4 扬声器保护电路和功放保护电路
扬声器保护电路和功放保护电路是本设计的核心电路。该电路实现短路保护、过载保护、零点漂移保护、过热保护等功能[2-3]。若采用晶体三极管取样电路，由于基极-发射极和基极-集电极PN结电容、结电阻的存在必然会引入一定的干扰，甚至是直流电位，而且有的电路结构复杂，给后期维护带来不便。因此，本文采用光电隔离控制方式，以避免上述问题的产生。若采用晶体管输出型光耦合器(如4N25)，需要两个光耦合器采样正负半周期，否则会存在抖动或者增加采样保持电路，这样，不但电路结构复杂、成本增加。而三端双向可控硅光耦合器(如MOC-3063)因其数字控制很方便，非常合适用来实现保护功能。晶闸管特性之一就是一旦导通，门极则失去作用，这就为优化电路奠定了基础。因此，只要采样半个周期信号即可完成电流采样。但付出的代价是降低了响应速度，所以应让两个声道各负责半个周期。不过由于左右负载是基本上是平衡的，相对地抵消了损失的响应速度，可以满足过载短路保护的要求。对于短路保护，其目标是保护功率放大器，因此响应时间上要求低。以超低频20 Hz计算，半个周期(0.1 s)内功放瞬时短路，一般不会造成损坏，频率再低时，则可启动直流保护。扬声器和功率保护电路如图3所示。
图3中，R_IN接音频功放右通道输出端，ROUT接右声道扬声器；L_IN接音频功放左通道输出端，LOUT接左声道扬声器；ERR、OFF、ON应与图1、图2中相同标号连接起来，构成完整系统电路图。键盘显示电路引线接出即可。
扬声器和功率保护电路工作原理：当输出端过载或短路时，在R8、R9两端产生的压降经R11、R12限流后， 正半周期信号使U6导通，负半周期信号使U5导通，驱动继电器闭合，切断音箱电路。当功率放大器中心电位漂移时，正电位门槛电压由稳压管D6确定，负电位门槛电压由稳压管D5确定，R10或R13采样的信号经过C3、L1、C2构成的低通滤波器后，检测出的直流成份再由D限幅和R14限流，正电压驱动U4控制J1吸合，负电压驱动U3导通后，U3的晶闸管会维持导通状态，使得正电源经R17迫使R14获得正电压驱动U4导通，间接驱动J1，目的是饶过避免单片机无法识别负电位问题。Q3、Q2构成复合管，OFF点作为控制点，当接收到低电平时，Q2、Q3才截止，起到关闭晶闸管作用。正常工作时，OFF点必须保持高电平。
5 软件设计
软件设计是让喇叭保护继电器J1工作在常闭状态，即通电吸合时音箱与功放是断开的，达到节能的目的。功放启动前，先自检测电压情况和继电器J1状态，然后在启动过程中实时检测系统状态确保安全。完成启动后进入扩展功能和监视状态。由于电路需要采样数据和设置各I/O口状态，本程序“读TEST电位”和过压欠压监视、温度监视均需要启动A/D转换功能，其流程图如图4所示。图中各分支名即电路原理图中的节点标号。
在进入“禁止启动”程序时会将故障信息保存在静态存储器内，可通过键盘查看和清除，系统正常关机处理也会自动清除静态存储区数据。
6 电路仿真与测试
图5是软启动过程的C5两端电压上升曲线，曲线1是无软启动电路的电容充电曲线，曲线2是带软启动过程电容充电曲线。可以看出，在前34 ms内是低压启动，没有冲击电流；在34 ms后完成高压充电，出现短时的冲击现象。但只要再分一阶段启动基本上可以避免冲击现象，这说明本电路的设计是可行的。晶闸管TR导通时存在0.75 V左右的结电压，在200 W以上的功放上使用不如继电器节能。在这种情况下，只用TR来完成软启动过程即可。要注意在制作PCB板时，C3、R10、R13应尽可能靠近，或增加一个滤波电容，以防止声道之间的音源串扰。数字地应与模拟地隔离。本设计在测试时发现单片机不需要监视ERR点电位，电路仍然有保护作用。因为发生故障时，除了启动过程外，ERR必然为高电平，但由于Q1此时已截止，必然导致U1、U2控制端截止而关闭电源，提高了系统保护的可靠性。
本文设计的保护系统已嵌入功放电路中使用，经过测试，能够完成预定的保护功能，并且实现节能控制。取样电阻R8、R9比一般三极管取样电路阻值小一倍，音频损耗小，结构更简洁，实现了普通继电器在节能状态下工作。
整个系统为单电源供电，音箱保护电路可单独工作，易扩展多声道保护，嵌入功放方便。这对于目前5.1声道系统、7.1声道系统、校园广播系统以及舞台音乐多声道系统的保护具有一定的实用价值。
参考文献
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[2] 李友德.改进型扬声器保护电路[J].电子制作，2007(4).
[3] 李水飞.AV功放扬声器保护电路工作原理[J].电子世界，1999(7).
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[5] 张汉友.电子爱好者电子线路设计应用手册[M].福州：福建科学技术出版社，2000.
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