PCB-Neuigkeiten - Designherausforderungen für digitale Hochleistungsverstärker

The design challenges of high-power digital amplifiers include:
1) SMPS-Fragen, including topology and high flow design issues;
2) Important components in SMPS and high-flow signal paths must be correctly designated to handle higher power and current;
3) Printed circuit board (PCB) design issues, including signal line width and electromagnetic interference (EMI).

SMPS problem
Im Allgemeinen, stereo or multi-channel products that can reach 300 W per channel need to be able to continuously reach 600 W in order to comply with the regulations set by the Federal Trade Commission (FTC) today. Gemäß FTC-Vorschriften, Der linke und rechte Kanal müssen fünf Minuten lang weiterhin volle Leistung ausüben, bevor der Hersteller diese Leistung als Nennleistung beanspruchen kann. Since Switch Mode Power Supply (SMPS) is currently the most commonly used power supply technology for digital amplifiers, Dies erfordert, dass SMPS mindestens fünf Minuten Leistung von 600 W liefert. Aus der Sicht der Wärmeableitung, fünf Minuten ist eine relativ lange Zeit. In der Tat, Der SMPS muss in der Lage sein, diese Leistung kontinuierlich zu erreichen. Für diese hohe Leistung, Es wird im Allgemeinen empfohlen, Push-Pull zu verwenden, Halbbrücken- oder Vollbrücken-SMPS.
As for low-power SMPS designs (less than 200 W), die umgekehrte Topologie wird am häufigsten verwendet. Dieser Artikel geht nicht darauf ein, warum Push-Pull oder Halbbrücken SMPS für hohe Leistungsniveaus geeignet ist, etc. Im Folgenden finden Sie nur eine kurze Beschreibung. Im umgekehrten SMPS, only a part of the transformer magnetic B-H curve (see Figure 1) is used. Darüber hinaus, Das umgekehrte SMPS hat eine einfachere Struktur und niedrigere Kosten.

Weil der hohe Strom des Hochleistungs-SMPS extrem hohen magnetischen Flusses im SMPS-Transformator verursacht, Die Verwendung der gesamten B-H-Hysterese-Schleifenkurve kann den Verlust des magnetischen Kerns reduzieren. Push-Pull- oder Halbbrückentopologie kann die Leistung von SMPS erhöhen, jedoch, die Komplexität und Kosten des Entwurfs steigen auch.
Darüber hinaus, Es ist notwendig, die im SMPS verwendeten Komponenten zu ersetzen, um hohe Leistung und hohen Strom zu erreichen. Der SMPS-Transformator muss auch vergrößert werden, um hohe Leistung und hohen Strom zu bewältigen. Für 220 VAC Eingang, Der Spitzenstrom von 600 W SMPS kann 15-Amps erreichen. For 110 VAC designs (90 VAC to 136 VAC), it is recommended to use a voltage doubler or power factor correction (PFC) after the filter, weil für 600 W SMPS mit 90 VAC bis 136 VAC Eingang, der Eingangsstrom wird ziemlich groß. Zu den Komponenten, die genau überwacht werden müssen, gehören der Haupteingang AC-DC Gleichrichterkondensator und der zusätzliche DC-Ripple-Spannungseliminationskondensator. Darüber hinaus, Der Eingangs-EMI-Leitungsfilter muss auch die erhöhte Leistungsbelastung unterstützen können.
Da das Design dieser Netzteile ziemlich kompliziert ist und professionelle Kenntnisse erfordert, Es wird generell empfohlen, die vorhandenen SMPS-Netzteile zu verwenden.
Audio signal path components
There are other considerations when designing for higher ripple current. Zum Beispiel, gemäß der Schaltung in Abbildung 2, when the H-bridge voltage (PVDD) is 50V, Ein 10µH Induktor wird verwendet, und die Schaltfrequenz ist 384 kHz, Der Rippelstrom in einem System mit TAS5261 kann 1 erreichen.6-Ampere. Dies bedeutet, dass die Induktivität und Kapazität im Ausgangs-LC-Filter und PVDD-Kondensator in der Lage sein müssen, den Laststrom und diesen Wellstrom zu verarbeiten. The presence of high current in the filter inductance also means that the inductor must have a fairly low DC resistance (less than 25 milliohms recommended). Allerdings, auch wenn der Widerstand recht gering ist, Die Filterinduktivität leidet unter I2R Verlust. Der Induktor muss auf den resultierenden Temperaturanstieg reagieren können, insbesondere das Kernmaterial. Das Referenzdesign TAS5261 umfasst eine Materialtabelle und eine spezifische Induktionsteilnummer.

PCB-Design issues
The PCB signal lines of the high current amplifier and SMPS must have the minimum resistance in order to minimize the I2R loss. Generally speaking, Dies bedeutet, dass zwei Unzen Kupfer verwendet werden sollten und die Signalleitungen so breit wie möglich sein sollten. Abbildung 3 zeigt die Signallinien des Referenzdesigns TAS5261 Leiterplatte. Um die Probleme der EMI- und Audioleistung zu minimieren, Sie sollten der Konfiguration so viel wie möglich folgen, und diese Konfiguration auf die Hochspannung anwenden/High-Power Ende der Leistungsstufe völlig unverändert. The high-power signal line is located on the right side of the integrated circuit (IC) on the top layer (as indicated by the arrow). Abbildung 3 zeigt auch die Leiterplattenkonfiguration des TAS5261 Referenzdesigns.

Die neue Hochleistungsleistungsstufe digitaler Verstärker trägt dazu bei, vielfältigere Produkte und Anwendungen zu entwickeln. Die in diesem Artikel beschriebenen Konzepte können helfen, die wichtigsten Herausforderungen bei Hochleistungskonstruktionen zu meistern.