音响功放要求电源随着负载的变化自动调整输出 电压并进行功率调节, 以提高电源动态性能并降低音 响功放内部损耗, 保护电路。市面上的开关电源在负 载变化时输的出稳定电压无法满足需要, 开发新型专 用的音响功放开关电源势在必行。
本文设计了一种应用于音响功放开关电源的输出 功率检测电路。该检测电路与电源控制电路相互配合, 对输出功率进行智能识别并实现了对动态电压的控制 和输出功率的调整。
图 3 功率检测电路
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临界状态, 由于滞环比较环节的存在, 电源具有良好 的动态响应性能。
图 5 过功率瞬间输出电压下降波形
图 4 控制电路
当输出功率高于 250 W 时, LM 393的 2脚电压高 于 3脚电压, 7脚输出低电平, 关闭 Q1, Q2, 并通过 Q2 集电极输出过功率信号, 驱动 Q3 导通。 Q3 的导通, 改变了 TL494的 2脚的电阻分压网络, 使 R15, R16并 联, 输出电压 Vo c= VrefR c(R 17 + R 18 ) /R 18 (R c+ R14 ), 其中 R c= R15R 16 / (R 15 + R 16 )。R15, R16并联使 V1in- 由 1178 V 降低到 1101 V, 由于 V1 in+ > Vc1 in- = 1101 V , PWM波占空比降低, 使输出电压降低。当输出电压降 低到 40 V 时, Vc1 in+ = Vc1 in- = 1101 V, PWM 波占空比 不再变化, 输出电压稳定在 40 V。
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2008年第 28卷第 5期
音响功放开关电源输出功率检测电路的设计与实现
张平伟, 章国宝
(东南大学自动化学院, 江苏 南京 210096)
摘 要: 为了使开关电源很好地应用于音响功放, 设计了一种开关电源输出功率检测电路, 给出了电路的原
理和具体实现方法。经测试证明该电路具有检测准确、动态性能良好的特点。
[ 5] 夏爱华, 黄建华, 侯建 国 1 等 1 基 于 TL494驱动 芯片 的双管正激小功率电源的研制 [ J] 1 通 讯电源 技术, 2007, 24 ( 6) : 19- 211
设定功率检测电路的电阻分压网络, 使得当三极 管 Q1 导通时电压比较器 LM393的 3脚和 6脚 (基准设 定电压 ) 为 211 V, Q1 截止时 LM393的 3脚和 6脚为 318 V。
工作原理如图 3、图 4所示。 电流互感器对主变压器原边电流采样, 经电阻 R1 转化为电压信号, 经整流滤波到电压比较器 LM393的 2脚。 当输出功率低于 250 W 时, 三极管 Q1, Q2 导通, LM393的 2脚电压低于 3脚电压, 无过功率信号输出, 三极管 Q3 截止, 开关电源输出电压 Vo = 70 V。 TL494的 1脚 (误差放大器 1同相输入端 ) 电压 V1 in+ = VoR18 / (R 18 + R17 ), 2脚 (误差放大器 1反相输 入端 ) 电压 V1 in - = VrefR16 / (R 16 + R 14 )。 TL494根据误 差放大器 1输入信号来控制 PWM 波输出 ( 8, 11脚 ) 的占空比, V1 in+ = V1in - 时, PWM 波占空比不变, 输出 稳定电压 Vo = VrefR16 ( R17 + R18 ) /R 18 (R 16 + R14 ), 其 中 Vref为 TL494的 5 V基准稳压源输出 ( 14脚 )。
图 6 临界过功率时输出电压震荡波形
图 7 过功率瞬间功率检测电路波形
4 结束语
本文针对音响功放设计的一种开关电源输出功率 检测电路, 经 调试通 过, 能够精 确的检测 输出功 率, 过功率时降低输出电压, 降低音响功放内部损耗。按 照本文功率检测电路思想设计出来的开关电源具有良 好的动态输出特性, 并因其成本低、体积小、效率高 等诸多优点, 可以很好地替代工频变压器, 在未来的 音响功放电源市场中占据一席之地。
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[ 4 ] M arian K, Kazim ierczuk. Transfer Function of Current Modu lator in PWM Convertersw ith Current2Model Control [ J]. IEEE Transactions on C ircu it and System s, 2000, 47 ( 9): 1407- 14121
在输出功率检测电路中, 电阻 R7、二极管 D2、电 容 EC2 构成 RC 延时电路, 能够有效地消除 R1 上的尖峰 电压信号对后级电路的影响, 防止检测过功率信号误动 作。三极管 Q1、电阻 R4 构成滞环比较环节, 输出功率 低于 250W 时, 开关电源输出电压能迅速回升至 70 V。
