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汽車音響供電電源DC-DC變換器電路

 共同成長888 2015-06-18

汽車音響電源DC-DC變換器電路


目前國外汽車音響現(xiàn)狀有以下特點(diǎn)。

    DC變換器重出江湖

    之所以說DC變換器“重出江湖”,是因?yàn)樯鲜兰o(jì)40年代的電子管收音機(jī)時(shí)代,為了向汽車中的電子管收音機(jī)提供高電壓供電,曾廣泛采用一種“振動子”變流器,這種變流器的原理是利用機(jī)械觸點(diǎn)組成雙向開關(guān),將12V直流電變換為雙向方波,然后通過變壓器資脈沖波電壓升高,再整流,濾波成為高壓直流電,其電路基本原理與現(xiàn)有的晶體管直流變換器是相同的,區(qū)別是由機(jī)械開關(guān)換向,其脈沖頻率只是在1KHZ以下,而且頻率也較低。這種機(jī)械式振動子變換器一直延用到半導(dǎo)體器件相當(dāng)成熟,即電子管收音機(jī)改為晶體管后,才從汽車音響中消失。

    由于小汽車音響受到12V供電的制約,無論輸出功率還是音場效果都難以進(jìn)一步提高。在此情況下,從上世紀(jì)末,歐洲生產(chǎn)的汽車音響中開始采用DC-DC變換器,將12V蓄電池供電變換為±24V-±50V,向汽車音響提供電源。目前,DC-DC變換器與機(jī)械變流器相比,已今非昔比,其開關(guān)頻率可達(dá)100KHZ以上,效率接近90%。

    汽車音響供電電源中采用DC-DC變換器,而不采用升壓式開關(guān)電源,是經(jīng)過縝密考慮的?,F(xiàn)代的晶體管放大器部分仍為AB類放大,其工作電流隨信號的波動成正比變化,所以功放實(shí)際上構(gòu)成變動范圍極大負(fù)載。為了避免功放輸出信號產(chǎn)生削頂失真,要求供電電源有足夠的能量儲備,當(dāng)信號峰值瞬間能立即提供較大的電流(一般PMOP即為對功放瞬間峰值功率的標(biāo)稱)。顯然,也包括了電源瞬間輸出電流的能力。

    開關(guān)電源無論采取PWM還是PCM,其能量輸出是由脈沖變壓器電磁轉(zhuǎn)換形成的,開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),向脈沖變壓器存儲磁能,開關(guān)管截止時(shí),磁能轉(zhuǎn)換成電能,向負(fù)載提供電壓。 即使負(fù)載電流瞬間增大使輸出電壓下降,穩(wěn)壓控制系統(tǒng)也只能控制開關(guān)管在下一個(gè)導(dǎo)通周期延長導(dǎo)通時(shí)間,待開關(guān)管載止后,輸出電壓上升,以圖補(bǔ)償負(fù)載電流增大的影響。但是,音樂的波動是千變?nèi)f化的,有時(shí)大幅度的沖出信號只是瞬間的事,若信號沖擊到來時(shí),開關(guān)電源不能及時(shí)提供大電流,輸出電壓必然形成隨大信號下降的波形,使信號上沖受限,產(chǎn)生波形失真,等沖擊信號過后,PWM電路才輸出信號上升,開關(guān)電源再降低其輸出電壓,以使其輸出電壓穩(wěn)定。可惜,這一切為時(shí)已晚,在此過程中輸出信號難免失真,同時(shí)也增大了電源紋波脈沖,使放大器的噪聲增大。

    直流變換器則不同,變換器的開關(guān)管始終以設(shè)定的脈寬工作,只要開關(guān)管有足夠的開關(guān)電流,它能隨時(shí)提供其額定功率以內(nèi)的電壓。從此點(diǎn)來說,直流變換器和變壓器整流電源沒有區(qū)別,而且直流變換器的內(nèi)阻更低,對瞬間大電流的適應(yīng)性更強(qiáng)。實(shí)際上變換器是不用穩(wěn)壓系統(tǒng)的開關(guān)電路,任何開關(guān)電源除去脈沖調(diào)制,取樣誤差放大部分實(shí)質(zhì)即為直流變換器。

