Аудио мощность
Одна вещь, которую вы обнаружите в широкой области электротехники, заключается в том, что разные отрасли и даже компании могут использовать разные языки для описания одной и той же темы. Для успешного проектирования энергетические и звуковые инженеры должны понимать друг друга.
Первые два термина, которые необходимо определить, - это пиковая мощность и длительная мощность. Пиковая мощность - это мгновенная мощность звука ZD. Он определит, сколько мощности рассчитано для физического выходного источника питания. Непрерывная мощность - это мощность звука, усредненная за период времени. В контексте конструкции источника питания непрерывная мощность - это заданная выходная мощность, которую система может обеспечить без превышения температуры компонентов или среднего номинального тока. На рисунке 1 представлены примеры пиковых и непрерывных уровней звука. Они связаны с коэффициентом амплитуды, который является мерой отношения пикового значения сигнала к среднеквадратичному значению (RMS).
Рисунок 1 На этом графике показаны уровни непрерывной и пиковой мощности звука.
Его также можно выразить в децибелах с помощью следующего уравнения:
Формула для расчета уровня звука
RMS - неправильное название звуковой мощности, потому что это значение технически не является вычисленным RMS-значением формы сигнала мощности. О том, как указать сложность усилителей звука, можно написать еще одну статью. Понимание отраслевых стандартов для номинальных уровней мощности усилителя не обязательно проясняет требования к мощности с точки зрения пиковой и непрерывной мощности.
Например, рассмотрим конструкцию резонансного преобразователя серии LLC (LLC-SRC) для аудиоусилителя мощностью 400 Вт. Без предварительных знаний об аудиосистемах можно спроектировать отличный блок питания мощностью 400 Вт. Но когда усилитель необходимо включить, блок питания выходит из строя или качество звука плохое. Кривая усиления преобразователя LLC обычно рассчитывается в соответствии с нагрузкой ZD и работает вблизи последовательной резонансной частоты в условиях линии ZX. Этот метод обычно дает идеальный 400-ваттный LLC-SRC, но в реальной аудиосистеме пиковая мощность на самом деле будет больше, чем 400-ваттная номинальная мощность усилителя. Перед началом проектирования источника питания необходимо указать по крайней мере непрерывную мощность и пиковую мощность.
В примере с усилителем мощностью 400 Вт соответствующий уровень мощности потребительских товаров для воспроизведения сжатой музыки может составлять 200 Вт непрерывной мощности и 800 Вт пиковой мощности в течение 15 миллисекунд. Это представляет собой коэффициент амплитуды 12 дБ, что является типичным значением для обработки музыки. Необработанный звук составляет около 18-20 дБ, а звук фильма может превышать 20 дБ. В конце концов, отношение пиковой мощности к продолжительной мощности зависит от конкретного приложения, поэтому очень важно четко определить их на ранних этапах процесса проектирования. Требования к длительности для различных уровней нагрузки также помогают оптимизировать конструкцию. Имейте в виду, что необходимо учитывать эффективность аудиоусилителя, потому что в усилителе будут потери, что приведет к более высокой нагрузке на блок питания.
ООО-НИЦ дизайн
После того, как технические характеристики определены, можно приступать к проектированию блока питания. В зависимости от стандартов качества электроэнергии в регионе и области применения вам может потребоваться источник питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC) для данного уровня мощности. Внешний интерфейс PFC обеспечит стабильную шину постоянного тока 400 В для использования в качестве входа LLC-SRC.
Как и большинство резонансных преобразователей, шаг DY при проектировании LLC-SRC заключается в выборе резонансных компонентов резервуара. Это установит резонансную частоту и сформирует кривую усиления. На этом этапе убедитесь, что вывод напряжение может достичь пикового уровня мощности. Если резонансный резервуар не может достичь требуемого усиления, выходное напряжение упадет на пике звука, тем самым снизив качество звука или отключив усилитель. Для вывода Конденсаторы, требования к продолжительности пиковой мощности обычно слишком велики для поддержания выходного напряжения, поэтому источник питания должен быть в состоянии фактически обеспечивать полную пиковую нагрузку.
Добавьте дополнительное пространство к пиковому усилению. Физические ограничения конструкции трансформатора не всегда достигаются точным числом витков или индуктивностью. Для аудиосистем, требующих высокой пиковой мощности, выгодно использовать дискретные резонансные катушки индуктивности, чтобы обеспечить больший резонанс JQ и намагничивающую индуктивность.
При пиковой мощности важно выбирать компоненты, рассчитанные на пиковые токи. При разработке магнитных компонентов убедитесь, что они не насыщаются. При непрерывном питании важно выбирать компоненты и пакеты с учетом продолжительных тепловых характеристик. Разработчики могут уменьшить размер некоторых корпусов и использовать печатные платы для управления температурой вместо радиаторов.
Как и в любом LLC-SRC, формирование кривой усиления является итеративным процессом. Попытка достичь определенной рабочей частоты, резонансного тока и напряжения, а также сбалансировать конструкцию между пиковым и продолжительным уровнями мощности является непростой задачей. При расчете нужно отрегулировать индуктивность намагничивания, резонансную индуктивность, коэффициент трансформации и резонансную емкость. 100 кГц — обычная целевая резонансная частота для кремниевых конструкций. Для аудиоприложений имеет смысл, чтобы целевая частота рабочей точки непрерывной мощности составляла 100 кГц. На рисунке 2 показана кривая усиления для приведенного выше примера.