一种提升USB多媒体播放设备输出功率的功率控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种提升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。本实用新型专利技术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。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及音频
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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。本技术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。本技术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。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，本技术实施例具有以下有益效果本技术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，因而本技术利用这样的特征，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。附图说明图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是本技术实施例提供的提升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技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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技术，并不用于限定本技术。参考图3所示，本技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈紫辉，黎刚，
申请(专利权)人：沈紫辉，黎刚，国光电器股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：