3 实验结果
调试中, 对应用于音响功放的开关电源进行了带 载实验。在输 出功率 超过 250 W 时, 输 出电 压 会由 70 V降低到 40 V (如图 5); 在输出功率为 250 W 的临 界状态时, 由于输出电压下降引起的输出功率下降会 使输出电压产生震荡 (如图 6)。输出功率检测电路在 过功率瞬间 (如图 7), LM393的 2脚电压上升, 7脚 输出低电压, 关断三极管 Q1, Q2。 Q2 集电极输出高电 平的过功率信号, 电源输出电压下降, 主变压器原边 电流上升, 2脚电压继续上升, 大于 318 V。滞环比较 环节中 Q1 的关断使 3 脚基准设定电压升高到 318 V。 由实验实测波形可知, 输出功率检测电路使音响功放 开关电源能够很好的模拟工频变压器, 在输出大功率 时能够动态调整输出电压, 实现功率调节。在过功率
K ey w or ds: audio power amp lifier; sw itch power supply; power de tection; TL494; LM 393
0 引言
目前市场上的电源多数采用工频变压器, 随着原 材料 (主要是铜 ) 价格的不断上涨, 传统工频电源的 成本优势愈来愈不明显, 反而功耗高、体积大、效率 低等缺点更加突出。开关电源因其具有体积小、重量 轻、功耗低、效率高、纹波小、噪声低、智 能化程度 高、易扩容等优良特性, 逐渐替代工频电源, 并广泛 应用于各种电子设备上 [ 1] 。
关键词: 音响功放; 开关电源; 功率检测; TL494; LM393
中图分类号: TN4311 1
文献标识码: B
文章编号: 1002- 6061 ( 2008) 05- 0016- 04
Design and R ea liza t ion of O u tpu t P ow er Detect ing C ir cu it U sed for Sw itch P ow er Supp ly of A ud io P ow er Am p lifier
路、保护电路、功率检测电路和辅助电源几个部分组 成 [ 2] 。输入交流电压经过输入电路整流滤波、经变换 电路后二次整流滤波输出稳定的直流电压; 检测电路 对输出电压信号采样, 送往控制电路, 通过改变驱动 输出的脉宽调制 ( PWM ) 方波的占空比来控制变换电 路, 调节输出电压; 保护电路收集异常信号, 对电路 进行过压过流保护; 功率检测电路对变换电路电流采 样, 当输出功率超过 250W 时, 产生过功率检测信号, 驱动控制电路, 降低输出电压; 辅助电源提供 19 V 直 流电压, 给控制电路芯片供电。
图 2 功率检测 流程框图
新技术新仪器 # 17#
主变压器匝比 n = 114, 电 流互感器 T1 匝比 nc= 1B100。当输出 功率 P = 250 W、输出电 压 Uo = 70 V 时, 输出电流 I2 = P /Uo = 250W /70 V = 3157A, 主变压 器原边电流 I1 = I2 /n = 3157A / 114= 2155A, T1 副边电 流 I3 = I1 @nc= 2515 mA, 电阻 R1 ( 82 8 ) 两端电压 U= I3 @R1 = 211V; 当输出功率 P = 250 W、输出电压 Uo c= 40 V 时, 输出电流 I2 c= P /Uo c= 250 W /40 V = 6125 A, 主变压器原边电流 I1 c= I2 c/n = 6125 A /114 = 4146 A, T1 副边电流 I3 c= I1 c @nc= 4614 mA, 电阻 R1 两 端电压 Uc= I3 c@R1 = 318 V。
ZHANG P ing2we,i ZHANG Guo2bao
( School of Autom atiபைடு நூலகம்n, SoutheastUn ivers ity, Nan jing 210096, Ch ina)
Ab stra ct: This paper des igns a k ind of power detec ting c ircu it of sw itch powe r supp ly used for aud io power am plifier1 It presents the princ i2 ple and rea liza tion m ethod of the circu it1Through test, it is proved that the c ircuit has the character istics of dectec ting accuratly and be ing with good dynam ic perform ance 1
1 音响功放开关电源总体方案
一种应用于音响功放的开关电源, 要求在输出功 率低于 250W 时, 输出 70 V的稳定电压。当输出功率 大于 250 W 时, 检测电路发出过功率信号, 此时应通 过降低输出电压到 40 V并增大输出电流, 来控制音响 功放内部损耗。