM系統(tǒng)所提供的每一個聲音信號的功率放大器，例如左，右，中，左后，右后。在家庭音頻系統(tǒng)中，這些音頻功率放大器將由共用的主電源來供電。
通常，為了獲得舒服的收聽水平，在低頻率低音(bass)范圍內(nèi)需要提高信號響應。DolbyTM系統(tǒng)提供了輸出到子-低音系統(tǒng)的子-低音信號，該系統(tǒng)可以是分離的有源單元，該有源單元包括前置放大器/緩沖器、高功率音頻功率放大器、以及在低于正常低音揚聲器頻率的低音頻率提供足夠的音頻輸出的大直徑揚聲器。為了提高低頻率范圍內(nèi)的聲音，該子-低音與它自己的專用音頻功率放大器一起提供以克服在整個聲音質量方面的缺點，這是因為，由于人耳朵響應的特性和通常由聽房間大小的不充足，子-低音揚聲器低音需要不均衡地大量功率以便充分聽到，以及由于具有比揚聲器系統(tǒng)的其他揚聲器非常大結構的子-低音揚聲器，正好需要更多功率以移動非常大的低音以及相應地通過揚聲器圓錐來移動大量的空氣。通過這種方式，專用的子-低音電源驅動該子-低音揚聲器以及大量功率并不是主放大器電源的負荷，該電源為不同的其他放大器供電因此允許其他聲音被完全地再現(xiàn)。
但是，對于主單元和子-低音揚聲器由于需要分離的音量控制，因此使用分離的有源子-低音揚聲器具有更高的總體系統(tǒng)成本，并傾向于低頻率信號過載(太多低音)。因此，主音量控制的增加調節(jié)能夠導致這些低音過載。由于電源需要功率變壓器、整流器、和大濾波電容，因此電源非常昂貴。為了節(jié)省為高功率子-低音功率放大器提供分離電源而產(chǎn)生的大量消耗，期望子-低音功率放大器與主音頻功率放大器共用相同的電源。這樣的一種集成系統(tǒng)裝置在美國印地安那州印第安納波利的斯湯姆森消費電子公司制造的RCA家庭影院型號RT2250(RCA home theater model RT2250 made by ThomsonConsumer Electronics Inc.，Indianapolis，Indiana，USA)中使用，該設備包括作為主音頻放大器的由相同電源供電的專用子-低音功率放大器。
但是，已經(jīng)實現(xiàn)了這種實質上的成本減少，當該功率需要用于主功率放大器時，我們再次面對主電源的大量功率消耗的原始問題。一種解決方案是使主電源更大些，但是這是非常昂貴的并使單元增加了大量重量。因此，這種途徑是達不到預期目標的。
大部分時間，例如具有50瓦特音頻輸出功率的主電源即使當音樂播放“非常大聲”時也只有輕負荷。在更加大的房間里，以每平均輸出電平一瓦特的功率播放時將可能使窗戶格格作響并更少地減少對聽力的損害。期望高功率輸出放大器(聽起來更悅耳)的原因是，也就是即使以這樣“非常大聲”的聲音電平播放，信號峰值也不會被消減或失真。所以，幾乎不使用用于主功率放大器的主電源的高功率容量。因此，從主電源為專用子-低音大功率放大器供電，包括設置最大值的子-低音功率高于主信道功率，通常將不會與需要主功率放大器相互沖突。通過這種方式，子-低音揚聲器能夠傳送低頻率分量兩倍的功率，由于在通常情況下，中等頻率-范圍音樂內(nèi)容相對于子-低音低頻率范圍而言僅僅傳送小部分能量。以這種方式，該系統(tǒng)能更加有效地使用放大系統(tǒng)的整個功率而極大地減少了成本。
另一個問題是，為了補償在子-低音音頻頻率中對于由聽者更少可聽的影響，為不均衡更高功率輸出設置子-低音系統(tǒng)增益，正如上所討論的，該子-低音系統(tǒng)輸出能夠容易地達到具有被“削減”的子-低音聲音信號，或到達它的物理極限并使再現(xiàn)子-低音揚聲器聲音失真的子-低音揚聲器的全輸出。
