【導讀】對於設計人員來說，音頻領域的功率轉換設計是一個真正的技術挑戰，因為峰值負載可能遠高於均方根(RMS)功率要求。他們必須在散熱要求、解決方案的尺寸和重量、成本
，當然還有效率之間取得一個最佳平衡。

對於設計人員來說，音頻領域的功率轉換設計是一個真正的技術挑戰，因為峰值負載可能遠高於均方根(RMS)功率要求。他們必須在散熱要求
、解決方案的尺寸和重量、成本，當然還有效率之間取得一個最佳平衡。

1. 高功率音頻

如今
，具有高峰值負載的高功率音頻應用相當常見的選擇就是LLC諧xie振zhen轉zhuan換huan器qi。這zhe種zhong類lei型xing的de轉zhuan換huan器qi具ju有you許xu多duo優you點dian，例li如ru比bi其qi他ta解jie決jue方fang案an更geng高gao的de效xiao率lv和he可ke靠kao性xing。它ta是shi一yi種zhong由you三san個ge電dian抗kang元yuan件jian組zu成cheng的de功gong率lv轉zhuan換huan器qi
，利li用yong線xian圈quan和he電dian容rong器qi之zhi間jian的de諧xie振zhen
，並bing通tong過guo在zai特te定ding頻pin率lv(稱為諧振頻率)的振蕩來實現高效的功率轉換。

要設計用於音頻應用的LLC諧xie振zhen轉zhuan換huan器qi
，有you一yi些xie重zhong要yao因yin素su需xu要yao考kao慮lv。首shou先xian
，必bi須xu根gen據ju應ying用yong的de規gui格ge仔zai細xi選xuan擇ze電dian路lu的de諧xie振zhen頻pin率lv。電dian感gan器qi和he電dian容rong器qi必bi須xu根gen據ju應ying用yong的de功gong率lv和he所suo需xu的de諧xie振zhen頻pin率lv來lai選xuan擇ze，並bing且qie必bi須xu具ju有you最zui高gao的de質zhi量liang。線xian圈quan必bi須xu具ju有you足zu夠gou高gao的de電dian感gan，以yi避bi免mian在zai負fu載zai電dian流liu峰feng值zhi時shi出chu現xian磁ci芯xin飽bao和he效xiao應ying
，而er電dian容rong器qi必bi須xu能neng夠gou處chu理li電dian路lu的de電dian壓ya和he電dian流liu。留liu意yi圖tu1中的音軌
，其中突出顯示了音軌的幾個元素，其中包括：

RMS音頻電平：RMS音頻電平表示音頻信號在時域中的有效幅度。它通常用於表示音頻信號的真實電平，因為它同時考慮了信號的正負振幅。RMS音頻電平通常以相對於功率參考的分貝表示。這個電平很重要，因為它代表音頻信號的實際功率。

峰值音頻電平：fengzhiyinpindianpingbiaoshiyinpinxinhaozaishiyuzhongdezuidafuduzhi。tashizuidadeshunshiyinpingonglv，biaoshigeidingshijianduanneixinhaodadaodezuigaofengzhidian。fengzhidianpingtongchangyixiangduiyufuducankaodefenbeiweidanweilaihengliang。fengzhishixinhaozuidafududezhibiao，keyongyubimianyinpinxinhaodeshizhenhuoxuebo。celiangfengzhiyinpindianpingduiyuquebaoxinhaobuchaoguokejieshoudefuduxianzhi，bingbimianyangshengqihuobofangshebeichuxianbubiyaodeshizhenhuosunhuaifeichangzhongyao。

波峰因數：音頻中的波峰因數是指示音頻信號的峰值電平和RMS電平之間差距的度量。它的計算方法是將音頻信號的峰值除以其RMS值。例如，如果信號的峰值為2V，其RMS值為1V，則波峰因數等於2。波峰因數很重要，因為它提供了有關音頻信號動態的信息。高波峰因數表示峰值和RMSdianpingzhijiancunzaijiaodachayi
，biaomingxinhaojuyougengdadedongtaibingqiekenengbaohangaofududeshuntaihuofengzhi。xiangfan，dibofengyinshubiaoshijiaodidedongtaiyijigengyasuohuogengyouxiandexinhao。gaobofengyinshuxuyaocaiyongyudibofengyinshubutongdefangfalaiguanlixinhaodongtai，bingquebaoxinhaobenshenbaochizaikejieshoudefanweinei，meiyoububiyaodeshizhenhuoxuebo。

