Kekuatan audio
Satu perkara yang anda dapati dalam bidang kejuruteraan elektrik yang luas ialah industri yang berbeza dan juga syarikat mungkin menggunakan bahasa yang berbeza untuk menerangkan topik yang sama. Untuk reka bentuk yang berjaya, jurutera kuasa dan audio mesti memahami satu sama lain.
Dua istilah pertama yang perlu ditakrifkan ialah kuasa puncak dan kuasa berterusan. Kuasa puncak ialah kuasa audio segera ZD. Ia akan menentukan berapa banyak kuasa yang direka untuk bekalan kuasa output fizikal. Kuasa berterusan ialah purata kuasa audio sepanjang tempoh masa. Dalam konteks reka bentuk bekalan kuasa, kuasa berterusan ialah kuasa keluaran tertentu yang boleh disediakan oleh sistem tanpa melebihi suhu komponen atau purata penarafan arus. Rajah 1 menyediakan contoh tahap audio puncak dan berterusan. Ia berkaitan dengan faktor puncak, iaitu ukuran nisbah nilai puncak bentuk gelombang kepada nilai kuasa dua punca (RMS).
Rajah 1 Graf ini menunjukkan aras audio kuasa berterusan dan puncak.
Ia juga boleh dinyatakan dalam desibel menggunakan persamaan berikut:
Formula untuk mengira tahap audio
RMS ialah nama yang salah untuk kuasa audio, kerana nilai ini secara teknikal bukan nilai RMS yang dikira bagi bentuk gelombang kuasa. Anda boleh menulis artikel lain tentang cara menentukan kerumitan penguat audio. Memahami piawaian industri untuk tahap kuasa penguat undian tidak semestinya menjelaskan keperluan kuasa dari segi kuasa puncak dan berterusan.
Sebagai contoh, pertimbangkan reka bentuk penukar resonansi siri LLC (LLC-SRC) untuk penguat audio 400W. Tanpa pengetahuan awal tentang sistem audio, anda boleh mereka bentuk bekalan kuasa 400 W yang sangat baik. Tetapi apabila penguat perlu dihidupkan, bekalan kuasa gagal atau kualiti audio kurang baik. Keluk keuntungan penukar LLC biasanya direka mengikut beban ZD dan berfungsi berhampiran frekuensi resonansi siri di bawah keadaan talian ZX. Kaedah ini biasanya menghasilkan 400-W LLC-SRC yang sempurna, tetapi dalam sistem audio sebenar, kuasa puncak sebenarnya akan lebih besar daripada penarafan 400-W penguat. Sebelum memulakan reka bentuk bekalan kuasa, sekurang-kurangnya kuasa berterusan dan kuasa puncak hendaklah dinyatakan.
Untuk contoh penguat 400 W, aras kuasa yang sesuai untuk produk pengguna untuk memainkan muzik mampat boleh menjadi kuasa berterusan 200 W dan kuasa puncak 800 W selama 15 milisaat. Ini mewakili faktor puncak 12 dB, yang merupakan nilai biasa untuk memproses muzik. Audio yang tidak diproses adalah kira-kira 18-20 dB, dan audio filem mungkin lebih besar daripada 20 dB. Pada akhirnya, nisbah kuasa puncak kepada kuasa berterusan bergantung pada aplikasi khusus, jadi sangat penting untuk mentakrifkan ini dengan jelas pada awal proses reka bentuk. Keperluan tempoh untuk tahap beban yang berbeza juga membantu untuk mengoptimumkan reka bentuk. Perlu diingat bahawa kecekapan penguat audio perlu dipertimbangkan, kerana akan terdapat kerugian dalam penguat, yang mengakibatkan beban yang lebih tinggi pada bekalan kuasa.
Reka bentuk LLC-SRC
Selepas spesifikasi ditentukan, anda boleh meneruskan reka bentuk bekalan kuasa. Bergantung pada piawaian kualiti kuasa rantau dan aplikasi, anda mungkin memerlukan bekalan kuasa pembetulan faktor kuasa (PFC) untuk reka bentuk aras kuasa ini. Bahagian hadapan PFC akan menyediakan bas 400VDC yang stabil untuk digunakan sebagai input LLC-SRC.
Seperti kebanyakan penukar resonan, langkah DY reka bentuk LLC-SRC adalah untuk memilih komponen tangki resonan. Ini akan menetapkan frekuensi resonans dan membentuk keluk keuntungan. Dalam langkah ini, pastikan bahawa output voltan boleh mencapai tahap kuasa puncak. Jika tangki resonan tidak dapat mencapai keuntungan yang diperlukan, voltan keluaran akan jatuh pada puncak audio, dengan itu mengurangkan kualiti audio atau mematikan penguat. Untuk keluaran Kapasitor, keperluan tempoh kuasa puncak biasanya terlalu lama untuk mengekalkan voltan keluaran, jadi bekalan kuasa perlu benar-benar dapat memberikan keseluruhan beban puncak.
Tambahkan sedikit ruang tambahan pada keuntungan puncak. Batasan fizikal struktur pengubah tidak selalu mencapai bilangan lilitan atau kearuhan yang tepat. Untuk reka bentuk audio yang memerlukan kuasa puncak tinggi, adalah berfaedah untuk menggunakan induktor resonan diskret untuk memastikan resonans JQ dan kearuhan magnetisasi yang lebih.
Pada kuasa puncak, adalah penting untuk memilih komponen yang dinilai untuk mengendalikan arus puncak. Semasa mereka bentuk komponen magnetik, pastikan ia tidak tepu. Di bawah kuasa berterusan, adalah penting untuk memilih komponen dan pakej berdasarkan prestasi terma berterusan. Pereka bentuk boleh mengurangkan saiz beberapa pakej dan menggunakan PCB untuk pengurusan haba dan bukannya sink haba.
Seperti mana-mana LLC-SRC, pembentukan keluk keuntungan adalah proses berulang. Cuba untuk mencapai frekuensi operasi tertentu, arus dan voltan resonans, dan mengimbangi reka bentuk antara tahap kuasa puncak dan berterusan adalah satu cabaran. Dalam pengiraan, anda perlu melaraskan kearuhan pengmagnetan, kearuhan resonans, nisbah lilitan dan kemuatan resonans. 100 kHz ialah sasaran frekuensi resonans biasa untuk reka bentuk berasaskan silikon. Untuk aplikasi audio, masuk akal bahawa kekerapan sasaran titik operasi kuasa berterusan ialah 100 kHz. Rajah 2 menunjukkan keluk keuntungan bagi contoh di atas.