    根據(jù)上述原理,上世紀(jì)末,歐洲開始在轎車音響上配置直流變換器,與汽車功放配套。1980年,德國生產(chǎn)的Monacor HPB150汽車功放,配備了12V與±25V直流變換器,輸出最大電流可達(dá)10到15A,使功放有效輸出功率可達(dá)2X40W,或BTL接法,使輸出功率為150W。另一名為“Jensen”的汽車功放所配用的變換器,則可將12V電壓變換成雙電源±30V/15A的輸出可以向四聲道的放大器供電,輸出4*60W的有效功率其中“Monacor HPB150為最早的產(chǎn)品,其功放變換器采用分立元件組裝成自激推挽式變換器,共采用13只三極管,電路較復(fù)雜,裝調(diào)也不方便。此外,由于自激式振蕩電路其工作頻率隨負(fù)載電流變化,脈沖干擾抑制也比較困難。

    Jensen功率變換器,則采用傳統(tǒng)開關(guān)電源它激式驅(qū)動器驅(qū)動四只MOS FET開關(guān)管組成的并聯(lián)推挽電路,其功放變換器電路如附圖所示。該汽車功放中利用MOS FET管作為開關(guān)管,可以提高電源變壓器的工作效率,有利于抑制脈沖干擾,同時(shí)還可以減小電源變壓器的體積。變換器的振蕩器和控制系統(tǒng)全部集成在IC(TL494)內(nèi)部。TL494原設(shè)計(jì)為它激式開關(guān)電源驅(qū)動控制器,內(nèi)部除含有振蕩器,脈寬調(diào)制器以外,還有基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓電路,死區(qū)時(shí)間控制電路和兩組比較器組成的誤差檢測電路。TL494在該電路中構(gòu)成它激式變換器,只利用了其振蕩器和驅(qū)動電路,用作驅(qū)動開關(guān)管的脈沖信號源,因而與常規(guī)用法有所不用。在該電路中,TL494第5,6腳外接時(shí)間常數(shù)電路(C3,R5),振蕩器產(chǎn)生80kHZ的脈沖信號,經(jīng)TL494內(nèi)部雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制,變成兩路時(shí)序不同的驅(qū)動脈沖,驅(qū)動兩組驅(qū)動放大器。TL494內(nèi)部兩組驅(qū)動級,由第9,10腳輸出時(shí)序不同的正向脈沖。為了避免在兩路脈沖交替處推挽開關(guān)管VT3,VT5和VT2,VT4同時(shí)導(dǎo)通,TL494的第四腳外接R6,C2,R4設(shè)定死區(qū)時(shí)間 。一組驅(qū)動脈沖使推挽電路一臂導(dǎo)通后,相隔一死區(qū)時(shí)間,才發(fā)出另一組驅(qū)動脈沖,使另一臂導(dǎo)通(第四腳電壓越高,死區(qū)時(shí)間越長)。TL494第1,2腳為兩組取樣放大器的同相和反相輸入端,可控制內(nèi)部比較器組成的脈寬調(diào)制器設(shè)定的占空比。在該變換器中,TL494各腳功能及應(yīng)用如下:

    第1腳為第一組誤差放大器的反相輸入端。電路中以R2接地,使之為低電平。

    第2腳為第一組誤差放大器的同相輸入端。由R7接入5V基準(zhǔn)電壓。當(dāng)?shù)?腳輸出高電平時(shí),誤差放大器輸出端(第3腳)輸出恒定的低電平,該電平在TL494內(nèi)部控制比較器組成的PWM調(diào)制器,輸出最大脈寬45%,其余5%作死區(qū)時(shí)間。 另外,第2腳外接C4為軟起動電容,開機(jī)瞬間C4充電使第2腳瞬間為低電平,誤差放大器輸出高電平,隨著C4充電電壓升高,第2腳電壓升高,第3腳電壓降低,使PWM比較器輸出脈寬緩增大到額定脈寬,避免開機(jī)沖擊電流損壞開關(guān)管。

    第3腳為誤差放大器輸出端,外接R3,C1為避免誤差放大器振蕩而設(shè)。

    第4腳為死區(qū)時(shí)間控制端,通過R6,R4從5V基準(zhǔn)電壓分壓得到0.05V死區(qū)時(shí)間控制電壓,使兩組驅(qū)動脈沖之間有占脈寬5%的間隙。第4腳電平達(dá)到0.3V時(shí),驅(qū)動脈沖被關(guān)斷。

    第5,6腳為振蕩頻率控制端,外接R5,C3設(shè)定振蕩器產(chǎn)生約80KHZ的振蕩脈沖,徽調(diào)R5可使振蕩頻率為100KHZ。C3,R5與振蕩頻率的關(guān)系為:f(kHZ)=1.2/R(kΩ)·C(μF)。

    第7腳為公共地端。

新汽車音響供電電源DC-DC變換器電路
 

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