Audiovermogen
Een ding dat je in het brede veld van elektrotechniek vindt, is dat verschillende industrieën en zelfs bedrijven verschillende talen kunnen gebruiken om hetzelfde onderwerp te beschrijven. Voor een succesvol ontwerp moeten power- en audio-engineers elkaar begrijpen.
De eerste twee termen die moeten worden gedefinieerd, zijn piekvermogen en continuvermogen. Het piekvermogen is het momentane audiovermogen van ZD. Het bepaalt hoeveel vermogen is ontworpen voor de fysieke uitgangsvoeding. Continu vermogen is het gemiddelde audiovermogen over een tijdsperiode. In de context van het ontwerp van de voeding is continu vermogen het gespecificeerde uitgangsvermogen dat het systeem kan leveren zonder de componenttemperatuur of de gemiddelde stroomsterkte te overschrijden. Afbeelding 1 geeft voorbeelden van piek- en continue audioniveaus. Ze zijn gerelateerd aan de crestfactor, die een maat is voor de verhouding tussen de piekwaarde van een golfvorm en de RMS-waarde (root mean square).
Afbeelding 1 Deze grafiek toont continue en piekvermogen audioniveaus.
Het kan ook worden uitgedrukt in decibel met behulp van de volgende vergelijking:
Formule voor het berekenen van het audioniveau
RMS is een verkeerde benaming voor audiovermogen, omdat deze waarde technisch gezien geen berekende RMS-waarde van de vermogensgolfvorm is. U kunt nog een artikel schrijven over het specificeren van de complexiteit van audioversterkers. Het begrijpen van de industrienormen voor nominale versterkervermogensniveaus verduidelijkt niet noodzakelijkerwijs wat de vermogensvereisten zijn in termen van piek- en continuvermogen.
Overweeg bijvoorbeeld het ontwerp van de LLC-serie resonant converter (LLC-SRC) voor een 400 W audioversterker. Zonder voorkennis van audiosystemen ontwerp je een prima 400 W voeding. Maar wanneer de versterker moet worden ingeschakeld, valt de voeding uit of is de geluidskwaliteit slecht. De versterkingscurve van de LLC-omzetter is meestal ontworpen volgens de ZD-belasting en werkt in de buurt van de serieresonantiefrequentie onder ZX-lijnomstandigheden. Deze methode produceert meestal een perfecte 400-W LLC-SRC, maar in een echt audiosysteem zal het piekvermogen in werkelijkheid groter zijn dan de 400-W-classificatie van de versterker. Voordat met het ontwerp van de voeding wordt begonnen, dient minimaal het continu vermogen en piekvermogen te worden gespecificeerd.
Voor het voorbeeld van de 400 W-versterker kan het juiste vermogensniveau voor consumentenproducten om gecomprimeerde muziek af te spelen 200 W continu vermogen en 800 W piekvermogen gedurende 15 milliseconden zijn. Dit vertegenwoordigt een crestfactor van 12 dB, wat een typische waarde is voor het verwerken van muziek. Onverwerkte audio is ongeveer 18-20 dB en filmaudio kan groter zijn dan 20 dB. Uiteindelijk hangt de verhouding tussen piekvermogen en continu vermogen af van de specifieke toepassing, dus het is erg belangrijk om deze vroeg in het ontwerpproces duidelijk te definiëren. De duurvereisten voor verschillende belastingsniveaus helpen ook om het ontwerp te optimaliseren. Houd er rekening mee dat er rekening moet worden gehouden met het rendement van de audioversterker, omdat er verliezen in de versterker optreden, wat resulteert in een hogere belasting van de voeding.
LLC-SRC-ontwerp
Nadat de specificaties zijn bepaald, kunt u doorgaan met het ontwerp van de voeding. Afhankelijk van de stroomkwaliteitsnormen van de regio en de toepassing, hebt u mogelijk een PFC-voeding (Power Factor Correction) nodig voor dit ontwerp van het vermogensniveau. De PFC-frontend zal een stabiele 400VDC-bus bieden voor gebruik als invoer van LLC-SRC.
Zoals de meeste resonantieomvormers, is de DY-stap van het LLC-SRC-ontwerp het selecteren van resonantietankcomponenten. Dit stelt de resonantiefrequentie in en vormt de versterkingscurve. Zorg er in deze stap voor dat de uitvoer spanning het piekvermogensniveau kan bereiken. Als de resonantietank de vereiste versterking niet kan bereiken, zal de uitgangsspanning dalen bij de audiopiek, waardoor de audiokwaliteit afneemt of de versterker wordt uitgeschakeld. Voor uitvoer Condensatoren, zijn de vereisten voor de duur van het piekvermogen meestal te lang om de uitgangsspanning te behouden, dus de voeding moet in staat zijn om daadwerkelijk de volledige piekbelasting te leveren.
Voeg wat extra ruimte toe aan de piekversterking. De fysieke beperkingen van de transformatorstructuur bereiken niet altijd het exacte aantal windingen of inductantie. Voor audio-ontwerpen die een hoog piekvermogen vereisen, is het voordelig om discrete resonante inductoren te gebruiken om een meer JQ-resonantie en magnetiserende inductantie te garanderen.
Bij piekvermogen is het belangrijk om componenten te selecteren die geschikt zijn om piekstromen aan te kunnen. Zorg er bij het ontwerpen van magnetische componenten voor dat ze niet verzadigen. Bij continu vermogen is het belangrijk om componenten en pakketten te selecteren op basis van continue thermische prestaties. Ontwerpers kunnen de grootte van sommige pakketten verkleinen en PCB's gebruiken voor thermisch beheer in plaats van koellichamen.
Zoals bij elke LLC-SRC is het vormgeven van de versterkingscurve een iteratief proces. Het is een uitdaging om een specifieke bedrijfsfrequentie, resonante stroom en spanning te bereiken en het ontwerp te balanceren tussen piek- en continue vermogensniveaus. Bij de berekening moet u de magnetiserende inductie, resonantie-inductie, windingsverhouding en resonantiecapaciteit aanpassen. 100 kHz is een veelgebruikt resonantiefrequentiedoel voor op silicium gebaseerde ontwerpen. Voor audiotoepassingen is het logisch dat de doelfrequentie van het werkpunt voor continu vermogen 100 kHz bedraagt. Figuur 2 toont de versterkingscurve voor het bovenstaande voorbeeld.