Noticias de PCB - Desafíos de diseño de amplificadores digitales de alta potencia

Los desafíos de diseño de los amplificadores digitales de alta potencia incluyen: 1) problemas smps, incluidos problemas de diseño topológico y de alto flujo; 2) los componentes importantes en las rutas de señal SMPS y de alto flujo deben especificarse correctamente para manejar una mayor potencia y corriente; 3) problemas de diseño de placas de circuito impreso (pcb), incluido el ancho de la línea de señal y la interferencia electromagnética (emi).

El problema de los SMPS es que, en general, los productos estereofónicos o multicanal que pueden alcanzar los 300 vatios por canal requieren ser capaces de alcanzar los 600 vatios consecutivos para cumplir con las regulaciones establecidas hoy por la Comisión Federal de comercio (ftc). Según la Comisión Federal de comercio, los canales izquierdo y derecho deben seguir aplicando una potencia completa durante cinco minutos antes de que el fabricante pueda calificar la Potencia como Potencia nominal. Debido a que la fuente de alimentación en modo de conmutación (smps) es la tecnología de alimentación más utilizada en los amplificadores digitales en la actualidad, esto requiere que SMPS proporcione un nivel de potencia de 600W durante al menos cinco minutos. Desde el punto de vista de la disipación de calor, cinco minutos es un tiempo relativamente largo. De hecho, el SMPS debe ser capaz de lograr esta Potencia continuamente. Para esta alta potencia, generalmente se recomienda usar SMPS push - pull, Half - Bridge o full bridge. Para el diseño de SMPS de baja potencia (menos de 200w), la topología inversa se utiliza con más frecuencia. Este artículo no detalla por qué las fuentes de alimentación de conmutación push - pull o Half - Bridge son adecuadas para la igualdad eléctrica de alta potencia. a continuación solo se proporciona una breve descripción. En el SMPS inverso, solo se utiliza una parte de la curva B - H magnética del transformador (véase la figura 1). Además, el SMPS inverso tiene una estructura más simple y costos más Bajos.

Debido a que la Alta corriente del SMPS de alta potencia causará un flujo magnético extremadamente alto en el transformador smps, el uso de todo el circuito de histéresis B - H puede reducir la pérdida del núcleo magnético. Las topologías push - pull o Half - Bridge pueden aumentar la Potencia de los smps, sin embargo, la complejidad y el costo del diseño también aumentarán. Además, es necesario reemplazar los componentes utilizados en el SMPS para lograr alta potencia y alta corriente. Los transformadores SMPS también deben amplificarse para manejar alta potencia y alta corriente. Para la entrada de 220 vac, la corriente máxima de 600 W SMPS puede alcanzar los 15 amperios. Para el diseño de 110 vac (90 vac a 136 vac), se recomienda usar un multiplicador de tensión o corrección del factor de Potencia (pfc) después del filtro, ya que para un SMPS de 600W con una entrada de 90 vac a 136 vac, la corriente de entrada será considerable. Los componentes que deben ser monitoreados de cerca incluyen la entrada principal AC al capacitor de rectificación de corriente continua y el capacitor auxiliar de eliminación de voltaje de onda de corriente continua. Además, los filtros de línea EMI de entrada deben ser capaces de soportar una mayor carga de energía. debido a que el diseño de estas fuentes de energía es bastante complejo y requiere conocimientos especializados, generalmente se recomienda el uso de fuentes de alimentación SMPS existentes. El componente de ruta de señal de audio tiene otras consideraciones al diseñar una corriente de onda más alta. Por ejemplo, según el circuito mostrado en la figura 2, cuando el voltaje del puente H (pvdd) es de 50v, se utiliza un inductor de 10 micras H y la frecuencia del interruptor es de 384 khz, la corriente de onda en el sistema que utiliza tas5261 puede alcanzar 1,6 amperios. Esto significa que los inductores y condensadores en los filtros LC de salida y condensadores pvdd deben ser capaces de procesar la corriente de carga y la corriente de onda. La presencia de una alta corriente en el inductor del filtro también significa que el inductor debe tener una resistencia de corriente continua bastante baja (se recomienda menos de 25 Hao ohm). Sin embargo, incluso si la resistencia es baja, la inducción del filtro se verá afectada por la pérdida de i2r. Los inductores deben ser capaces de responder al aumento de temperatura resultante, especialmente al material del núcleo. El diseño de referencia tas5261 incluye una tabla de materiales y un número de pieza de inductor específico.

Problemas de diseño de PCB el amplificador de corriente grande y el cable de señal de PCB del SMPS deben tener una resistencia mínima para minimizar la pérdida de i2r. En general, esto significa que se deben usar 2 onzas de cobre y que la línea de señal debe ser lo más ancha posible. La figura 3 muestra el cable de señal del tablero de PCB de diseño de referencia tas5261. Para minimizar los problemas con el EMI y el rendimiento de audio, debe seguir la configuración tanto como sea posible y aplicar esta configuración completamente sin cambios al lado de alta tensión / alta potencia del nivel de potencia. La línea de señal de alta potencia se encuentra en el lado derecho del circuito integrado de alto nivel (ic) (como se muestra en la flecha). La figura 3 también muestra la configuración de PCB del diseño de referencia tas5261.

El nuevo nivel de potencia de alta potencia del amplificador digital ayuda a desarrollar productos y aplicaciones más diversificados. Los conceptos descritos en este artículo pueden ayudar a superar los principales desafíos encontrados en el diseño de alta potencia.