【導讀】設計音頻放大器的電源時必須將特殊注意事項考慮在內。與標準隔離式電源相比
，音頻信號的非線性性質提出了不同的設計挑戰。

設計音頻放大器的電源時必須將特殊注意事項考慮在內。與標準隔離式電源相比，音頻信號的非線性性質提出了不同的設計挑戰。

音頻功率

在廣泛的電氣工程領域中
，你會發現一個現象：不bu同tong的de行xing業ye

，甚shen至zhi不bu同tong的de公gong司si，可ke能neng會hui使shi用yong不bu同tong的de專zhuan業ye術shu語yu來lai描miao述shu同tong一yi個ge主zhu題ti。為wei了le實shi現xian成cheng功gong的de設she計ji
，電dian源yuan工gong程cheng師shi和he音yin頻pin工gong程cheng師shi之zhi間jian的de相xiang互hu理li解jie至zhi關guan重zhong要yao。

首先需要明確兩個術語：峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)和(he)連(lian)續(xu)功(gong)率(lv)。峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)是(shi)最(zui)大(da)瞬(shun)時(shi)音(yin)頻(pin)功(gong)率(lv)。它(ta)將(jiang)決(jue)定(ding)電(dian)源(yuan)可(ke)實(shi)際(ji)輸(shu)出(chu)的(de)功(gong)率(lv)大(da)小(xiao)。連(lian)續(xu)功(gong)率(lv)是(shi)指(zhi)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)內(nei)的(de)平(ping)均(jun)音(yin)頻(pin)功(gong)率(lv)。在(zai)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)中(zhong)

，連(lian)續(xu)功(gong)率(lv)是(shi)指(zhi)係(xi)統(tong)在(zai)不(bu)超(chao)過(guo)元(yuan)件(jian)溫(wen)度(du)或(huo)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)的(de)特(te)定(ding)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)。圖(tu) 1 提供了峰值和連續音頻級別的示例。它們與波峰因數（波形的峰值與均方根 (RMS) 值之比的度量）有關。

圖 1. 此圖展示了連續和峰值功率音頻級別

它也可以通過方程式 1 用分貝表示：

方程式 1 

用 RMS 表示音頻功率並不恰當
，因為從技術角度而言，它並不是計算得出的功率波形 RMS 值(zhi)。音(yin)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)規(gui)格(ge)設(she)定(ding)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)，無(wu)法(fa)在(zai)此(ci)處(chu)詳(xiang)盡(jin)闡(chan)述(shu)，可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)另(ling)寫(xie)一(yi)篇(pian)文(wen)章(zhang)來(lai)深(shen)入(ru)探(tan)討(tao)。請(qing)注(zhu)意(yi)
，有(you)關(guan)額(e)定(ding)放(fang)大(da)器(qi)功(gong)率(lv)級(ji)別(bie)的(de)行(xing)業(ye)標(biao)準(zhun)不(bu)一(yi)定(ding)能(neng)明(ming)確(que)電(dian)源(yuan)在(zai)峰(feng)值(zhi)和(he)連(lian)續(xu)功(gong)率(lv)方(fang)麵(mian)的(de)要(yao)求(qiu)。

以針對 400W 音頻放大器設計 LLC 串聯諧振轉換器 (LLC-SRC) 為例。在事先不了解音頻係統的情況下，可能會設計出卓越的 400W 電源。但在需要為放大器加電時，電源會出現故障或音頻質量較差等問題。LLC 轉換器的增益曲線通常會基於最大負載設計
，並在最小線路條件下接近串聯諧振頻率運行。這種方法通常會設計出卓越的 400W LLC-SRC，但在實際的音頻係統中
，峰值功率實際上將大於放大器的 400W 額定功率。開始電源設計之前
，應至少指定連續功率和峰值功率。

對於 400W 放大器示例
，播放壓縮音樂的消費類產品的適當功率級別可以是 200W 的連續功率
，也可以是 800W 的峰值功率，持續 15ms。這表示波峰因數為 12dB，即經處理音樂的典型值。未經處理的音頻約為 18dB 至 20dB，電影音頻約> 20dB。峰(feng)值(zhi)與(yu)連(lian)續(xu)功(gong)率(lv)之(zhi)比(bi)最(zui)終(zhong)取(qu)決(jue)於(yu)具(ju)體(ti)的(de)應(ying)用(yong)，因(yin)此(ci)

