PCBニュース - 高出力ディジタル増幅器の設計課題

The design challenges of high-power digital amplifiers include:
1) SPS問題, 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
一般的に言えば, 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. FTC規則によると, 左右のチャンネルは、メーカーが定格電力としてこの電力を請求する前に、5分間フルパワーを発揮し続けなければならない. Since Switch Mode Power Supply (SMPS) is currently the most commonly used power supply technology for digital amplifiers, これは、SMPSが600 Wの電力レベルの少なくとも5分を提供することを必要とする. 放熱の観点から, 分は比較的長い時間です. 事実上, SMPSは連続的にこのパワーを達成することができなければなりません. この高い力のために, 一般的にプッシュプルを使用することをお勧めします, ハーフ・ブリッジ.
As for low-power SMPS designs (less than 200 W), 逆位相は最もよく使われる. プッシュプルまたはハーフブリッジSMPSが高電力レベルに適している理由については、この論文は詳述しない, etc. 以下は簡単な説明です. インザリバース, only a part of the transformer magnetic B-H curve (see Figure 1) is used. 加えて, 逆のSMPSは、より単純な構造と低コスト.

高出力のSMPSの高電流は、SMPS変圧器で非常に高い磁束を引き起こすので, B－Hヒステリシスループ曲線全体を使用することによって、磁心の損失を低減することができる. プッシュプルまたはハーフブリッジトポロジーはSMPSのパワーを増大させる, しかし, デザインの複雑さとコストも増加.
加えて, 高出力高電流を達成するためには、SMPSに使用される部品を置き換える必要がある. また、高出力と高電流を扱うために、SMPS変圧器を拡大しなければならない. 220 VAC入力, 600 WのSMPSのピーク電流は15アンペアに達する. 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, 90 VACから136 VAC入力で600 WのSMPSのため, 入力電流はかなり大きい. 密接に監視される必要がある構成要素は、主入力AC−DC整流コンデンサおよび補助DCリップル電圧除去コンデンサ（図2）を含む. 加えて, 入力EMI線フィルタはまた、増加した電力負荷をサポートすることができなければならない.
これらの電源の設計は非常に複雑であり、専門知識を必要とするので, 一般的に、既存のSMPS電源を使用することをお勧めします.
Audio signal path components
There are other considerations when designing for higher ripple current. 例えば, 図2に示す回路によれば, when the H-bridge voltage (PVDD) is 50V, インダクタ10個を使用する, スイッチング周波数は384 kHzである, TAS 5261を使用するシステムのリップル電流は1に達することができます.6アンペア. これは、出力LCフィルタ及びPVDDキャパシタのインダクタンス及びキャパシタンスが、負荷電流及びこのリップル電流を処理することができなければならないことを意味する. 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). しかし, たとえ抵抗がかなり低いとしても, フィルタインダクタンスはI 2 R損失に苦しむ. インダクタは、結果として生じる温度上昇に応答することができなければならない, 特に芯材. TAS 5261参照設計は、材料のテーブルおよび特定のインダクタ部品番号を含む.

PCB設計 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, これは、2オンスの銅が使用され、信号線ができるだけ広くなければならないことを意味する. 図3は、TAB 5261参照設計の信号線を示している PCBボード. EMIとオーディオ性能の問題を最小化するために, できるだけ多くの設定に従ってください, そして、この構成を高電圧に適用する/パワーステージのハイエンド終了. 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). 図3は、TAS 5261参照設計のPCB構成も示します.

デジタルアンプの新しい高ワット電力ステージは、より多様な製品とアプリケーションを開発するのを助けます。この記事で説明された概念は、高出力設計で遭遇した主な挑戦を克服するのを助けることができます。