[经验心得] 作为高保真功放你的电源够劲了吗?

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发表于 2018-10-18 09:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 yxu2018 于 2018-10-18 09:26 编辑

前段时间刚好做了个实验,发现了一个长期被大多数人忽略的问题,
实验中为了方便,采用了正负对称输出的开关电源供电,
实验采用标称75W的开关电源:±12V/3A的规格,放大器为OCL电路,
在测试过程中发现,驱动线圈直流电阻为4欧/30W的感性负载,
当输出接近30W时,开关电源就会进入短暂的过载保护状态,
系统无法正常稳定的工作。

通常来说,75W的电源带30W的负载应该是绰绰有余的。
分析原因,(分析暂时不考虑放大器本身的效率问题)
由于OCL电路为半桥驱动,对称电源的利用效率只有50%不到,
而±12V/3A的电源规格,实际功率为24V*3A=72W,
可供利用的功率为72/2=36W
所以在这个例子里,中小音量时,电路工作完全正常,
然而在接近满功率输出的时候,反电动势产生的叠加电流,
已经超过了开关电源过载阈值,导致开关电源进入保护状态。

所以这个现象令人细思极恐,市面上所有采用半桥结构的功放,
如果电源功率按输出额定功率的2倍设计,仍然是不够的。
虽然实际的功放产品不会采用开关电源,
整流滤波电源可以采用很大容量的滤波电容来缓解供电不足现象,
但是如果连续输出额定功率时,仍然会不可避免的产生供电不足现象。

最后笔者认为采用半桥驱动结构的发烧功放,
电源贮备功率至少应该是额定输出功率的4倍,
经验公式以30W为例:30W×2×2=120W,
第一次乘以2是因为对称电源的利用率只有50%,
第二次乘以2是考虑预留一倍的余量,应付反电动势过载的情况。

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发表于 2018-10-18 09:26 来自手机端 | 显示全部楼层
两声道反相,很多成品机都是这样提高电源利用率。

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发表于 2018-10-18 09:47 | 显示全部楼层
开关电源保护方式的选择问题,不是为音频设计的开关电源就会在大动态时保护。开关电源的峰值功率要在功放的4倍以上.

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 楼主| 发表于 2018-10-18 10:03 | 显示全部楼层
音随馨动 发表于 2018-10-18 09:47
开关电源保护方式的选择问题,不是为音频设计的开关电源就会在大动态时保护。开关电源的峰值功率要在功放的 ...

通过开关电源出现过载保护这个现象说明,在驱动扬声器的时候,由于线圈快速的切割磁力线,
会产生强大的反电动势,而这个反电动势产生的电流会叠加在放大器的输出电流上,导致电源过载。

开关电源由于有保护,很容易就发现了这个问题,而整流滤波电源在这种情况下表面看仍然能工作,
但是实际上已经产生了严重的削波失真。

所以我认为无论是开关电源还是线性电源只要是半桥驱动模式,电源功率都至少是额定输出的4倍。

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发表于 2018-10-18 10:27 | 显示全部楼层
yxu2018 发表于 2018-10-18 10:03
通过开关电源出现过载保护这个现象说明,在驱动扬声器的时候,由于线圈快速的切割磁力线,
会产生强大的 ...

关于反电动势叠加电流问题,有不少人说。但是我还没看到过有人实际测试过。是否是说的那样,不知道论坛里有没大虾测下。没有测试的话这种说法就成立想当然了。

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发表于 2018-10-18 10:29 | 显示全部楼层
yxu2018 发表于 2018-10-18 10:03
通过开关电源出现过载保护这个现象说明,在驱动扬声器的时候,由于线圈快速的切割磁力线,
会产生强大的 ...

跟反电动势有毛线关系.就是过电流了,还有就是开关电源瞬态没跟上电压下跌,大部份开关电源从轻载到重载都会有电压跌落现象。削波失真就是电压掉下来了。

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发表于 2018-10-18 10:34 | 显示全部楼层
高保真功放不需要连续满功率输出,无论是开关电源还是普通电源都不需要满足满功率输出的容量,
但需要能承受短时间满功率输出和一定的抗过载能力。
具体设计上,开关电源的大功率开关管功率余量要大,散热可以较小,变压器可以缩小。普通电源一
般有较大的滤波电容就可以了。

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 楼主| 发表于 2018-10-18 10:34 | 显示全部楼层
超低失真之梦 发表于 2018-10-18 10:27
关于反电动势叠加电流问题,有不少人说。但是我还没看到过有人实际测试过。是否是说的那样,不知道论坛里 ...

反电动势叠加电流的问题,无论是理论分析还是实际验证,都已经证明是确实存在的,
出于条件上的限制,我只能给出定性的结果。
如果有大神精确测试以后给出定量的结果,那就更完美了。

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 楼主| 发表于 2018-10-18 10:39 | 显示全部楼层
ACDC2017 发表于 2018-10-18 10:34
高保真功放不需要连续满功率输出,无论是开关电源还是普通电源都不需要满足满功率输出的容量,
但需要能承 ...