美國多項專利公開了響應于一個信號啟動電子作用，與子-低音揚聲器有關的為美國專利No.6,026,168公開了響應于標度主信號的音量對子-低音信號進行電平調節(jié)；美國專利No.5,636,288公開了響應于檢測信號的有無來關斷子-低音系統(tǒng)的分離整合功率放大器的AC電源；以及美國專利No.5,347,230其中公開了響應于音頻信號的電平而有源輔助電源，以至于輸出功率容量和輸出晶體管的功率耗散在低信號電平減少并在高信號電平更增加，不同的參數(shù)用于減少與子-低音頻率有關的紋波電壓。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的多個方面，通過在主功率放大器和子-低音功率放大器之間動態(tài)分配來自電源的功率解決該沖突。當控制電路檢測到一個子-低音頻率范圍內(nèi)高于預定門限的音頻信號時，操作一個開關以減少從主電源到輔助子-低音功率放大器的功率量，因此將輔助功率放大器從全可操作模式切換到較低功率模式，而仍舊提供相當大低頻率低音輸出聲音電平但是減少了電源成本。
對于子-低音裝置，子-低音信號能夠以兩種方法獲得。一種用于正如上面所討論的使用DolbyTM系統(tǒng)的方法是，為了子-低音聲音再現(xiàn)提供一種分離的解碼輸出信號。這種子-低音音頻信號也能夠用于參與這里公開的動態(tài)功率分配作用。對于不使用DolbyTM系統(tǒng)的放大器系統(tǒng)，單數(shù)/復數(shù)級低通濾波器能夠用于獲得子-低音聲音信號，該方法以相同方式用于從DolbyTM聲音系統(tǒng)中獲得子-低音信號。但是，對于該非DolbyTM裝置，能夠改變低通濾波器的截止頻率，即頻率捷變(frequency agile)，以及根據(jù)音樂類型或聽者的品味選擇該截止頻率。
通過與輔助電路的電源輸入串聯(lián)的可變電阻以及響應于一個控制信號來提供輔助電路的電源狀態(tài)改變。該可變電阻響應于該控制信號在第一和第二電阻狀態(tài)之間改變/切換，因此為輔助電路產(chǎn)生對應于可操作和非零減少功率模式的相應第一和第二電源電壓/電流。在第一電阻狀態(tài)中，提供給輔助電路的電源電壓/電流允許全功率操作，以及在第二電阻狀態(tài)中，提供給輔助電路的電源電壓/電流不足以用于全功率操作。在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，該較少功率模式包括等待狀態(tài)，其中輔助電路暫時置于非操作的等待模式中。但是，在輔助功率放大器的每一種狀態(tài)中，提供給主電源電路的電源電壓/電流足夠用于正常操作。
在優(yōu)選實施方案中，第一電阻狀態(tài)對應于低阻抗，為輔助功率放大器提供的供電電壓/電流是全操作電壓以及第二電阻狀態(tài)對應于相對高些的阻抗狀態(tài)，以便減少輔助電路的最大值功率輸出。
在示例性實施方案中的可變電阻包括一個具有與控制電路連接的勵磁線圈(operating coil)的快速作用繼電器以及一個與諸如功率電阻器的電阻并行連接的開關觸點。打開開關觸點插入與電源串聯(lián)的電阻，減少提供給輔助放大器的電源電壓/電流到較低電平。相反地，閉合開關觸點短路該電阻，將零或可忽略電阻放置在電源路徑上，因此增加可能用于輔助放大器全功率輸出的共用電源電壓。對于持續(xù)周期短于繼電器反應時間的瞬間峰值功率電平而言，電源電容應該足夠的大以便獲得電源電壓/電流。
代替繼電器，能夠用具有比繼電器更快反應時間和更高可靠性的光電開關或其他合適的開關來替代，諸如與光耦合器或類似合并的場效應晶體管(FET)。這樣的光耦合開關，類似繼電器，如果這種期望這樣的電氣隔離的話，將提供控制電路和裝置控制的電路之間的電氣隔離。
