音响主要由音源、功率放大器和音箱组成。这些设备往往都比较昂贵，因此在设计高品质音响设备时，其保护电路的优良是不容忽视的。根据设备的不同，其保护措施也略有不同，如录音设备保护多采用限幅方式[1]，音箱常见保护措施有延时闭合和输出直流保护，而功率放大器的保护相对较少，很少带有软启动功能。这些保护电路基本上是采用电阻、电容、三极管、RC延时电路实现，因此，自身电路损耗大、电路复杂、保护功能不全面、不可靠。针对这些问题，本文设计了一种基于光耦合器和单片机的智能保护系统，具有保护功能全面可靠、电路功耗低等优点，并且可直接嵌入到功放电路中使用。
      1 系统组成

　    系统由控制电路、检测电路、软启动电路、扬声器保护电路组成。控制电路包含人机接口电路(液晶LCD工作于串行模式)、欠压(过压)电路、温度采样电路、电源电路和串行接口电路。单片机选用STC-12C5410AD，具有低功耗、宽电压、高速度、带8通道10 bit A/D等优点，其接口如图1所示。

    2 检测电路
　温度采样原理是根据半导体PN结温度特性与电压电流之间关系设计的：

　式中，Is为反向饱和电流，k为玻尔兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电量，u为正向电压。当正向电流i一定时，PN结的电压随温度升高而下降，但不是线性关系，在25℃附近，每升高1℃，其正向压降减小2 mV～2.5 mV，再通过10 bit A/D采样，精度可达1℃，完全可满足要求。图1中，Q4、R20构成恒流源电路，以降低传感器导线电阻对温度测量的影响。为使电路结构简易，传感器采用串联方式，通过差值计算，识别各传感器温度。过压、欠压电路是直接采样控制电路电源整流后的直流电压，其电压经A/D转换得到，如图1所示。

 　图1中，AC220-N、A2C20-L为市电输入端口，AC220与图2中AC220同一节点；各引脚标号与图2、图3中标号相同的为同一节点，如图1中的两个“Over-Voltage”标号表示同一个节点，可用导线直接连接起来；Bridge2为整流桥；ASM1117为3.3 V稳压芯片；LCD1~LCD3为显示接口；KEY1~KEY3键盘接口，应用者可自行定义功能。
   3 软启动电路
　软启动即慢启动，其目的是对电源滤波电容缓慢充电，避免开机瞬间冲击电流损坏功放电路。本文设计软启动电路的出发点是：只有在电容充满后音箱才能接入功率放正常工作，而在功率放大器发生故障时又能够及时关闭电源。设计思路：不采用常见的RC延时启动电路[2-3]，借鉴调光灯原理，采用晶闸管调压技术实现软启动。由于音频电源实时调压要求不高，只要按电压分阶段启动即可，线性升压要求高时可采用晶闸管同步调角技术[4]实现软启动。因此，可以并联多个双向可控硅光耦合器[5]实现对晶闸管的角度控制，同时也便于数字控制，而且电路既简单、控制又灵活。本设计以两个并联为例，芯片采用MOC3063。软启动电路如图2所示。

注：文中各图中的“RUN2、TEST、ERR”均表示同一个电路节点(相连)。如图1、图2、图3的标号ERR中(P2.7)三点相连。

　电路工作原理：利用图1中单片机检测(TEST)点电压值控制RUN1、RUN2、ERR端电位，实现对双向晶闸管TR导通角的控制[1，4]，完成软启动。启动过程：当ERR为低电平时，对TEST点电压检测；当检测电压接近0 V时，先选择光耦合器U2使R4接通控制极。由于R4阻值较大，晶闸管TR的导通角小、输出电压低、对电网干扰相对较小，则RUN2端可以按照一定的占空比且频率低于50 Hz的脉冲电平控制晶闸管导通角，达到降压的目的。T1次级电压经桥式整流滤波后由R6、RW1、D2、C5构成直流电压采样电路，处理器的A/D转换器直接采样TEST点电位，再控制U2工作导通状态，完成低压启动。R3阻值小，晶闸管导通角变为最大，完成高压启动。为了防止对电网干扰，需要将ERR设置为低电平，以保持U1闭合状态。因为C4、C5已升到3/4容量，而当ERR为高电平时，Q1截止，导致U1、U2均断开，说明已经完成启动。C1、R1用于吸收变压器反向感应电压，以保护TR晶闸管。

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