Năng lượng âm thanh
Một điều bạn nhận thấy trong lĩnh vực kỹ thuật điện rộng rãi là các ngành khác nhau và thậm chí các công ty có thể sử dụng các ngôn ngữ khác nhau để mô tả cùng một chủ đề. Để có một thiết kế thành công, các kỹ sư công suất và âm thanh phải hiểu nhau.
Hai thuật ngữ đầu tiên cần được định nghĩa là công suất đỉnh và công suất liên tục. Công suất đỉnh là công suất âm thanh tức thời ZD. Nó sẽ xác định bao nhiêu công suất được thiết kế cho bộ nguồn đầu ra vật lý. Công suất liên tục là công suất âm thanh được tính trung bình trong một khoảng thời gian. Trong bối cảnh thiết kế nguồn điện, công suất liên tục là công suất đầu ra được chỉ định mà hệ thống có thể cung cấp mà không vượt quá nhiệt độ thành phần hoặc định mức dòng điện trung bình. Hình 1 cung cấp các ví dụ về mức âm thanh cao nhất và liên tục. Chúng có liên quan đến hệ số đỉnh, là thước đo tỷ lệ giữa giá trị đỉnh của dạng sóng với giá trị bình phương trung bình gốc (RMS).
Hình 1 Biểu đồ này hiển thị các mức âm thanh công suất cao nhất và liên tục.
Nó cũng có thể được biểu thị bằng decibel sử dụng công thức sau:
Công thức tính mức âm thanh
RMS là một từ gọi sai đối với công suất âm thanh, vì giá trị này về mặt kỹ thuật không phải là giá trị RMS được tính toán của dạng sóng công suất. Bạn có thể viết một bài khác về cách chỉ định mức độ phức tạp của bộ khuếch đại âm thanh. Việc hiểu các tiêu chuẩn công nghiệp về mức công suất bộ khuếch đại danh định không nhất thiết phải làm rõ các yêu cầu về công suất về công suất đỉnh và liên tục.
Ví dụ: hãy xem xét thiết kế bộ chuyển đổi cộng hưởng dòng LLC (LLC-SRC) cho bộ khuếch đại âm thanh 400W. Nếu không có kiến thức trước về hệ thống âm thanh, bạn có thể thiết kế bộ nguồn 400 W tuyệt vời. Nhưng khi cần mở nguồn amply thì nguồn điện bị lỗi, hoặc chất lượng âm thanh kém. Đường cong độ lợi của bộ biến đổi LLC thường được thiết kế theo tải ZD và hoạt động gần tần số cộng hưởng nối tiếp trong điều kiện đường dây ZX. Phương pháp này thường tạo ra LLC-SRC 400-W hoàn hảo, nhưng trong hệ thống âm thanh thực tế, công suất đỉnh thực sự sẽ lớn hơn định mức 400-W của bộ khuếch đại. Trước khi bắt đầu thiết kế nguồn điện, ít nhất phải xác định công suất liên tục và công suất đỉnh.
Đối với ví dụ về bộ khuếch đại 400 W, mức công suất thích hợp cho các sản phẩm tiêu dùng để phát nhạc nén có thể là công suất liên tục 200 W và công suất cực đại 800 W trong 15 mili giây. Điều này thể hiện hệ số đỉnh là 12 dB, đây là giá trị điển hình để xử lý nhạc. Âm thanh chưa qua xử lý là khoảng 18-20 dB và âm thanh phim có thể lớn hơn 20 dB. Cuối cùng, tỷ lệ giữa công suất đỉnh và công suất liên tục phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, vì vậy điều rất quan trọng là phải xác định rõ những điều này sớm trong quá trình thiết kế. Các yêu cầu về thời lượng đối với các mức tải khác nhau cũng giúp tối ưu hóa thiết kế. Hãy nhớ rằng hiệu quả của bộ khuếch đại âm thanh cần được xem xét, vì sẽ có tổn thất trong bộ khuếch đại, dẫn đến tải cao hơn trên nguồn điện.
Thiết kế LLC-SRC
Sau khi các thông số kỹ thuật được xác định, bạn có thể tiến hành thiết kế bộ nguồn. Tùy thuộc vào tiêu chuẩn chất lượng điện của khu vực và ứng dụng, bạn có thể cần bộ nguồn hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) cho thiết kế mức công suất này. Mặt trước PFC sẽ cung cấp một bus 400VDC ổn định để sử dụng làm đầu vào của LLC-SRC.
Giống như hầu hết các bộ chuyển đổi cộng hưởng, bước DY của thiết kế LLC-SRC là chọn các thành phần của bể cộng hưởng. Điều này sẽ thiết lập tần số cộng hưởng và định hình đường cong khuếch đại. Trong bước này, hãy đảm bảo rằng đầu ra Vôn có thể đạt đến mức công suất cao nhất. Nếu thùng cộng hưởng không thể đạt được mức khuếch đại cần thiết, điện áp đầu ra sẽ giảm ở mức âm thanh đỉnh cao, do đó làm giảm chất lượng âm thanh hoặc tắt bộ khuếch đại. Đối với đầu ra Tụ, các yêu cầu về thời lượng công suất đỉnh thường quá dài để duy trì điện áp đầu ra, do đó, nguồn điện cần có khả năng thực sự cung cấp cho toàn bộ tải cao điểm.
Thêm một số không gian bổ sung để đạt được đỉnh. Các giới hạn vật lý của cấu trúc máy biến áp không phải lúc nào cũng đạt được số vòng dây hoặc độ tự cảm chính xác. Đối với các thiết kế âm thanh yêu cầu công suất đỉnh cao, nên sử dụng cuộn cảm cộng hưởng rời rạc để đảm bảo cộng hưởng JQ và điện cảm từ hóa nhiều hơn.
Ở công suất đỉnh, điều quan trọng là phải chọn các thành phần được đánh giá để xử lý dòng điện đỉnh. Khi thiết kế các thành phần từ tính, hãy đảm bảo rằng chúng không bão hòa. Dưới nguồn điện liên tục, điều quan trọng là phải chọn các thành phần và gói dựa trên hiệu suất nhiệt liên tục. Các nhà thiết kế có thể giảm kích thước của một số gói và sử dụng PCB để quản lý nhiệt thay vì tản nhiệt.
Giống như bất kỳ LLC-SRC nào, việc định hình đường cong khuếch đại là một quá trình lặp đi lặp lại. Cố gắng đạt được tần số hoạt động cụ thể, dòng điện và điện áp cộng hưởng cũng như cân bằng thiết kế giữa mức công suất cực đại và liên tục là một thách thức. Trong tính toán, bạn cần điều chỉnh độ tự cảm từ hóa, độ tự cảm cộng hưởng, tỷ số vòng dây và điện dung cộng hưởng. 100 kHz là mục tiêu tần số cộng hưởng phổ biến cho các thiết kế dựa trên silicon. Đối với các ứng dụng âm thanh, tần số mục tiêu của điểm vận hành nguồn liên tục là 100 kHz là hợp lý. Hình 2 cho thấy đường cong khuếch đại cho ví dụ trên.