圖1：峰值音頻電平和RMS音頻電平之間的關係

對dui電dian源yuan的de基ji本ben要yao求qiu是shi它ta們men必bi須xu能neng夠gou瞬shun間jian支zhi持chi數shu倍bei於yu額e定ding負fu載zai的de峰feng值zhi負fu載zai。盡jin管guan這zhe種zhong情qing況kuang可ke能neng很hen少shao發fa生sheng

，但dan供gong電dian係xi統tong必bi須xu為wei這zhe種zhong可ke能neng性xing做zuo好hao準zhun備bei。下xia麵mian列lie出chu了le不bu同tong類lei型xing聲sheng音yin的de波bo峰feng因yin數shu常chang規gui測ce量liang值zhi：

• 環境噪音：3:1

• 演講：4:1

• 具有峰值電平壓縮的音樂：4:1至8:1

• 無峰值電平壓縮的音樂：8:1至10:1

• 電影音頻：>10:1

如果電源的輸出電壓在峰值負載瞬態期間過度下降，則會發生削波(參見圖2中的波形圖)
，並且由於許多聲音信息被剪切，導致音頻完全失真。此外，不良影響不僅涉及聲音，還涉及係統的電子部分，特別是：

• 由於超低音揚聲器(低音炮)的機械限製，其麵臨很大的危險。如果揚聲器的振動超出預期，音盆和線圈都可能損壞。

• 低音炮或高音揚聲器本身可能會由於通過音頻線的高能量而過熱。

• 聲音再現高度失真
  
  ，因為上
  、下峰值的音頻信號被剪切。

有一個強大的電源是對電路的基本要求，必須將其輸出電壓保持在一個精確的過衝和下衝限度內。在過去，盡管電子管係統效率非常低(實質上，產生了大量未使用的熱量)，卻很少出現音頻信號失真
，要麼是因為高電壓
，要麼是因為電源。

圖2：電源不足可能會導致削波。

目前一些常用的關於最佳音頻電源的解決方案包括采用更大比例的PCB占用麵積，或通過使用更高的開關頻率和更小的磁性元件來減小電路的尺寸。

2. 具體來看看LLC

如前所述，在音頻領域實施LLC解(jie)決(jue)方(fang)案(an)需(xu)要(yao)電(dian)源(yuan)和(he)音(yin)頻(pin)工(gong)程(cheng)師(shi)之(zhi)間(jian)的(de)全(quan)麵(mian)協(xie)作(zuo)和(he)溝(gou)通(tong)。在(zai)設(she)計(ji)電(dian)源(yuan)之(zhi)前(qian)，有(you)必(bi)要(yao)指(zhi)定(ding)音(yin)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)的(de)連(lian)續(xu)功(gong)率(lv)和(he)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)。峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)與(yu)連(lian)續(xu)功(gong)率(lv)的(de)比(bi)率(lv)(如上表所示)取決於具體應用，因此需要在設計之初就明確定義。

LLC串聯諧振轉換器(LLC-SRC)是LLC諧振轉換器的特定配置，用作隔離式DC/DC轉換器。在LLC-SRC配置中
，LLC轉換器(見圖3)與一個變壓器和一個整流二極管串聯，以實現轉換器輸入和輸出之間的電氣隔離。變壓器能夠根據應用的需要來增加或減少輸入電壓。