不能连续输出额定功率的话,把它叫高保真功放,应该是浪得虚名了。

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发表于 2018-10-18 10:39 来自手机端 | 显示全部楼层
本帖最后由 xmlhifi 于 2018-10-18 10:42 编辑

功放偶尔过载属于小概率事件,为此增加几倍电源余量属于最笨的解决方法,在大多数时候都是浪费。商品机会采用更聪明的方法应对过载,比如动态压缩等,工频线性电源增加电容量,开关电源调整占空比都能有效应对短时间过载。

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 楼主| 发表于 2018-10-18 10:40 | 显示全部楼层
音随馨动 发表于 2018-10-18 10:29
跟反电动势有毛线关系.就是过电流了,还有就是开关电源瞬态没跟上电压下跌,大部份开关电源从轻载到重载都 ...

如果是纯阻性负载,就不会出现这个问题,你说跟反电动势有没有关系

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发表于 2018-10-18 10:42 | 显示全部楼层
yxu2018 发表于 2018-10-18 10:40
如果是纯阻性负载,就不会出现这个问题,你说跟反电动势有没有关系

你把电阻减小试试?不会出现才怪.

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发表于 2018-10-18 10:45 来自手机端 | 显示全部楼层
从负载看,正负电源的加载功率是基本等量的,变压器功率取功放最大输出功率的2倍是最起码的,这只是理想值,把电压利用率算上和保证功率宽裕,取4倍更稳当,当然这只能算是经验值而已

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 楼主| 发表于 2018-10-18 10:45 | 显示全部楼层
xmlhifi 发表于 2018-10-18 10:39
功放偶尔过载属于小概率事件,为此增加几倍电源余量最笨的解决方法,在大多数时候都是浪费。商品机会采用更 ...

对的,版主说的没有错,商品机考虑成本问题,一定会采用折中的办法缓减,但是问题还在,
我们自己DIY的时候,通常成本不是主要问题,相比投资在线材和补品上的成本,
在电源上增加必要投资应该还是比较小的开支而已。

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发表于 2018-10-18 10:47 来自手机端 | 显示全部楼层
楼主找到了开关电源供电的缺陷,可以改进

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yxu2018 发表于 2018-10-18 10:39
不能连续输出额定功率的话,把它叫高保真功放,应该是浪得虚名了。

高保真的不需要,非高保真另说,你见过谁家的功放是满功率输出的?一半都用不了,所以根本
就不需要超大的功率储备,功放对电源的要求应该是低内阻,这比功率余量重要得多。

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yxu2018 发表于 2018-10-18 10:40
如果是纯阻性负载,就不会出现这个问题,你说跟反电动势有没有关系

根本原因是喇叭在低频处的阻抗会变得很低。喇叭等效模型可以说明这一点.

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 楼主| 发表于 2018-10-18 11:17 | 显示全部楼层
ACDC2017 发表于 2018-10-18 11:02
高保真的不需要,非高保真另说,你见过谁家的功放是满功率输出的?一半都用不了,所以根本
就不需要超大 ...

那是你理解的问题,一台高保真功放,在使用时建议只使用额定功率的1/10,
这是按音乐的动态范围预留的裕量,比如额定30W的功放,平时建议输出3W左右。
是为了音乐高潮来临,在最大输出30W时仍然保持不削波。而不是用不到30W!

而我说的电源功率问题是指:要保证额定输出30W需要多大的电源功率!

另外你说:功放对电源的要求应该是低内阻,这比功率余量重要得多。
请问你是否明白低内阻跟电源的功率有什么联系呢?

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发表于 2018-10-18 11:38 | 显示全部楼层
yxu2018 发表于 2018-10-18 11:17
那是你理解的问题,一台高保真功放,在使用时建议只使用额定功率的1/10,
这是按音乐的动态范围预留的裕 ...

所以用不着几倍的功率余量,只要能满足点时间即可,有一定的抗过载能力(第一个恢复就已经
说到了)。

请问你是否明白低内阻跟电源的功率有什么联系呢?
那些用加大电源功率的方法来降低内阻的实在是一种笨办法,真正能解决问题的是使用稳压供电,
当使用了稳压供电以后,功率余量可以不需要考虑,甚至可以缩小,这是涉及到工程设计的具体
问题了,这取决于设计者的智慧和对于电子电路的功底。

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发表于 2018-10-18 11:55 来自手机端 | 显示全部楼层
ACDC2017 发表于 2018-10-18 11:38
所以用不着几倍的功率余量,只要能满足点时间即可,有一定的抗过载能力(第一个恢复就已经
说到了)。
...

你对电源好像很有研究,但又忘记了稳压电源之所以内阻很低正是因为源功率的余量,只不过你把调整管消耗的那部分余量归功于上帝的赐给罢了
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