盡管結合子-低音揚聲器以及它的專用輔助功率放大器提供了當前討論，其他的放大器和電源裝置能夠被類似地切換。另外，繼電器觸點能夠是單刀雙擲(single pole double throw，spdt)可交替地切換兩個功率放大器，每個功率放大器從共用電源節(jié)點獲得他們的功率，或者繼電器觸點能夠是用于切換根本不同操作的雙刀雙擲(double pole double throw，dpdt)。


圖1是包括用于在可操作模式和減少功率模式之間進行切換的電子設備的電源裝置方框示意圖。
圖2是用于提供圖1中子-低音信號的用于多級可調節(jié)低通濾波器的代表性示意。
具體實施例方式
圖1示出了包括電源12和其中包括有功率放大器14的放大器電路的放大器系統(tǒng)10。電源12示出了功率變壓器16，其具有與AC電源線連接的初級線圈18，與全波二極管橋21連接的次級線圈20，以及用于在節(jié)點30(+)和32(-)為放大器電路14提供合適電壓和電流DC電源的電源濾波電容器22。電源12具有許多可能的構造，例如，電源12通過中心抽頭接地而平衡。所示的電源僅僅用于示例性的以及并不形成本發(fā)明的限制部分。在這點上，應該注意到在具有CRT視頻顯示器的電視機接收機中，一些音頻功率放大器可能用回掃電路來供電。
主電路和功率放大器14包括音頻電路而不是子-低音信號處理和揚聲器驅動，以及將功率輸出提供給用單個揚聲器34象征性表示的多個揚聲器。在端子36提供音頻源信號，這種音頻源可以是任何可能的信號源，例如，DVD裝置，CD裝置，調諧器，音頻磁帶裝置，視頻帶裝置等等。這些信號由包括音調和音量控制功能，源信號選擇開關的信號處理器來處理，以及DolbyTM或其他這樣的系統(tǒng)，如果使用的話。
信號處理器38能夠包括任何一個DolbyTM電路，該電路提供了解碼的子-低音信號或圖2中的所示單/多級低通頻率選擇性濾波器39。濾波器39將施加到放大器55和控制電路52的信號限制到頻率的選擇頻帶。例如，由于該特定實施方案是一種音頻應用，濾波器39將該信號限制到音頻頻率頻帶或部分頻率頻帶，例如，子-低音音頻頻率。盡管示出了一個階梯濾波器，能夠使用包括有源濾波器的其他結構。
進一步，濾波器串聯(lián)電阻器40不是固定電阻器，而是作為由CPU42確定的可變電阻器。以這種方式，子-低音低通濾波器的頻率截止(cut-off)是頻率捷變并且能夠例如根據(jù)音頻信號的頻率容量、子-低音信號的電平或用戶設置通過改變截止頻率進行頻譜修改。進一步，CPU42控制的衰減器44能夠例如響應于音頻信號的電平用于改變子-低音信號的幅度。以這種方式，如果音頻信號位于高電平，例如高音量控制設置，能夠減少子-低音信號以進一步減少電源12的負荷并且進一步減少子-低音放大器和揚聲器可能的過載。
返回參考圖1，信號處理器38在耦接到控制電路52的線路50上輸出子-低音信號到其輸出耦接到子-低音揚聲器56的子-低音信號處理和功率放大器55。放大器55類似于功率放大器14，除此之外，它可能比放大器14的任何單個功率放大器更加大功率，并在子-低音音頻頻率具有超低頻響應。
控制電路52也接收在線路50提供的子-低音信號，并在節(jié)點30接收來自電源12的功率。控制電路52開啟在示例性實施方案中所示作為單刀單擲繼電器的開關54的線圈56。電阻器58是與功率放大器55的電源輸入60串聯(lián)的功率電阻器并耦接到電源端子30。由于繼電器54未供電，例如，端子54a和54b位于正常閉合(nc)位置，短路電阻58以及因此為了以全功率來操作功率放大器55而為放大器55提供全功率電源。