，在(zai)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)的(de)早(zao)期(qi)就(jiu)必(bi)須(xu)清(qing)楚(chu)地(di)定(ding)義(yi)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)。不(bu)同(tong)負(fu)載(zai)電(dian)平(ping)的(de)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)要(yao)求(qiu)對(dui)於(yu)優(you)化(hua)設(she)計(ji)也(ye)很(hen)有(you)幫(bang)助(zhu)。請(qing)謹(jin)記(ji)，務(wu)必(bi)要(yao)考(kao)慮(lv)音(yin)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)，因(yin)為(wei)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)會(hui)存(cun)在(zai)損(sun)耗(hao)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)電(dian)源(yuan)的(de)負(fu)載(zai)更(geng)高(gao)。

LLC-SRC 設計

一旦規格最終確定
，便可以繼續進行電源設計。根據地區和應用的電源質量標準，您可能需要為此功率級別的設計提供功率因數校正 (PFC) 電源。PFC 前端將提供穩壓 400VDC 總線

，用作 LLC-SRC 的輸入。

與大多數諧振轉換器一樣，設計 LLC-SRC 的(de)第(di)一(yi)步(bu)是(shi)選(xuan)擇(ze)諧(xie)振(zhen)回(hui)路(lu)元(yuan)件(jian)。這(zhe)將(jiang)設(she)置(zhi)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)並(bing)形(xing)成(cheng)增(zeng)益(yi)曲(qu)線(xian)。在(zai)此(ci)步(bu)驟(zhou)中(zhong)，確(que)保(bao)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)電(dian)平(ping)下(xia)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。如(ru)果(guo)諧(xie)振(zhen)回(hui)路(lu)無(wu)法(fa)實(shi)現(xian)所(suo)需(xu)的(de)增(zeng)益(yi)，則(ze)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)將(jiang)在(zai)音(yin)頻(pin)達(da)到(dao)峰(feng)值(zhi)時(shi)下(xia)降(jiang)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)音(yin)頻(pin)質(zhi)量(liang)或(huo)關(guan)閉(bi)放(fang)大(da)器(qi)。峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)的(de)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)要(yao)求(qiu)對(dui)於(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)器(qi)來(lai)說(shuo)通(tong)常(chang)太(tai)長(chang)，無(wu)法(fa)維(wei)持(chi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，因(yin)此(ci)電(dian)源(yuan)需(xu)要(yao)能(neng)夠(gou)實(shi)際(ji)提(ti)供(gong)整(zheng)個(ge)峰(feng)值(zhi)負(fu)載(zai)。

對(dui)峰(feng)值(zhi)增(zeng)益(yi)預(yu)留(liu)一(yi)些(xie)額(e)外(wai)的(de)餘(yu)量(liang)。由(you)於(yu)變(bian)壓(ya)器(qi)構(gou)造(zao)的(de)物(wu)理(li)限(xian)製(zhi)，並(bing)不(bu)總(zong)是(shi)能(neng)達(da)到(dao)精(jing)確(que)的(de)匝(za)數(shu)或(huo)電(dian)感(gan)值(zhi)。對(dui)於(yu)需(xu)要(yao)達(da)到(dao)高(gao)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)的(de)音(yin)頻(pin)設(she)計(ji)
，使(shi)用(yong)分(fen)立(li)式(shi)諧(xie)振(zhen)電(dian)感(gan)器(qi)將(jiang)大(da)有(you)裨(bi)益(yi)，可(ke)確(que)保(bao)更(geng)精(jing)確(que)的(de)諧(xie)振(zhen)和(he)磁(ci)化(hua)電(dian)感(gan)。

在zai峰feng值zhi功gong率lv下xia，選xuan擇ze可ke處chu理li峰feng值zhi電dian流liu的de元yuan件jian非fei常chang重zhong要yao。設she計ji磁ci性xing元yuan件jian時shi，請qing確que保bao它ta們men不bu會hui飽bao和he。在zai連lian續xu功gong率lv下xia，根gen據ju持chi續xu熱re性xing能neng來lai選xuan擇ze元yuan件jian和he封feng裝zhuang很hen有you必bi要yao。設she計ji人ren員yuan可ke能neng會hui縮suo減jian某mou些xie封feng裝zhuang的de尺chi寸cun
，並bing使shi用yong PCB 進行熱管理
，而不是使用散熱器。

