专利名称：一种提升usb多媒体播放设备输出功率的功率控制系统的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及音频技术领域，尤其涉及一种提升USB多媒体播放设备输出功率的功率控制系统。
背景技术：
随着USB接口在电脑、手机等电器上普遍使用，多媒体播放设备直接和USB连接系统也越来越多，由于USB接口标准限定，其接口的输出电压为+5V，电流最大为500mA，SP该接口所能输出的连续极限功率为2. 5W，然而对于多媒体播放设备而言，一般的音乐信号输出的峰值(瞬态)不失真功率和其平均输出功率的比值在8 :1左右，如图I所示，也就是说，一个能连续输出2. 5W的功率源，能提供给多媒体播放设备大约最大20W左右的峰值功率，如何满足这样的条件呢？利用音乐信号这种特性，当前通常采用的技术是将USB接口的+5V电源输出进行DC-DC变换，将电压提升至音频功率放大器系统输出功率为20W左右 时所需的电压条件，并采取电容储能的方式，在音乐信号的峰值时提供瞬态能量，而在音乐信号的低谷值时USB通过DC-DC对其补充能量，如图2所示。上述方式虽然解决了基于USB接口的低电压电源输出较大瞬态峰值功率的问题，但是由于储能电容不能无限制地加大，因此，持续输出大功率的时间受到限制，尤其是在多媒体播放设备输出强度大的音乐信号时，存储在电容中的能量很快将被负载耗尽，但此时储能电容中的能量还来不及补充，因此总体的输出能量仍然被2. 5W这个输入功率限制在很短的时间里，该方案输出瞬态功率只能在20瓦量级，不能提供更大的输出功率和更长的瞬态大功率输出时间，已不能满足当前多媒体播放设备连续大功率输出的需求。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种用以提升USB多媒体播放设备的输出功率的功率控制系统，突破有限功率接口在音频应用领域的应用局限，让USB等小功率接口在音频应用上大幅提升音乐输出功率级别和更长的瞬态大功率输出时间，满足大功率聆听音乐的目的。本实用新型的另一目的在于提供一种用以提升USB多媒体播放设备的输出功率的功率控制系统，通过调整电池组的容量和添加智能功率管理系统，轻松实现离线式便携功放产品的变换。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。一种提升USB多媒体播放设备输出功率的功率控制系统，包括DC/DC电源、音频功放电路、瞬态能量存储单元，所述DC/DC电源的输入端口与USB接口连接、输出端口与音频功放电路连接，所述瞬态能量存储单元的一端连接于DC/DC电源和音频功放电路之间、另一端接地，该功率控制系统还包括系统管理单元、电池组以及充放电回路，所述系统管理单元与DC/DC电源、音频功放电路、电池组及充放电回路分别连接，所述充放电回路的一端连接于DC/DC电源和音频功放电路之间、另一端与电池组连接。[0008]优选地,所述功率控制系统还包括端口保护单元,该端口保护单元连接于DC/DC电源和USB接口之间，且同时与系统管理单元连接。优选地，所述端口保护单元包括相互连接的电压及电流检测单元和功率控制单
J Li ο优选地，所述系统管理单元包括输入电源检测及控制电路、电源控制电路、电源输出检测电路、充放电控制电路、电池电压检测电路、音频功放控制电路和/或输入音频监控电路。优选地，所述瞬态能量存储单元为电容。与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果本实用新型将现有技术中的储能单元由单一的瞬态能量存储电容改成采用电池和电容两者结合的方式能够大幅度延长同功率级别下的连续输出时间，或者在保证原有瞬态输出时间的条件下大幅提升输出功率，甚至在允许的条件下轻松实现便携高效扩音的多用途结合产品；另外，由于音乐信号本身的瞬态输出和平均输出功率比值在8 1甚至更高，同时音乐信号有很多时间为空闲时间，因而本实用新型利用这样的特征，通过电池充放电回路和系统管理单元，让USB接口提供的能量大部分的时间为电池充电，以满足大功率较长时间的高动态需求，在需要临时性的瞬态输出时通过电容来提供能量，连续瞬态最大输出功率时由电池辅助以提供输出更大的能量。
