オーディオパワー
電気工学の幅広い分野であなたが見つけることのXNUMXつは、さまざまな業界や企業でさえ、同じトピックを説明するためにさまざまな言語を使用する可能性があるということです。 設計を成功させるには、パワーエンジニアとオーディオエンジニアがお互いを理解している必要があります。
定義する必要のある最初の1つの用語は、ピーク電力と連続電力です。 ピークパワーはZD瞬時オーディオパワーです。 物理出力電源用に設計されている電力量を決定します。 連続電力は、一定期間にわたって平均化されたオーディオ電力です。 電源設計のコンテキストでは、連続電力は、コンポーネントの温度または平均電流定格を超えることなくシステムが提供できる指定された出力電力です。 図XNUMXは、ピークおよび連続オーディオレベルの例を示しています。 これらは、波形のピーク値と二乗平均平方根（RMS）値の比率の尺度である波高比に関連しています。
図1このグラフは、連続およびピークパワーのオーディオレベルを示しています。
次の式を使用して、デシベルで表すこともできます。
オーディオレベルの計算式
この値は技術的には電力波形の計算されたRMS値ではないため、RMSはオーディオ電力の誤った名称です。 オーディオアンプの複雑さを指定する方法について、別の記事を書くことができます。 定格アンプ電力レベルの業界標準を理解しても、ピーク電力と連続電力の観点から電力要件が何であるかが必ずしも明確になるわけではありません。
たとえば、400Wオーディオアンプ用のLLCシリーズ共振コンバーター（LLC-SRC）の設計について考えてみます。 オーディオシステムの予備知識がなくても、優れた400W電源を設計できます。 ただし、アンプの電源を入れる必要がある場合は、電源に障害が発生するか、音質が低下します。 LLCコンバータのゲイン曲線は通常、ZD負荷に応じて設計され、ZXライン条件下で直列共振周波数の近くで機能します。 この方法では通常、完全な400 WのLLC-SRCが生成されますが、実際のオーディオシステムでは、ピーク電力は実際にはアンプの400W定格よりも大きくなります。 電源の設計を開始する前に、少なくとも連続電力とピーク電力を指定する必要があります。
400 Wのアンプの例では、消費者向け製品が圧縮音楽を再生するための適切な電力レベルは、200Wの連続電力と800Wのピーク電力で15ミリ秒です。 これは、音楽を処理するための一般的な値である12dBの波高比を表します。 未処理のオーディオは約18〜20 dBであり、映画のオーディオは20dBを超える場合があります。 結局、ピーク電力と連続電力の比率は特定のアプリケーションに依存するため、設計プロセスの早い段階でこれらを明確に定義することが非常に重要です。 さまざまな負荷レベルの期間要件も、設計の最適化に役立ちます。 アンプの損失が発生し、電源への負荷が高くなるため、オーディオアンプの効率を考慮する必要があることに注意してください。
LLC-SRC設計
仕様が決まったら、電源の設計に進むことができます。 地域およびアプリケーションの電力品質基準によっては、この電力レベル設計のために力率補正（PFC）電源が必要になる場合があります。 PFCフロントエンドは、LLC-SRCの入力として使用するための安定した400VDCバスを提供します。
ほとんどの共振コンバーターと同様に、LLC-SRC設計のDYステップは、共振タンクコンポーネントを選択することです。 これにより、共振周波数が設定され、ゲイン曲線が形成されます。 このステップでは、出力が 電圧 ピーク電力レベルに達することができます。 レゾナントタンクが必要なゲインを達成できない場合、出力電圧はオーディオのピークで低下し、それによってオーディオ品質が低下するか、アンプがオフになります。 出力用 コンデンサ、ピーク電力持続時間の要件は通常、出力電圧を維持するには長すぎるため、電源は実際にピーク負荷全体を提供できる必要があります。
ピークゲインにスペースを追加します。 トランス構造の物理的制限は、必ずしも正確な巻数またはインダクタンスに達するとは限りません。 高いピーク電力を必要とするオーディオ設計では、ディスクリート共振インダクタを使用して、より多くのJQ共振と磁化インダクタンスを確保することが有利です。
ピーク電力では、ピーク電流を処理できる定格のコンポーネントを選択することが重要です。 磁性部品を設計するときは、それらが飽和しないことを確認してください。 連続電力では、連続熱性能に基づいてコンポーネントとパッケージを選択することが重要です。 設計者は、一部のパッケージのサイズを縮小し、ヒートシンクの代わりにPCBを熱管理に使用できます。
他の LLC-SRC と同様に、ゲイン曲線の形成は反復プロセスです。 特定の動作周波数、共振電流および共振電圧に到達し、ピーク電力レベルと連続電力レベルの間で設計のバランスを取ることは課題です。 計算では、励磁インダクタンス、共振インダクタンス、巻数比、共振容量を調整する必要があります。 100 kHz は、シリコンベースの設計の一般的な共振周波数目標です。 オーディオ アプリケーションの場合、連続電力動作点の目標周波数が 100 kHz であることは理にかなっています。 図 2 は、上記の例のゲイン曲線を示しています。