與任何 LLC-SRC 一樣，構建增益曲線是一個迭代過程。嚐試達到特定的工作頻率
、諧振電流和電壓，並在峰值和連續功率級別之間平衡設計頗具挑戰性。在完成計算時，需要調整磁化電感
、諧振電感
、匝數比和諧振電容。100kHz 是矽基設計的常見諧振頻率目標。對於音頻應用，目標應設為 100kHz，以實現連續功率工作點。圖 2 展示了針對上述示例的增益曲線。工作頻率範圍為 83kHz 至 139kHz。

圖 2. 該增益曲線針對 LLC-SRC 設計而構建

突發模式

現代 LLC-SRC 設she計ji的de一yi個ge重zhong要yao方fang麵mian是shi可ke提ti高gao輕qing負fu載zai效xiao率lv的de突tu發fa模mo式shi運yun行xing。突tu發fa模mo式shi還hai用yong於yu滿man足zu行xing業ye待dai機ji功gong耗hao相xiang關guan規gui定ding。當dang突tu發fa數shu據ju包bao頻pin率lv處chu於yu可ke聞wen噪zao聲sheng範fan圍wei內nei時shi，需xu要yao考kao慮lv可ke聞wen噪zao聲sheng，但dan UCC256404 等一些 LLC 諧振控製器使用突發模式控製律來防止突發頻率產生可聞噪聲。

以下是三種方法以及相應的選擇理由：

• 啟用突發模式：使用突發模式可在不關閉主輸出的情況下降低待機功耗。將瞬時為放大器供電，這樣便不會因電源啟動造成延遲。

• 禁用突發模式：zaidaijimoshixia，zhuanhuanqijiangxuyaotongguobiaozhunkaiguancaozuolaitiaojieshuchu。zhejiangdileqingfuzaixiaolv，dankeyijiangdifuzaxingbingjinyibuxiaochurenhekewenzaoshengwenti，lirucijicezhengliuqijishengxiaoyingduizengyiquxiandeyingxiang。tu 2 展示了增益曲線在較高頻率下實際如何開始上升。如果無法達到最小增益
，電源將失去調節功能。

• 禁用外部控製器：當(dang)音(yin)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)未(wei)運(yun)行(xing)時(shi)，使(shi)用(yong)外(wai)部(bu)禁(jin)用(yong)電(dian)路(lu)來(lai)關(guan)閉(bi)控(kong)製(zhi)器(qi)。與(yu)突(tu)發(fa)模(mo)式(shi)相(xiang)比(bi)
，這(zhe)種(zhong)模(mo)式(shi)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)待(dai)機(ji)功(gong)耗(hao)，但(dan)會(hui)增(zeng)加(jia)成(cheng)本(ben)，因(yin)為(wei)係(xi)統(tong)現(xian)在(zai)需(xu)要(yao)輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)。當(dang)放(fang)大(da)器(qi)準(zhun)備(bei)好(hao)輸(shu)出(chu)音(yin)頻(pin)時(shi)
，也(ye)會(hui)存(cun)在(zai)啟(qi)動(dong)延(yan)遲(chi)。

圖 3. 在禁用突發模式的情況下
，增益曲線將開始在較高頻率處攀升

LLC-SRC 是一種高性能拓撲，可支持 100W 至 500W 的連續功率範圍。該拓撲非常適用於需要高效率和超低電磁幹擾 (EMI) 的交流/直zhi流liu係xi統tong。諧xie振zhen轉zhuan換huan器qi設she計ji頗po具ju挑tiao戰zhan性xing
，即ji使shi在zai被bei應ying用yong到dao錯cuo綜zong複fu雜za的de音yin頻pin係xi統tong之zhi前qian也ye是shi如ru此ci。電dian源yuan工gong程cheng師shi和he音yin頻pin工gong程cheng師shi在zai放fang大da器qi所suo需xu的de峰feng值zhi和he連lian續xu功gong率lv級ji方fang麵mian相xiang互hu了le解jie是shi一yi切qie的de基ji石shi。上shang述shu策ce略lve可ke視shi作zuo成cheng功gong設she計ji用yong於yu音yin頻pin應ying用yong的de LLC-SRC 的良好開端。

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