4.5 D类功放的电源解决方案第三部分- AC-DC电源(下)

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接下来我们继续讨论 隔离 DC/DC 变换器的设计 以下是我们列举的几个 常见的备选拓扑 对于反激而言 通常用于功率小于一百瓦的场合 因为它的效率比较低 而且原副边的峰值电流都比较大 原边开关管的应力也比较高 虽然整体的元器件比较少 成本比较低 但是不适合我们这个功率级别的应用 第二种拓扑半桥 它的开关应力比较小 但是需要高端的驱动 而且为了保持变压器磁通的平衡 只能采用电压模式控制 最终我们选择拓扑是双管正激 半桥一样 它的开关管应力等于输入电压 半桥不同的是 双管正激只需要占空比小于 50% 变压器磁通就可以自动复位 这是一个双管正激的简单示意图 两个开关管是同开同关的 开通的时候 输入电压加在变压器的两端 变压器将能量从输入传递到输出 关断的时候第一和第二 变压器的能量重新送回输入端 同时将两个管子的电压钳位在 Vin 值得注意的是 由于我们这里采用的是高端驱动 需要对上管驱动的自举电容进行充电 通常只有一个开关节点的拓扑 比如说半桥 在每个开关周期 上管的自举电容在下管导通的时候 都会自动被充电 因为这个时候开关节点 已经被短路到地了 VCC 通过自举二极管 对自举电容进行充电 但是对于双管正激 还有两个开关节点 SW1 和 SW2 中间隔着变压器 只有当 SW1 的电压变为零的时候 自举电容才有机会充电 此时两个开关管是关断的 需要足够大的励磁电流 将 Q1 上面的输出电容 变压器的寄生电容 上面的电压放掉 正常情况下 在开关管关断时间内 变压器的励磁电流 足够将这些电容上的能量放完 使 SW1 降为零 但是在某些情况下 比如说轻载或者是跳频工作模式下 导通时间比较小 变压器在导通时间内 存储的能量不足以释放电容上的能量 如右下角的波形所示 在这种情况下 自举电容是无法完成充电 为了解决这个问题 我们通过右边这个电路 来帮助自举电容完成充电 这个电路的作用是 在开关管关断之后 延迟一段时间 把开关节点上的电压放掉 把 SW1 下拉到零 从而实现了任何输入电压 和负载条件下 自举电容都能再充电 在这个电路里面 D22 和 R68 以及 C51 组成了一个延时电路 来使 Q11 在谷底开通 降低开关损耗 其中 R68 和 C51 可以通过这个公式来计算 接下来我们来看看如何选取电容 假设穿越频率设置在 5k 根据我们前面的测试 为了保证 THD 小于 0.016% 输出阻抗必须小于两欧姆 根据这个公式我们可以算出来 最小的一个输出电容是 16uF 但是我们要必须满足一些动态跳变的要求 根据之前所提到的 我们功放的正常输入电压为 36 伏 最高输入电压为 38 伏 在限幅之前的最大占空比为 95% 根据这些信息我们可以求得 最大的过冲和下跌电压 然后根据前面给的电容的计算公式 可以算出相应的 所需要的电容量为 321uF 和 164uF 我们根据这三个公式算出来的电容 选择其中的最大值 下面我们讨论一下环路补偿的问题 电流模式的环路补偿 通常二型补偿就足够了 我们把零点放在 184Hz 极点放在 184kHz 得到了下面这个波特图 可以看到它的穿越频率大概在 4.5kHz 相位裕量超过 60 度 另外我们加了蓝色这部分电路 用于实现 G 类功放模式来降低功耗 由于电源电压在某些情况下 比如说温度过高的时候 会从 36 伏切换到 18 伏 那么由于输出电压的降低 电压降低一半 输出功率只有原来的 1/4 实际上就限制了它的功率 这种限制功率做法避免了将整个系统关掉 根据前面的计算 我们采用了三个一百微法的电解电容 和一个十微法的瓷片电容并联 来减小 ESR 和 ESL 的影响 根据下面几个公式 我们可以算出输出阻抗 然后理论上电压的跌落等于 跳变电流变化量乘以输出阻抗 在这里我们算出的是 862mV 实际测试中电压跌落接近 1V 这是最终的测试结果 从效率曲线可以看出 当功率小于 50 瓦的时候 进入 G 类功放模式效率开始提高 大概能提高十个点 这边蓝色的效率曲线是 G 类功放的效率曲线 红色的是固定输出电压时 D 类功放的效率曲线 放在这里作为对比 左边的两张图是 THD 在不同功率下 和不同频率下的测试曲线 红色的是用实验室标准电源作为测试参考 蓝色是我们参考设计 PMP10215 工作在固定电压的 THD 曲线 绿色是它工作在 G 类功放模式的 THD 曲线 与实验室的标准电源相比 我们的参考设计 在性能上几乎没有任何逊色 在很宽的频率和负载范围下 都能实现 THD 小于 0.016%
课程介绍 共计6课时,34分7秒

2018 PSDS 研讨会系列 - (4) D 类音频功放的电源解决方案

电源 2018 PSDS 研讨会系列 D类音频功放

今天,最流行的中高功率音频放大器由于高效率和出色的线性度而采用D类工作方案。 与传统模拟放大器相比,D类采用高频脉宽调制,类似于开关电源。 即使D类放大器在电源电压中包含负反馈,现实情况是电源的输出阻抗对音频质量也有影响。 本主题描述如何根据输出阻抗要求以及平均和峰值功率需求等典型要求,为高功率D类放大器正确设计电源。 介绍了两种不同的内置和测试功率参考设计。 首先是适用于家庭影院,监视器和条形音箱应用的通用AC / DC输入。 第二种解决方案涵盖额定功率达几百瓦的高功率汽车应用。
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