图I是功率、电源、音乐峰值功率及平均音乐功率的关系曲线图；图2是现有技术中的提升USB多媒体播放设备输出功率的功率控制系统的总体结构示意图；图3是本实用新型实施例提供的提升USB多媒体播放设备输出功率的功率控制系统的总体结构示意图；图4是端口保护单元的原理图；图5是电源输入限制、保护单元参考设计示意图；图6是电源变换单元和瞬态能量存储单元的结构示意图；图7是BOOST DC/DC电源变换单元参考设计示意图；图8是智能功率、电池管理单元和电池组单元的结构示意图；图9是充电模式管理方法示意图；图10是放电模式管理方法示意图；图11是放电控制与功放供电电压的关系曲线示意图；图12是电池组充放电回路电路参考设计示意图；图13是高效数字功放参考设计示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。参考图3所示，本实用新型提供的功率控制系统主要包括以下部分I) 端口保护单元，限制最大输入电流，防止损坏USB等上端的供电系统；2)高效电源变换单元，如图3中所示的DC/DC电源，用于满足最大输出功率时的电压要求；3) 瞬态能量存储单元，如图3中所示的电容，用于满足短暂的瞬态大功率输出，减小瞬态状况下对电池组能量的过度依赖；4)系统管理单元，在本系统中关键性环节，协调整个系统，包括输入功率保护、电源变换监控、电池组充放电控制、电池监控、音频信号监控及音频功放控制等；5) 电池组及充放电单元,如图3所示的充电回路、放电回路和电池组，多余能 量存储及连续大功率输出时能量的补充，当音频处于小信号或无信号输出时，智能电池管理系统将多余的能量给电池充电，当系统需要连续大功率输出时电池组通过电池管理系统给后级功放提供充足的能量，即系统会自动将多余的能量转移到大功率输出时使用；另外一种应用就是适当增加电池组的容量，达到离线播放4小时以上的连续大功率音乐的能力，这样的产品将拓展为便携音频播放器；6) 高效功放单元，高效率的功放单元也是本技术不可缺少的部分，如图3所示的音频功放电路，它能将电源能量尽可能高效地传送给负载。下面将分别具体描述一、端口保护单元本单元主要是用于保护有限功率供电系统，防止在瞬态过载的状况下损坏上端供电系统，如电脑的USB端口；因USB协议规定其端口供电电压为5V，电流为500mA，因此有必要设计本系统在5V供电的条件下限制其吸取电流不超过500mA，当吸取电流超过500mA时该电流限制保护电路工作，以保护供电系统。原理示意如图4所示，参考设计如图5所示。二、高效电源变换单元和瞬态能量存储单元本单元主要的功能是高效的电压提升，以满足高功率输出时的电压要求，同时将多余的能量存储在瞬态能量存储电容和给电池组充电；本单元电路的组成形式可以多样化，并不局限于某一种电路形式或电源输出方式，其最为关键的就是能够将输入较低的电源电压提升至能够满足最大瞬态输出功率的电压级别。瞬态能量储存单元就是利用合适的电容将电源能量临时存储起来，当大动态音频信号到来时它能提供大约IOOmS的不失真瞬态功率输出，在大多数的情况下，它已经能够满足基本需求了，这样也有助于提升本系统中电池充放电的性能及寿命，通常瞬态能量储存单元也是电源变换输出和功放单元的电源滤波电容，改善电源纹波。原理示意如图6所示，参考设计如图7所示。三、系统管理、电池充放电单元和电池组单元本单元是功率控制系统的重点，也是实现连续获得大功率输出的关键。主体框架如8所示。从图8可以看出，整个管理系统包含了输入电源监控、DC/DC电源控制、DC/DC输出电压监测、电池电压监测、电池充放电控制、功放控制及其它接口等模块，它们共同组成了整个智能功率控制系统。由于输入功率的限制，充电电池组的能量存储(充电)与释放(放电)配合就显得非常关键，系统管理单元采集各种输入信号并进行处理，最终实现对电池组的充电与放电进行单独的管理，充电管理方式如图9所示，放电管理方式如图10所示。[0043]对于音乐而言，当音乐停止功放几乎不消耗能量时，充电控制部分要将几乎全部的外界输入能量以最快的充电方式对充电电池充电，当有音乐功率输出时，但功率还小于从外界获取的能量，充电控制电路将剩余的能量同样存储于充电电池中，当有瞬态峰值功率到来，且瞬态峰值功率的持续时间在瞬态能量存储单元能承受的IOOmS以内，此时的电池组同样不会参与能量补充工作，在以上3中条件下，充电电池通过充电控制电路一直在存储能量(充电)，直到充电电池存储的能量达到容量限制是才会停止；能量的释放(放电)也是智能的，我们可以通过设置一个放电启动阀值电平(VSTATE)和两个放电关闭阀值(VST0P_L、VST0P_H)，如图11所示的放电控制与功放供电电压的关系曲线图，也就是说一旦功放的供电电压因为输出的功率的增加而降低时，电池放电并不是立即就参与能量的补充，它的介入是在放电管理单元检测到功放电源跌落到了 VSTATE时，电池组才对功放消耗的能量进行补充，停止放电阀值则取决于VST0P_L和VST0P_H，其中VST0P_H是功放电源电压回升后的阀值电平，VST0P_L则是电池组持续放电的最低极限阀值。