當在線路50上的信號電平到達正如通過比較器(未示出)或一些其他門限確定電路所確定的預定門限電平時，驅動繼電器54以及打開端子54a和54b，因此插入電阻58與電源引線60相串聯(lián)。以這種方式，功率放大器55為更高功率輸出引入更多電流到子-低音揚聲器56，電阻58兩端的電壓降減少提供給功率放大器55的電壓/電流輸出功率，因此將放大器55置于減少功率模式。如果期望的話，減少功率可以意味著等待，例如，電阻器58的值足夠大以使電路54與該電路中的電阻器58不工作，當電阻器58被短路時，通過電路54返回到全操作功能。選擇電阻器58的值在功率輕微減少的范圍之間為電路54不工作狀態(tài)提供所期望的結果。
非常明顯，低阻抗狀態(tài)不需要短路電路。合適值和功率比率(未示出)的電阻器能夠與端子54a/54b的一個串聯(lián)連接，以使高阻抗狀態(tài)的阻抗是該該電阻器和電阻器58的串行組合。無論如何，電阻器58和任何與電阻器58串行設置的電阻器必須具有足夠的功率比率。
應該注意，在輸入到放大器55的電源的插入電阻器58也改變對放大器55的電源調節(jié)并減少了從電源獲得的最大電流。因此，正如這里所使用的，由于插入串聯(lián)電阻或可變阻抗而引起的電源電壓減少也包括了提供給電源電流的減少功率。
應當理解，對于繼電器56，開關的其他形式能夠被替換例如，開關54包括使用LED的光耦合器，以及例如光二極管、光-FET晶體三極管，在此情形下，二極管/晶體三極管代替開關觸點，以及通過電阻58連接，這樣的一種裝置也將比繼電器具有更快的動作但是也更加昂貴。
本發(fā)明包含了不同的修改和替換。例如，本發(fā)明不局限于這里描述的特定開關裝置的實例，而是包括其他將提供所公開操作的裝置。而且，電阻器58能夠具有一個電抗性元件，或電阻的合并，電抗性和/或有源元件，即電阻、電感、電容、或非線性元件，例如，二極管、齊納二極管、晶體管。
盡管這里描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案是具有功率放大器的子-低音揚聲器，應該理解本發(fā)明可以應用于響應于控制信號在操作和減少功率模式之間進行切換的其他設備，在本例中，音頻信號位于合適的音頻頻率頻帶內(nèi)。另外，繼電器54能夠是單刀雙擲(spdt)，例如可交替地切換兩個放大器，每個放大器從共用電源節(jié)點獲得功率，或繼電器54能夠是具有切換一些其他裝置的其他電極的雙刀雙擲(dpdt)，例如使彩色狀態(tài)燈有規(guī)律跳動。
權利要求
1.一種電源電路裝置，可在多個模式之間進行切換，包括主電路(14)和輔助電路(55)，每一個都耦接成從共用電源(10)獲得他們的電源電壓/電流；控制電路(52)，具有用于檢測一信號的電平的檢測器裝置，并提供對應于該信號的所檢測電平的控制作用；和耦接在共用電源(10)和輔助電路(55)之間的可變阻抗裝置(54)，響應于所述控制電路(52)，在第一和第二阻抗狀態(tài)之間進行切換，產(chǎn)生由輔助電路(55)從電源(10)接收的相應第一和第二電源電壓/電流；第一和第二電壓/電流分別對應于可操作模式和非零減少功率模式。
2.如權利要求1所述的裝置，其中對于第一阻抗狀態(tài)，提供給輔助電路(55)的相應電源電壓(30)允許正常操作，以及，對于第二阻抗狀態(tài)，提供給輔助電路的相應電壓不足以用于正常操作，而提供給主電路(14)的電源電壓/電流在第一和第二阻抗狀態(tài)中不足以用于正常操作。
3.如權利要求1所述的裝置，其中可變阻抗裝置(54)包括開關(54a，54b)以及阻抗(58)。
4.如權利要求3所述的裝置，其中開關(54a，54b)和阻抗(58)互相并行連接，并且開關(54a，54b)可響應于控制電路(52)進行操作。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述第二阻抗狀態(tài)是通過打開開關(54a，54b)產(chǎn)生的，而所述第一阻抗狀態(tài)是通過閉合開關(54a，54b)產(chǎn)生的。
