오디오 전원
광범위한 전기 공학 분야에서 발견할 수 있는 한 가지는 다른 산업과 심지어 회사에서도 동일한 주제를 설명하기 위해 다른 언어를 사용할 수 있다는 것입니다. 성공적인 설계를 위해서는 전력 엔지니어와 오디오 엔지니어가 서로를 이해해야 합니다.
정의해야 할 처음 두 용어는 피크 전력과 연속 전력입니다. 피크 파워는 ZD 순시 오디오 파워입니다. 물리적 출력 전원 공급 장치에 대해 설계된 전력의 양을 결정합니다. 연속 전력은 일정 기간 동안의 평균 오디오 전력입니다. 전원 공급 장치 설계의 맥락에서 연속 전력은 구성 요소 온도 또는 평균 전류 정격을 초과하지 않고 시스템이 제공할 수 있는 지정된 출력 전력입니다. 그림 1은 피크 및 연속 오디오 레벨의 예를 제공합니다. 이는 파형의 피크 값과 RMS(제곱 평균 제곱근) 값의 비율을 측정한 파고율과 관련이 있습니다.
그림 1 이 그래프는 연속 및 최대 전력 오디오 레벨을 보여줍니다.
다음 방정식을 사용하여 데시벨로 표현할 수도 있습니다.
오디오 레벨 계산 공식
이 값은 기술적으로 전력 파형의 계산된 RMS 값이 아니기 때문에 RMS는 오디오 전력에 대한 잘못된 이름입니다. 오디오 증폭기의 복잡성을 지정하는 방법에 대한 다른 기사를 작성할 수 있습니다. 정격 증폭기 전력 수준에 대한 산업 표준을 이해한다고 해서 피크 및 연속 전력 측면에서 전력 요구 사항이 무엇인지 명확히 알 수 있는 것은 아닙니다.
예를 들어, 400W 오디오 증폭기용 LLC 시리즈 공진 변환기(LLC-SRC) 설계를 고려하십시오. 오디오 시스템에 대한 사전 지식이 없어도 우수한 400W 전원 공급 장치를 설계할 수 있습니다. 그러나 앰프의 전원을 켜야 할 때 전원 공급 장치가 작동하지 않거나 오디오 품질이 좋지 않습니다. LLC 컨버터 이득 곡선은 일반적으로 ZD 부하에 따라 설계되며 ZX 라인 조건에서 직렬 공진 주파수 근처에서 작동합니다. 이 방법은 일반적으로 완벽한 400W LLC-SRC를 생성하지만 실제 오디오 시스템에서 피크 전력은 실제로 앰프의 400W 정격보다 큽니다. 전원 공급 장치 설계를 시작하기 전에 최소한 연속 전력 및 피크 전력을 지정해야 합니다.
400W 증폭기의 경우 소비자 제품이 압축 음악을 재생하기 위한 적절한 전력 수준은 200밀리초 동안 800W 연속 전력 및 15W 피크 전력일 수 있습니다. 이것은 12dB의 파고율을 나타내며 이는 음악 처리의 일반적인 값입니다. 처리되지 않은 오디오는 약 18-20dB이고 영화 오디오는 20dB보다 클 수 있습니다. 결국 최대 전력 대 연속 전력의 비율은 특정 애플리케이션에 따라 다르므로 설계 프로세스 초기에 이를 명확하게 정의하는 것이 매우 중요합니다. 다양한 부하 수준에 대한 기간 요구 사항도 설계를 최적화하는 데 도움이 됩니다. 오디오 증폭기의 효율성을 고려해야 합니다. 증폭기에 손실이 발생하여 전원 공급 장치에 더 높은 부하가 걸리기 때문입니다.
LLC-SRC 설계
사양이 결정되면 전원 공급 장치 설계를 진행할 수 있습니다. 지역 및 애플리케이션의 전력 품질 표준에 따라 이 전력 수준 설계를 위해 PFC(역률 보정) 전원 공급 장치가 필요할 수 있습니다. PFC 프런트 엔드는 LLC-SRC의 입력으로 사용할 안정적인 400VDC 버스를 제공합니다.
대부분의 공진 변환기와 마찬가지로 LLC-SRC 설계의 DY 단계는 공진 탱크 구성 요소를 선택하는 것입니다. 이것은 공진 주파수를 설정하고 이득 곡선을 형성합니다. 이 단계에서 출력이 전압 최대 전력 수준에 도달할 수 있습니다. 공진 탱크가 필요한 이득을 얻을 수 없는 경우 출력 전압이 오디오 피크에서 떨어지므로 오디오 품질이 저하되거나 증폭기가 꺼집니다. 출력용 커패시터, 피크 전력 지속 시간 요구 사항은 일반적으로 출력 전압을 유지하기에는 너무 길기 때문에 전원 공급 장치는 실제로 전체 피크 부하를 제공할 수 있어야 합니다.
피크 게인에 추가 공간을 추가하십시오. 변압기 구조의 물리적 한계가 항상 정확한 회전 수 또는 인덕턴스에 도달하는 것은 아닙니다. 높은 피크 전력이 필요한 오디오 설계의 경우 이산 공진 인덕터를 사용하여 더 많은 JQ 공진 및 자화 인덕턴스를 보장하는 것이 좋습니다.
피크 전력에서 피크 전류를 처리할 수 있는 정격 구성 요소를 선택하는 것이 중요합니다. 자기 부품을 설계할 때 포화되지 않도록 하십시오. 지속적인 전력 공급에서는 지속적인 열 성능을 기반으로 구성 요소와 패키지를 선택하는 것이 중요합니다. 설계자는 일부 패키지의 크기를 줄이고 열 관리를 위해 방열판 대신 PCB를 사용할 수 있습니다.
LLC-SRC와 마찬가지로 이득 곡선의 형성은 반복적인 프로세스입니다. 특정 작동 주파수, 공진 전류 및 전압에 도달하고 피크 전력 레벨과 연속 전력 레벨 간의 설계 균형을 맞추는 것은 어려운 일입니다. 계산에서는 자화 인덕턴스, 공진 인덕턴스, 권선비 및 공진 커패시턴스를 조정해야 합니다. 100kHz는 실리콘 기반 설계의 일반적인 공진 주파수 목표입니다. 오디오 애플리케이션의 경우 연속 전력 동작점의 목표 주파수가 100kHz라는 것이 합리적입니다. 그림 2는 위 예의 이득 곡선을 보여줍니다.