Audioleistung
Eine Sache, die man im breiten Feld der Elektrotechnik feststellt, ist, dass verschiedene Branchen und sogar Unternehmen unterschiedliche Sprachen verwenden können, um dasselbe Thema zu beschreiben. Für ein erfolgreiches Design müssen sich Energie- und Audioingenieure verstehen.
Die ersten beiden Begriffe, die definiert werden müssen, sind Spitzenleistung und Dauerleistung. Die Spitzenleistung ist die momentane ZD-Audioleistung. Es bestimmt, wie viel Leistung für die physische Ausgangsstromversorgung ausgelegt ist. Die Dauerleistung ist die über einen Zeitraum gemittelte Audioleistung. Im Kontext des Netzteildesigns ist die Dauerleistung die spezifizierte Ausgangsleistung, die das System bereitstellen kann, ohne die Komponententemperatur oder den durchschnittlichen Nennstrom zu überschreiten. Abbildung 1 zeigt Beispiele für Spitzen- und Dauertonpegel. Sie beziehen sich auf den Crest-Faktor, der ein Maß für das Verhältnis des Spitzenwertes einer Wellenform zum Effektivwert (RMS) ist.
Abbildung 1 Dieses Diagramm zeigt die Dauer- und Spitzenleistungs-Audiopegel.
Es kann auch mit der folgenden Gleichung in Dezibel ausgedrückt werden:
Formel zur Berechnung des Audiopegels
RMS ist eine falsche Bezeichnung für Audioleistung, da dieser Wert technisch kein berechneter RMS-Wert der Leistungswellenform ist. Sie können einen weiteren Artikel darüber schreiben, wie Sie die Komplexität von Audioverstärkern angeben. Das Verständnis der Industriestandards für Nennleistungspegel von Verstärkern klärt nicht unbedingt die Leistungsanforderungen in Bezug auf Spitzen- und Dauerleistung.
Betrachten Sie beispielsweise das Design des Resonanzwandlers der LLC-Serie (LLC-SRC) für einen 400-W-Audioverstärker. Ohne Vorkenntnisse über Audiosysteme können Sie ein hervorragendes 400-W-Netzteil entwerfen. Aber wenn der Verstärker eingeschaltet werden muss, die Stromversorgung ausfällt oder die Audioqualität schlecht ist. Die Verstärkungskurve des LLC-Wandlers ist normalerweise entsprechend der ZD-Last ausgelegt und arbeitet nahe der Serienresonanzfrequenz unter ZX-Leitungsbedingungen. Diese Methode erzeugt normalerweise einen perfekten 400-W-LLC-SRC, aber in einem tatsächlichen Audiosystem ist die Spitzenleistung tatsächlich größer als die 400-W-Nennleistung des Verstärkers. Vor Beginn der Netzteilauslegung sollten zumindest die Dauerleistung und die Spitzenleistung spezifiziert werden.
Für das Beispiel des 400-W-Verstärkers kann der geeignete Leistungspegel für Verbraucherprodukte zum Abspielen komprimierter Musik 200 W Dauerleistung und 800 W Spitzenleistung für 15 Millisekunden betragen. Dies entspricht einem Crest-Faktor von 12 dB, was ein typischer Wert für die Verarbeitung von Musik ist. Unverarbeitetes Audio liegt bei etwa 18–20 dB, und Filmton kann mehr als 20 dB betragen. Letztendlich hängt das Verhältnis von Spitzenleistung zu Dauerleistung von der spezifischen Anwendung ab, daher ist es sehr wichtig, diese früh im Designprozess klar zu definieren. Auch die Anforderungen an die Dauer für unterschiedliche Belastungsstufen helfen, das Design zu optimieren. Beachten Sie, dass die Effizienz des Audioverstärkers berücksichtigt werden muss, da es zu Verlusten im Verstärker kommt, was zu einer höheren Belastung der Stromversorgung führt.
LLC-SRC-Design
Nachdem die Spezifikationen festgelegt wurden, können Sie mit dem Netzteildesign fortfahren. Abhängig von den Stromqualitätsstandards der Region und der Anwendung benötigen Sie für dieses Leistungsniveau-Design möglicherweise ein Power-Factor-Correction-Netzteil (PFC). Das PFC-Front-End stellt einen stabilen 400-VDC-Bus zur Verwendung als Eingang von LLC-SRC bereit.
Wie bei den meisten Resonanzwandlern besteht der DY-Schritt des LLC-SRC-Designs darin, Resonanztankkomponenten auszuwählen. Dadurch wird die Resonanzfrequenz eingestellt und die Verstärkungskurve geformt. Stellen Sie in diesem Schritt sicher, dass die Ausgabe Spannung den Spitzenleistungspegel erreichen kann. Wenn der Resonanztank die erforderliche Verstärkung nicht erreichen kann, sinkt die Ausgangsspannung an der Audiospitze, wodurch die Audioqualität verringert oder der Verstärker ausgeschaltet wird. Für Ausgabe Kondensatoren, sind die Anforderungen an die Spitzenleistungsdauer in der Regel zu lang, um die Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, sodass das Netzteil in der Lage sein muss, tatsächlich die gesamte Spitzenlast bereitzustellen.
Fügen Sie dem Spitzengewinn etwas zusätzlichen Platz hinzu. Die physikalischen Grenzen der Transformatorstruktur erreichen nicht immer die genaue Windungszahl oder Induktivität. Für Audiodesigns, die eine hohe Spitzenleistung erfordern, ist es vorteilhaft, diskrete Resonanzinduktivitäten zu verwenden, um eine stärkere JQ-Resonanz und Magnetisierungsinduktivität zu gewährleisten.
Bei Spitzenleistung ist es wichtig, Komponenten auszuwählen, die für Spitzenströme ausgelegt sind. Achten Sie bei der Konstruktion magnetischer Komponenten darauf, dass diese nicht gesättigt sind. Bei Dauerleistung ist es wichtig, Komponenten und Gehäuse basierend auf der thermischen Dauerleistung auszuwählen. Designer können die Größe einiger Gehäuse reduzieren und PCBs für das Wärmemanagement anstelle von Kühlkörpern verwenden.
Wie bei jedem LLC-SRC ist die Gestaltung der Verstärkungskurve ein iterativer Prozess. Der Versuch, eine bestimmte Betriebsfrequenz, einen bestimmten Resonanzstrom und eine bestimmte Spannung zu erreichen und das Design zwischen Spitzen- und Dauerleistungspegeln auszubalancieren, ist eine Herausforderung. Bei der Berechnung müssen Sie die Magnetisierungsinduktivität, die Resonanzinduktivität, das Windungsverhältnis und die Resonanzkapazität anpassen. 100 kHz ist ein übliches Resonanzfrequenzziel für siliziumbasierte Designs. Für Audioanwendungen ist es sinnvoll, dass die Zielfrequenz des Dauerleistungsarbeitspunktes 100 kHz beträgt. Abbildung 2 zeigt die Verstärkungskurve für das obige Beispiel.