图11说明在tl时刻之前，功放输出功率很小，功放供电电压接近DC/DC输出的最高工作电压，当在tl时刻之后功放输出功率增加，功放供电电压开始下降，当降至 VSTATE阀值时，电池组开始放电，由于电池组电压高于VSTATE，功放电压回升，从t3开始，电池组持续放电电压慢慢降低，到t4时刻功放输出减小，此时因DC/DC的供电，功放电压继续回升到接近DC/DC输出的最高工作电压，如果此时假设后续功放持续输出高于电源供应的能量，t7时刻功放电压再次降至VSTATE阀值，电池组在开始再次补充能量给功放，电池组持续放电，放电时间的长短取决与功放的平均功率和电池组的容量，当到达t9时刻，电池组电压将至VST0P_L阀值，此时放电管理关闭放电以保护电池组，同时输出电池组电压最低极限状态给其它控制或指示电路。从图11的t8至t9时刻可以看出，在本实施例所提供的系统上可以很容易实现便携移动式音频播放器功能的扩展，只要适当设计电池组容量(如设计在2W连续输出达到10小时以上)和充电回路(如2-3小时快充)就可以了，同时可以在整个系统控制上通过不同的功率限制功能达到设置不同的离线播放时间的功能。另外在图9中可以看到，也可以利用充电管理中的输入电压检测和快速充电功能实现外接更高电压和容量的供电电源来达到快速充电的目的，比如可以配备一个12V 2A的外接电源，当使用这个电源时，充电系统检测到大容量的电源供应，启动快速充电的功能，在较短的时间内(如2-3小时)就可以将电池组充电到额定容量，这样就可以很好的体现出它的便携性。对于充放电回路的参考设计如图12所示。决定充电和放电的具体控制，是由系统管理单元采集DC/DC输出电压、电池组电压、电池组温度、环境温度、输入音频信号及充电监控电流等参数，经过计算后得到。四、高效功放单元与功放供电系统高效率功放也是本系统不可缺少的重要组成部分，系统输入的功率只有2. 5W，因此任何不必的功率损耗都将对整个系统产生巨大的影响，在功放的选型上是多样的，只要能满足本系统功耗的需求都可以使用于本技术中，且功放的电源供应形式也不只局限于上述例举的单电源方式，双电源或调制电源都适用于本系统。如图13所示的参考设计中，功放基本放大电路采用了传统的高效数字功放电路，但本参考设计中有一个非常特殊的就是功放的供电还增加了高效可控的DC/DC降压供电，由系统的管理单元根据音频信号的大小自动调节功放电压，当音频信号较小时将功放供电的降低以减少数字功放的损耗，功放的电源控制可以采用几个电压等级的调制方式(系统要求相对较低，功耗略高)，如果系统管理速度足够，可以让数字功放供电的DC/DC调制同步于音频信号，这样就可以让功放单元以更高的效率工作。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种提升USB多媒体播放设备输出功率的功率控制系统，包括DC/DC电源、音频功放电路、瞬态能量存储单元，所述DC/DC电源的输入端口与USB接口连接、输出端口与音频功放电路连接，所述瞬态能量存储单元的一端连接于DC/DC电源和音频功放电路之间、另一端接地，其特征在于， 该功率控制系统还包括系统管理单元、电池组以及充放电回路，所述系统管理单元与DC/DC电源、音频功放电路、电池组及充放电回路分别连接，所述充放电回路的一端连接于DC/DC电源和音频功放电路之间、另一端与电池组连接。
2.如权利要求I所述的功率控制系统，其特征在于，该功率控制系统还包括端口保护单元，该端口保护单元连接于DC/DC电源和USB接口之间，且同时与系统管理单元连接。
3.如权利要求2所述的功率控制系统，其特征在于，所述端口保护单元包括相互连接的电压及电流检测单元和功率控制单元。
4.如权利要求I至3任一所述的功率控制系统，其特征在于，所述系统管理单元包括输入电源检测及控制电路、电源控制电路、电源输出检测电路、充放电控制电路、电池电压检测电路、音频功放控制电路和/或输入音频监控电路。
5.如权利要求I所述的功率控制系统，其特征在于，所述瞬态能量存储单元为电容。
专利摘要本实用新型提供了一种提升USB多媒体播放设备输出功率的功率控制系统，包括DC/DC电源、音频功放电路、瞬态能量存储单元，DC/DC电源的输入与USB接口连接、输出与音频功放电路连接，瞬态能量存储单元的一端连接于DC/DC电源和音频功放电路之间、另一端接地；还包括系统管理单元、电池组以及充放电回路，系统管理单元与DC/DC电源、音频功放电路、电池组及充放电回路连接，充放电回路的一端连接于DC/DC电源和音频功放电路间、另一端与电池组连接。本实用新型能够大幅度延长同功率级别下的连续输出时间，或者在保证原有瞬态输出时间的条件下大幅提升输出功率，甚至在允许的条件下轻松实现便携高效扩音的多用途结合产品。
文档编号H02J7/00GK202474992SQ20112054397
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者沈紫辉, 黎刚 申请人:国光电器股份有限公司, 沈紫辉, 黎刚