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[电源]开关电源在音频功放上应用的体会 [复制链接]

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离线whmks
 

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只看楼主 倒序阅读 我要置顶 楼主  发表于: 2017-06-09

    开关电源用音频功放一直有争论,有的说能、有的说不行、有的说可以是可以,就是对音质有影响,不耐听。哪么究竟是个什么样,本人提出一点观点与大家一同来探讨。
    首先,开关电源不同于工频电源,开关电源的种类相当多,有些种类天生不能用于功放,有些种类是先天不足需要后天补。在相当多的种类中要选择比较好的电源种类(就是构架、拓扑),再加上后天补一下就能成为比较好的功放电源。
    要用于音频功放的开关电源,总的来说必须要符合三个条件,即动态供电能力要强、电磁幅射要低、输出纹波要小。
    一、动态供电能力问题
    音频功放是一个大动态的可变负载(甲机除外,甲机是恒定负载,不以音乐信号大小来变动供电电流),而一般开关电源在低动态工作时表现良好,但在正负电压大动态下工作就力不重心了。分析一下原因:当功放在放大一个25HZ的音频时,是连续长时间需要大电流,而一般开关电源的输出电容都比较小,当功放需要大电流时狠快吸干电容所储的能量,特别是在负弦波出现时,没有电压反馈控制的负电压会迅速下降,此时正电压没有降低,所以电源检测电路发现不了负电压降低、要等到正弦波出现才能补充电能。这就有了一个时间差(不管反馈反应多快的电源,都有一个时间差),这就是开关电源影响音质的主要原因之一。虽然反激式电源在多电压输出时有一定的平衡能力,但天生纹波大、电磁幅射大和功率小,也不是功放的优选电源。
    改善动态供电能力最方便的措施就是加大输出电容,在一定功率范围内,相对来说输出电容是越大越好。这个电容是身兼二职,一是滤波,二是储能。
    下面用一个实验来证实这一说法。
    方法用80HZ的正弦波输入功放,开关电源用不同的输出电容,测开关电源正负极纹波。
    1、输出电容正负极各3200uF,整机功率70W时的电源波(整机功率不能再提高,再高些电源就会保护关机),负极波VP-P已达2V。








    2、输出电容正负极各13200uF,整机功率100W时的电源波(整机功率不到125W时就纹波大增而关机),负极波VP-P下降到616mV,下降相当明显。






    3、输出电容正负极各23200uF,整机功率125W时的电源波(此时,功放音量已开至最大),负极波VP-P下降到448mV,比工频电源的好很多。






    但不是所有电源都能加大输出电容,如自激式电源,天生就不能加大,一加大就停振。他激式电源能加大,但必须要有足够的缓起动时间,时间不够会打嗝,要延长起动时间。还有些芯片自供电的电源,也不能加大电容,原因是电容加大后缓起动时间延长,不能及时产生芯片工作电压,也会停振,只要芯片供电改为外供电并延长起动时间就可以。
   二、电磁幅射屏蔽问题
    电磁幅射的影响有二方面,一方面对外面设备产生干扰,另一方面对功放产生干扰,会形成声底不干净,造成音乐不耐听的原因之一。降低电磁幅射措施,一是选择软开关的电源构架,如LLC谐振电源,从源头上降低;二是做好EMI滤波电路,降低由外对内和由内对外的干扰;三是增加屏蔽措施,一是对变压器进行屏蔽,分内屏蔽(在绕变压器初次间加屏蔽并接高压侧地)和外屏蔽(在变压器上纵向的横向装短路环;二是对整个电源屏蔽,装在金属盒内。如LLC谐振电源没有屏蔽措施与屏蔽后的功放输出纹波对比。
       变压器没有屏蔽的功放输出波,干扰相当大。


做好变压器和整体电源屏蔽后,功放输出端已没有明显的纹波。




整体电源屏蔽


    三、电源纹波大小和干净问题
    电源纹波来源有二方面,一是电源的开关波,二是电源各功率器件产生的杂波。电源的纹波相对来说在做好电路的设计和上述二点的基础上问题就不大,设计优良的成品电源最多再加一级LC滤波。
    四、LLC谐振半桥电源在功放上的应用
    首先声明一下,不卖电源不卖板,纯粹是老有所乐做着玩。
    最近摆弄了几种功放电源组合进行试验,都是采用零电压开与关的调频模式,优点是功率管的开与关是软开关,电流波形近似正弦波,电源纹波中尖峰毛刺成份少、体积小、效率高、制作简单(谐振电源有好多种工作模式,还有零电流、固定频率、固定占空比的调压模式等),缺点是,由于是调频模式,即负载轻时频率高、负载重时频率低,多变的工作频率对降低电磁幅射相对较难。
         无PFC的电源板






有PFC的电源板




外接PFC的电源板(没有打板,而是用有PFC板改)目的是二路电压在动态时更平衡、功率更大。


谐振软开关电源与硬开关电源功率管工作电流不一样,谐振软开关电源是近似正弦波,而硬开关都是方波。


变换器的输出波形也不一样。


有PFC与无PFC的区别,一是效率更高,二是对100HZ波抑制不同。
有PFC在15OW作功时的电源波


无PFC在150W作功时的电源波,有感应100HZ波的成份。


     五、应用与测试
     1、大功放试验机


    2、小甲功放


小甲功放开机电源波,没有PFC,因此,有些100HZ感应波(此时功率77W)。


功放输出波,还是比较干净。


    3、2.1功放


   2.1功放因有低音炮,对电源的要求更高,所以对其进行了一些测试。
方法是功放一路声道输入20HZ正弦波信号,另一路悬空,电子音量开到0分贝最大,整机功耗135W,测电源的正负极电压波和功放无信号声道的输出波。


整机功耗135W


此时负极纹波VP-P968MV


正极波


   这个测试是说明了功放在最大输出时电源负电压的峰值压降不到1V,工频电肯定做不到。
   为了看一下电源在作功时的电磁幅射没有增加,就测量无信号的一个声道的输出波,输入信号是25HZ正弦波,整机功率增加到150W。






功放输出端25HZ感应波


功放输出端实际纹波,与功放不作功时基本一样,略有增加但很小。


    4、胆机小功放,由于胆机的输入阻抗高,对高频干扰波更敏感,究竟开关电源能不能用也试了一下。


正个电源装在一个屏蔽罩内。




开机电源波,因胆机的电压高,比低电压的电源纹波略高一点。


胆功放输出波还可以,不比石机差。


5、硬开关石机小耳放
这是从原来机上退下来的硬开关双电压电源,改一下用到石机耳放上试试效果。


电源波


小耳放输出波


   以上所有开关电源的功放都用高灵敏度耳机听过,均没有一点噪声,相当安静,特别是2.1功放,在这样小的体内用工频变压器是绝对做不到。
  

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