這(zhe)種(zhong)配(pei)置(zhi)有(you)幾(ji)個(ge)優(you)點(dian)。首(shou)先(xian)，它(ta)通(tong)過(guo)利(li)用(yong)線(xian)圈(quan)和(he)電(dian)容(rong)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)諧(xie)振(zhen)來(lai)提(ti)供(gong)高(gao)效(xiao)率(lv)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)。此(ci)外(wai)，變(bian)壓(ya)器(qi)提(ti)供(gong)的(de)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)允(yun)許(xu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)分(fen)離(li)，從(cong)而(er)保(bao)護(hu)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)並(bing)允(yun)許(xu)調(tiao)整(zheng)變(bian)壓(ya)器(qi)變(bian)比(bi)。從(cong)增(zeng)益(yi)響(xiang)應(ying)曲(qu)線(xian)圖(tu)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，根(gen)據(ju)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)不(bu)同(tong)，存(cun)在(zai)三(san)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)情(qing)況(kuang)。

如果開關頻率小於諧振頻率：

• 次級進行DCM操作

• 軟開關整流器(ZCS)

• 在給定功率下有更高的RMS電流

如果開關頻率等於諧振頻率：

• 限製次級DCM/CCM操作

• 軟開關整流器(ZCS)

• 最佳效率點

如果開關頻率大於諧振頻率：

• 次級進行CCM操作

• 整流器的反向恢複

• 給定功率下有低RMS電流

yinci
，lixiangdemubiaoshizaiedingfuzaixiajiejinxiezhenpinlvyunxing，bingzaifengzhifuzaiqijiandiyuxiezhenpinlv。yidandingyileshejiguifan，jiukeyijixujinxingdianyuandesheji。genjudiquheyingyongdedianyuanzhiliangbiaozhun，dianyuanshejikenengxuyaoyigedaigonglvyinshuxiaozhenggongnengdedianyuan。diyigeguanjianshejibuzhoushixuanzexiezhendianluyuanjianlaishezhixiezhenpinlvbingquedingzengyidetexing。zaicijieduan
，shuchudianyabixuzuyishixitongzaifengzhigonglvshuipingxiayunxing。ruguodianluwufashixiansuoxudezengyi，shuchudianyajiangzaigonglvfengzhiqijianxiajiang，jinerjiangdiyinpinzhilianghuoshifangdaqishixiao。fengzhigonglvdechixushijiankenengxiangdangchang
，suoyidianyuanbixunenggoulianxugongyingzhenggefengzhifuzai。

圖3：LLC諧振變換器原理圖

工(gong)作(zuo)的(de)關(guan)鍵(jian)階(jie)段(duan)恰(qia)好(hao)是(shi)在(zai)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)信(xin)號(hao)期(qi)間(jian)，因(yin)此(ci)使(shi)用(yong)能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)此(ci)類(lei)電(dian)流(liu)的(de)一(yi)流(liu)元(yuan)件(jian)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)，並(bing)且(qie)磁(ci)鐵(tie)不(bu)得(de)飽(bao)和(he)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，在(zai)連(lian)續(xu)供(gong)電(dian)期(qi)間(jian)，元(yuan)件(jian)必(bi)須(xu)確(que)保(bao)其(qi)額(e)定(ding)的(de)熱(re)性(xing)能(neng)。設(she)計(ji)一(yi)個(ge)適(shi)合(he)散(san)熱(re)的(de)PCB通常比設計散熱器更方便。LLC-SRC通常設計為突發模式，以確保輕負載下的效率，並讓待機功率滿足行業標準。這樣可以在不關閉主輸出的情況下降低待機功耗。

結論

xiezhenzhuanhuanqideshejifeichangjuyoutiaozhanxing，tebieshidangtamenyuyinpinxitongyiqishiyongshi。tamenshijuyougaofengzhifuzaidegaogonglvyinleyingyongdeyouxiaojiejuefangan。shejiLLC諧振轉換器需要明智地選擇諧振頻率

，根據應用規範正確選擇線圈和電容器，並設計相位控製來處理峰值負載。LLCxiezhenzhuanhuanqidezhengqueshejikequebaoyingyonggaoxiaokekaodiyunxing
，jishitafeichangfuza。yingshizhongkaolvdaoyinpinfangdaqidexiaolv
，yinweiqisunhaohuidaozhidianyuanshangdefuzaizengjia。

（作者： Giovanni Maria，來源： EDN電子技術設計微信公眾號）

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