PCB 뉴스 - 고성능 디지털 증폭기의 설계 과제

고성능 디지털 증폭기의 설계 과제는 1) SMPS 문제, 토폴로지 및 고유량 설계 문제 포함;2) SMPS 및 고유량 신호 경로의 중요한 구성 요소는 더 높은 전력 및 전류를 처리하기 위해 올바르게 지정되어야합니다.3) 신호선 폭과 전자기 간섭(EMI)을 포함한 인쇄회로기판(PCB)의 설계 문제.

SMPS 문제는 일반적으로 각 채널이 300W에 도달 할 수있는 스테레오 또는 다중 채널 제품은 연방 무역 위원회 (FTC) 가 오늘 제정 한 규정을 준수하기 위해 600W에 연속적으로 도달 할 수 있어야합니다.연방 무역 위원회의 규정에 따르면 제조업체는 왼쪽 채널과 오른쪽 채널이 5 분 동안 완전히 전력을 유지해야이 전력을 정격 전력이라고 부를 수 있습니다.스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)는 현재 디지털 증폭기에서 가장 일반적으로 사용되는 전원 기술이기 때문에 최소 5분 동안 600W 전력 레벨을 제공하는 SMPS가 필요합니다.발열 측면에서 볼 때 5분은 상대적으로 긴 시간이다.실제로 SMPS는 이러한 전력을 지속적으로 구현할 수 있어야 합니다.이러한 고출력의 경우 일반적으로 밀어내기, 하프 브리지 또는 전체 브리지 SMPS를 사용하는 것이 좋습니다.저전력 SMPS 설계(200W 미만)에서는 역방향 토폴로지가 가장 많이 사용됩니다.이 문서에서는 왜 푸시 또는 세미 브릿지 스위치 전원이 고출력 전력 평등에 적용되는지 자세히 설명하지 않습니다. 다음은 간략한 설명만 제공합니다.역방향 SMPS에서는 변압기 자기 B-H 커브의 일부만 사용됩니다(그림 1 참조).또한 역방향 SMPS는 보다 단순한 패브릭과 저렴한 비용을 제공합니다.

고출력 SMPS의 고전류는 SMPS 변압기에서 매우 높은 자기통량을 일으키기 때문에 B-H 자체 회선 곡선 전체를 사용하면 코어의 손실을 줄일 수 있다.푸시 또는 하프 브릿지 토폴로지는 SMPS의 전력을 증가시킬 수 있지만 설계의 복잡성과 비용도 증가합니다.또한 고출력 및 고전류를 위해 SMPS에 사용되는 구성 요소를 교체할 필요가 있습니다.SMPS 변압기도 고출력 및 고전류를 처리하기 위해 확대해야 합니다.220VAC 입력의 경우 600W SMPS의 최대 전류는 15Amps에 도달할 수 있습니다.110VAC 설계(90VAC~136VAC)의 경우 90VAC~136VAC 입력이 있는 600W SMPS의 경우 입력 전류가 상당하기 때문에 필터 뒤에 배압기 또는 PFC(전력계수 보정)를 사용하는 것이 좋습니다.면밀한 모니터링이 필요한 구성 요소에는 주 입력에서 직류 정류 콘덴서로 교류하는 콘덴서와 보조 직류 문파 전압 제거 콘덴서가 포함된다.또한 입력 EMI 라인 필터는 추가 전력 부하를 지원할 수 있어야 합니다.이러한 전원 공급 장치는 설계가 상당히 복잡하고 전문 지식이 필요하기 때문에 일반적으로 기존 SMPS 전원 공급 장치를 사용하는 것이 좋습니다.오디오 신호 경로 구성 요소는 더 높은 문양 전류를 설계할 때 다른 고려 사항도 있습니다.예를 들어, 그림 2에 표시된 회로에 따르면 H-브리지 전압 (PVDD) 이 50V이고 10µH 센서를 사용하며 스위치 주파수가 384kHz일 때 TAS5261을 사용하는 시스템의 문파 전류는 1.6Amp에 달할 수 있다.즉, 출력 LC 필터 및 PVDD 콘덴서의 인덕션 및 커패시터가 부하 전류와 이 문양 전류를 처리할 수 있어야 합니다.필터 센싱에 높은 전류가 존재한다는 것은 센서가 직류 저항이 상당히 낮아야 한다는 것을 의미합니다 (25밀리옴 미만이 권장).그러나 저항이 매우 낮더라도 필터 센싱은 I2R 손실을 입을 수 있습니다.센서는 특히 심재와 같이 이로 인해 발생하는 온도 상승에 응답할 수 있어야 합니다.TAS5261 참조 설계에는 재료 테이블 및 특정 센서 부품 번호가 포함됩니다.

PCB 설계 문제 대전류 증폭기와 SMPS의 PCB 신호선은 I2R 손실을 최소화하기 위해 최소 저항이 있어야 한다.일반적으로 이것은 구리 2온스를 사용해야 하며 신호선은 가능한 한 넓어야 한다는 것을 의미한다.그림 3은 TAS5261 참조 설계 PCB 보드의 신호선을 보여줍니다.EMI 및 오디오 성능 문제를 최소화하려면 가능한 구성을 따르고 이 구성을 전력 레벨의 고압 / 고출력 단자에 동일하게 적용해야 합니다.고출력 신호선은 최상위 집적회로(IC)의 오른쪽(화살표 참조)에 있습니다.그림 3에는 TAS5261 참조 설계의 PCB 구성도 나와 있습니다.

디지털 증폭기의 새로운 고와트 전력 수준은 더욱 다양한 제품과 응용을 개발하는 데 도움이 된다.이 문서에서 설명하는 개념은 고출력 설계에서 발생하는 주요 과제를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다.