Potência de áudio
Uma coisa que você descobre no amplo campo da engenharia elétrica é que diferentes setores e até mesmo empresas podem usar diferentes linguagens para descrever o mesmo tópico. Para um design bem-sucedido, os engenheiros de potência e áudio devem se entender.
Os primeiros dois termos que precisam ser definidos são potência de pico e potência contínua. A potência de pico é a potência de áudio instantânea ZD. Ele determinará quanta energia é projetada para a fonte de alimentação de saída física. A potência contínua é a potência média do áudio ao longo de um período de tempo. No contexto do projeto da fonte de alimentação, a potência contínua é a potência de saída especificada que o sistema pode fornecer sem exceder a temperatura do componente ou a corrente nominal média. A Figura 1 fornece exemplos de níveis de áudio de pico e contínuos. Eles estão relacionados ao fator de crista, que é uma medida da razão entre o valor de pico de uma forma de onda e o valor da raiz quadrada média (RMS).
Figura 1 Este gráfico mostra os níveis de áudio de potência de pico e contínuos.
Também pode ser expresso em decibéis usando a seguinte equação:
Fórmula para calcular o nível de áudio
RMS é um nome impróprio para potência de áudio, porque este valor não é tecnicamente um valor RMS calculado da forma de onda de potência. Você pode escrever outro artigo sobre como especificar a complexidade dos amplificadores de áudio. Compreender os padrões da indústria para os níveis de potência nominal do amplificador não necessariamente esclarece quais são os requisitos de potência em termos de potência de pico e contínua.
Por exemplo, considere o projeto do conversor ressonante da série LLC (LLC-SRC) para um amplificador de áudio de 400 W. Sem conhecimento prévio de sistemas de áudio, você pode projetar uma excelente fonte de alimentação de 400 W. Mas quando o amplificador precisa ser ligado, a fonte de alimentação falha ou a qualidade do áudio é ruim. A curva de ganho do conversor LLC geralmente é projetada de acordo com a carga ZD e funciona próximo à frequência ressonante série sob condições da linha ZX. Esse método geralmente produz um LLC-SRC de 400 W perfeito, mas em um sistema de áudio real, a potência de pico será maior que a classificação de 400 W do amplificador. Antes de iniciar o projeto da fonte de alimentação, pelo menos a potência contínua e a potência de pico devem ser especificadas.
Para o exemplo do amplificador de 400 W, o nível de potência apropriado para produtos de consumo para reproduzir música compactada pode ser de 200 W de potência contínua e 800 W de potência de pico por 15 milissegundos. Isso representa um fator de crista de 12 dB, que é um valor típico para o processamento de música. O áudio não processado é de cerca de 18 a 20 dB e o áudio do filme pode ser maior que 20 dB. No final, a relação entre a potência de pico e a potência contínua depende da aplicação específica, por isso é muito importante defini-las claramente no início do processo de projeto. Os requisitos de duração para diferentes níveis de carga também ajudam a otimizar o projeto. Tenha em mente que a eficiência do amplificador de áudio precisa ser considerada, pois haverá perdas no amplificador, o que resulta em uma carga maior na fonte de alimentação.
Projeto LLC-SRC
Depois que as especificações forem determinadas, você poderá prosseguir com o projeto da fonte de alimentação. Dependendo dos padrões de qualidade de energia da região e da aplicação, você pode precisar de uma fonte de alimentação de correção do fator de potência (PFC) para este projeto de nível de potência. O front-end do PFC fornecerá um barramento estável de 400 VCC para uso como entrada do LLC-SRC.
Como a maioria dos conversores ressonantes, a etapa DY do projeto LLC-SRC é selecionar os componentes do tanque ressonante. Isso definirá a frequência de ressonância e moldará a curva de ganho. Nesta etapa, certifique-se de que a saída Voltagem pode atingir o nível de potência de pico. Se o tanque ressonante não conseguir atingir o ganho necessário, a tensão de saída cairá no pico de áudio, reduzindo assim a qualidade do áudio ou desligando o amplificador. Para saída capacitores, os requisitos de duração da energia de pico geralmente são muito longos para manter a tensão de saída, então a fonte de alimentação precisa ser capaz de fornecer de fato toda a carga de pico.
Adicione algum espaço extra para o ganho de pico. As limitações físicas da estrutura do transformador nem sempre atingem o número exato de voltas ou indutância. Para projetos de áudio que requerem alta potência de pico, é vantajoso usar indutores ressonantes discretos para garantir uma ressonância mais JQ e indutância magnetizante.
Na potência de pico, é importante selecionar os componentes classificados para lidar com as correntes de pico. Ao projetar componentes magnéticos, certifique-se de que eles não saturem. Sob alimentação contínua, é importante selecionar componentes e pacotes com base no desempenho térmico contínuo. Os designers podem reduzir o tamanho de alguns pacotes e usar PCBs para gerenciamento térmico em vez de dissipadores de calor.
Como qualquer LLC-SRC, a formação da curva de ganho é um processo iterativo. Tentar atingir uma frequência operacional específica, corrente e tensão ressonantes e equilibrar o projeto entre níveis de potência de pico e contínuos é um desafio. No cálculo, você precisa ajustar a indutância de magnetização, a indutância de ressonância, a relação de voltas e a capacitância de ressonância. 100 kHz é um alvo de frequência ressonante comum para projetos baseados em silício. Para aplicações de áudio, faz sentido que a frequência alvo do ponto de operação de energia contínua seja 100 kHz. A Figura 2 mostra a curva de ganho para o exemplo acima.