ses güç
Elektrik mühendisliğinin geniş alanında karşılaşacağınız şeylerden biri, farklı endüstrilerin ve hatta şirketlerin aynı konuyu tanımlamak için farklı diller kullanabilmesidir. Başarılı bir tasarım için güç ve ses mühendislerinin birbirini anlaması gerekir.
Tanımlanması gereken ilk iki terim tepe güç ve sürekli güçtür. Zirve gücü ZD'nin anlık ses gücüdür. Fiziksel çıkış güç kaynağı için ne kadar gücün tasarlandığını belirleyecektir. Sürekli güç, belirli bir süre boyunca ortalaması alınan ses gücüdür. Güç kaynağı tasarımı bağlamında sürekli güç, sistemin bileşen sıcaklığını veya ortalama akım değerini aşmadan sağlayabileceği belirtilen çıkış gücüdür. Şekil 1'de en yüksek ve sürekli ses seviyelerinin örnekleri verilmektedir. Bunlar, bir dalga formunun tepe değerinin ortalama karekök (RMS) değerine oranının bir ölçüsü olan tepe faktörüyle ilgilidir.
Şekil 1 Bu grafik sürekli ve en yüksek güçlü ses seviyelerini göstermektedir.
Aşağıdaki denklem kullanılarak desibel cinsinden de ifade edilebilir:
Ses seviyesini hesaplamak için formül
RMS, ses gücü için yanlış bir isimdir çünkü bu değer teknik olarak güç dalga formunun hesaplanmış bir RMS değeri değildir. Ses yükselticilerinin karmaşıklığının nasıl belirleneceği hakkında başka bir makale yazabilirsiniz. Nominal amplifikatör güç seviyelerine ilişkin endüstri standartlarını anlamak, tepe ve sürekli güç açısından güç gereksinimlerinin ne olduğunu mutlaka açıklığa kavuşturmaz.
Örneğin, 400W'lık bir ses amplifikatörü için LLC serisi rezonans dönüştürücü (LLC-SRC) tasarımını düşünün. Ses sistemleri hakkında önceden bilginiz olmadan mükemmel bir 400 W güç kaynağı tasarlayabilirsiniz. Ancak amplifikatöre güç verilmesi gerektiğinde, güç kaynağı arızalanır veya ses kalitesi zayıf olur. LLC dönüştürücü kazanç eğrisi genellikle ZD yüküne göre tasarlanır ve ZX hattı koşulları altında seri rezonans frekansına yakın çalışır. Bu yöntem genellikle mükemmel bir 400 W LLC-SRC üretir, ancak gerçek bir ses sisteminde tepe gücü aslında amplifikatörün 400 W değerinden daha büyük olacaktır. Güç kaynağı tasarımına başlamadan önce en azından sürekli güç ve tepe güç belirtilmelidir.
400 W amplifikatör örneğinde, tüketici ürünlerinin sıkıştırılmış müzik çalması için uygun güç seviyesi, 200 milisaniye boyunca 800 W sürekli güç ve 15 W tepe güç olabilir. Bu, müzik işleme için tipik bir değer olan 12 dB'lik bir tepe faktörünü temsil eder. İşlenmemiş ses yaklaşık 18-20 dB'dir ve film sesi 20 dB'den fazla olabilir. Sonuçta tepe gücün sürekli güce oranı, spesifik uygulamaya bağlıdır, bu nedenle bunları tasarım sürecinin başında açıkça tanımlamak çok önemlidir. Farklı yük seviyeleri için süre gereklilikleri de tasarımın optimize edilmesine yardımcı olur. Ses amplifikatörünün verimliliğinin dikkate alınması gerektiğini unutmayın; çünkü amplifikatörde kayıplar olacak ve bu da güç kaynağında daha fazla yük oluşmasına neden olacaktır.
LLC-SRC tasarımı
Teknik özellikler belirlendikten sonra güç kaynağı tasarımına geçebilirsiniz. Bölgenin ve uygulamanın güç kalitesi standartlarına bağlı olarak, bu güç seviyesi tasarımı için güç faktörü düzeltme (PFC) güç kaynağına ihtiyacınız olabilir. PFC ön ucu, LLC-SRC'nin girişi olarak kullanılmak üzere kararlı bir 400VDC veri yolu sağlayacaktır.
Çoğu rezonans dönüştürücü gibi, LLC-SRC tasarımının DY adımı da rezonans tankı bileşenlerini seçmektir. Bu, rezonans frekansını ayarlayacak ve kazanç eğrisini şekillendirecektir. Bu adımda çıktının olduğundan emin olun. Voltaj en yüksek güç seviyesine ulaşabilir. Rezonans tankı gerekli kazancı elde edemezse, çıkış voltajı ses zirvesinde düşecek ve böylece ses kalitesi düşecek veya amplifikatör kapatılacaktır. Çıkış için Kondansatörler, tepe güç süresi gereksinimleri genellikle çıkış voltajını korumak için çok uzun olduğundan, güç kaynağının gerçekten tepe yükün tamamını sağlayabilmesi gerekir.
En yüksek kazanıma biraz ekstra alan ekleyin. Transformatör yapısının fiziksel sınırlamaları her zaman tam dönüş sayısına veya endüktansa ulaşmaz. Yüksek tepe gücü gerektiren ses tasarımları için, daha fazla JQ rezonansı ve mıknatıslanma endüktansı sağlamak amacıyla ayrık rezonans indüktörlerinin kullanılması avantajlıdır.
En yüksek güçte, en yüksek akımları kaldırabilecek şekilde derecelendirilmiş bileşenlerin seçilmesi önemlidir. Manyetik bileşenleri tasarlarken bunların doymamasına dikkat edin. Sürekli güç altında, bileşenlerin ve paketlerin sürekli termal performansa göre seçilmesi önemlidir. Tasarımcılar bazı paketlerin boyutunu küçültebilir ve termal yönetim için ısı emiciler yerine PCB'leri kullanabilir.
Herhangi bir LLC-SRC gibi kazanç eğrisinin şekillendirilmesi yinelenen bir süreçtir. Belirli bir çalışma frekansına, rezonans akımına ve voltajına ulaşmaya çalışmak ve tasarımı en yüksek ve sürekli güç seviyeleri arasında dengelemek zorlu bir iştir. Hesaplamada mıknatıslama endüktansını, rezonans endüktansını, dönüş oranını ve rezonans kapasitansını ayarlamanız gerekir. 100 kHz, silikon bazlı tasarımlar için ortak bir rezonans frekansı hedefidir. Ses uygulamaları için sürekli güç çalışma noktasının hedef frekansının 100 kHz olması mantıklıdır. Şekil 2 yukarıdaki örneğin kazanç eğrisini göstermektedir.