Puissance audio
Une chose que vous trouvez dans le vaste domaine du génie électrique est que différentes industries et même des entreprises peuvent utiliser des langages différents pour décrire le même sujet. Pour une conception réussie, les ingénieurs de puissance et du son doivent se comprendre.
Les deux premiers termes à définir sont la puissance de crête et la puissance continue. La puissance de crête est la puissance audio instantanée ZD. Il déterminera la quantité d'énergie conçue pour l'alimentation de sortie physique. La puissance continue est la puissance audio moyennée sur une période de temps. Dans le contexte de la conception de l'alimentation, la puissance continue est la puissance de sortie spécifiée que le système peut fournir sans dépasser la température des composants ou le courant nominal moyen. La figure 1 fournit des exemples de niveaux audio de crête et continus. Ils sont liés au facteur de crête, qui est une mesure du rapport entre la valeur de crête d'une forme d'onde et la valeur moyenne quadratique (RMS).
Figure 1 Ce graphique montre les niveaux audio de puissance continue et de crête.
Il peut également être exprimé en décibels à l'aide de l'équation suivante :
Formule de calcul du niveau audio
RMS est un terme impropre pour la puissance audio, car cette valeur n'est techniquement pas une valeur RMS calculée de la forme d'onde de puissance. Vous pouvez écrire un autre article sur la façon de spécifier la complexité des amplificateurs audio. Comprendre les normes de l'industrie pour les niveaux de puissance nominale des amplificateurs ne clarifie pas nécessairement les exigences de puissance en termes de puissance de crête et continue.
Par exemple, considérez la conception du convertisseur résonant de la série LLC (LLC-SRC) pour un amplificateur audio de 400 W. Sans connaissance préalable des systèmes audio, vous pouvez concevoir une excellente alimentation de 400 W. Mais lorsque l'amplificateur doit être alimenté, l'alimentation tombe en panne ou la qualité audio est mauvaise. La courbe de gain du convertisseur LLC est généralement conçue en fonction de la charge ZD et fonctionne près de la fréquence de résonance série dans des conditions de ligne ZX. Cette méthode produit généralement un LLC-SRC de 400 W parfait, mais dans un système audio réel, la puissance de crête sera en fait supérieure à la puissance nominale de 400 W de l'amplificateur. Avant de commencer la conception de l'alimentation, au moins la puissance continue et la puissance de crête doivent être spécifiées.
Pour l'exemple d'amplificateur de 400 W, le niveau de puissance approprié pour que les produits grand public diffusent de la musique compressée peut être une puissance continue de 200 W et une puissance de crête de 800 W pendant 15 millisecondes. Cela représente un facteur de crête de 12 dB, qui est une valeur typique pour le traitement de la musique. L'audio non traité est d'environ 18 à 20 dB et l'audio du film peut être supérieur à 20 dB. En fin de compte, le rapport entre la puissance de crête et la puissance continue dépend de l'application spécifique, il est donc très important de les définir clairement dès le début du processus de conception. Les exigences de durée pour différents niveaux de charge contribuent également à optimiser la conception. Gardez à l'esprit que l'efficacité de l'amplificateur audio doit être prise en compte, car il y aura des pertes dans l'amplificateur, ce qui entraînera une charge plus élevée sur l'alimentation.
Conception LLC-SRC
Une fois les spécifications déterminées, vous pouvez procéder à la conception de l'alimentation. Selon les normes de qualité de l'alimentation de la région et de l'application, vous aurez peut-être besoin d'une alimentation à correction du facteur de puissance (PFC) pour cette conception de niveau de puissance. Le frontal PFC fournira un bus 400VDC stable à utiliser comme entrée de LLC-SRC.
Comme la plupart des convertisseurs résonants, l'étape DY de la conception LLC-SRC consiste à sélectionner les composants du réservoir résonant. Cela définira la fréquence de résonance et façonnera la courbe de gain. Dans cette étape, assurez-vous que la sortie Tension peut atteindre le niveau de puissance de crête. Si le réservoir résonnant ne peut pas atteindre le gain requis, la tension de sortie chutera au pic audio, réduisant ainsi la qualité audio ou éteignant l'amplificateur. Pour la sortie Condensateurs, les exigences de durée de puissance de crête sont généralement trop longues pour maintenir la tension de sortie, de sorte que l'alimentation doit être en mesure de fournir réellement la totalité de la charge de crête.
Ajoutez de l'espace supplémentaire au gain de crête. Les limitations physiques de la structure du transformateur n'atteignent pas toujours le nombre exact de tours ou d'inductance. Pour les conceptions audio qui nécessitent une puissance de crête élevée, il est avantageux d'utiliser des inductances résonantes discrètes pour assurer une résonance plus JQ et une inductance magnétisante.
À la puissance de crête, il est important de sélectionner des composants conçus pour gérer les courants de crête. Lors de la conception de composants magnétiques, assurez-vous qu'ils ne saturent pas. Sous alimentation continue, il est important de sélectionner les composants et les packages en fonction des performances thermiques continues. Les concepteurs peuvent réduire la taille de certains boîtiers et utiliser des PCB pour la gestion thermique au lieu de dissipateurs thermiques.
Comme tout LLC-SRC, la mise en forme de la courbe de gain est un processus itératif. Essayer d'atteindre une fréquence de fonctionnement, un courant et une tension de résonance spécifiques, et équilibrer la conception entre les niveaux de puissance de pointe et continus, constitue un défi. Dans le calcul, vous devez ajuster l'inductance magnétisante, l'inductance de résonance, le rapport de transformation et la capacité de résonance. 100 kHz est une cible de fréquence de résonance courante pour les conceptions à base de silicium. Pour les applications audio, il est logique que la fréquence cible du point de fonctionnement en puissance continue soit de 100 kHz. La figure 2 montre la courbe de gain pour l'exemple ci-dessus.