6.如權利要求5所述的裝置，其中開關(54a，54b)包括一個具有與所述阻抗并行連接的開關觸點(54a，54b)的繼電器(56)。
7.如權利要求3所述的裝置，其中該阻抗包括一個電阻(58)。
8.如權利要求3所述的裝置，其中該阻抗(58)包括電阻和電抗性元件的組合。
9.一種電源電路裝置，可在可操作模式和非零減少功率模式之間進行切換，包括控制電路(52)，具有用于檢測一信號的電平的檢測器裝置，并且，提供對應于該信號的所檢測電平的控制作用；可變阻抗裝置(54)，與電源電路(10)及由該電源電路(10)供電的電路(55)串行耦接，可以通過控制作用在較高和較低阻抗狀態(tài)之間進行切換；在較低阻抗狀態(tài)中，提供給電路(55)的電源電壓/電流是電路的第一操作電壓/電流，以及在較高阻抗狀態(tài)中，提供給電路的電源電壓/電流小于第一操作電壓。
10.如權利要求9所述的裝置，其中可變阻抗裝置包括一個與阻抗(58)并行連接的開關(54a，54b)，以及控制電路作用通過打開和閉合該切換觸點來操作開關(54a，54b)以選擇所述第一和第二阻抗狀態(tài)。
11.如權利要求10所述的裝置，其中該開關包括繼電器(56)的觸點(54a，54b)。
12.一種功率放大器，可在可操作模式和非零減少功率模式之間進行切換，由一個電源電路裝置供電，并具有音頻輸入裝置，該電源電路裝置包括功率輸入裝置(30)，接收電源(10)的功率，揚聲器驅動電路(55)，耦接成用于接收電源(10)的功率，該驅動電路(55)可以在非零減少功率模式下以一定電源電壓/電流進行操作，該電源電壓/電流不足以使該揚聲器驅動電路在可操作模式下進行操作；控制電路(52)，具有用于檢測一音頻信號的電平的檢測器裝置，并提供對應于該音頻信號的所檢測電平的控制作用；可變阻抗切換裝置(54a，54b)，耦接在功率輸入裝置(30)和驅動電路(55)之間，并且可以通過控制作用在第一和第二阻抗狀態(tài)之間進行切換；第一阻抗狀態(tài)為驅動電路(55)提供足夠使該驅動電路正常操作的電源電壓/電流，第二阻抗狀態(tài)為驅動電路(55)提供不足以使該驅動電路正常操作的電源電壓/電流。
13.一種揚聲器系統(tǒng)，包括一電源電路裝置和一音頻輸入裝置，該電源電路裝置可以在可操作模式和非零減少功率模式之間進行切換，并且包括揚聲器驅動電路(55)，耦接成用于接收一電源電壓/電流；控制電路(52)，具有用于檢測一音頻信號的電平的檢測器裝置，并根據(jù)該音頻信號的被檢測電平提供控制作用；可變阻抗切換裝置(54a，54b，56)，耦接在電源電路(10)和揚聲器驅動電路(55)之間，并且響應于所述控制作用在第一和第二阻抗狀態(tài)之間進行切換；所述控制作用在第一阻抗狀態(tài)和第二阻抗狀態(tài)之間進行選擇，并且在一可操作模式和一非零減少功率模式之間進行切換揚聲器驅動電路。
全文摘要
用于功率放大器的電源電壓通過切換在功率放大器和電源之間串聯(lián)的雙狀態(tài)阻抗裝置而在可操作全功率模式和減少功率模式之間進行切換。控制電路檢測該放大器所放大的信號電平并切換阻抗狀態(tài)，因此減少了功率放大器的功率輸出容量并將功率放大器放置在減少功率模式。在一個實施方案中，用低通濾波器通過頻譜濾波產(chǎn)生信號，該信號具有可調節(jié)的交叉頻率。另外，對于高電平信號能夠減少放大器的增益。
文檔編號H03F3/20GK1486531SQ01820667
公開日2004年3月31日 申請日期2001年12月5日 優(yōu)先權日2000年12月15日
發(fā)明者羅基·考德威爾, 羅基 考德威爾 申請人:湯姆森特許公司