[DIY制作] 终极版功放稳压电源

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发表于 2014-4-15 13:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 jazzclassics 于 2014-4-17 22:15 编辑

想功放出好声没有好的电源是万万不行的!
再好的功放电路,没有好的电源也是白搭!
想要音质好,对电源的投入至少占到整机投入的二分之一!


以上是我做了
JC2013假日版功放后才领悟到的。

功放电路有成千上万,但其对于电源的要求却基本相同:输出稳定、低阻抗、低压损、低噪声、低纹波、
低电磁辐射、瞬态响应迅速、热稳定优良、带有完整的保护......
具备这样素质的功放电源我将其定义为终极版功放稳压电源。有了这么一个电源,再去做功放,无论什么电路都可以轻松应对游刃有余了。

那么用时下流行的开关电源做功放电源可以么?以下我将线性电源与开关电源做个简单比较。

线性电源与开关电源的比较

目前市面上
开关电源可谓大行其道。那么它的究竟是何方神圣,竟引得天下英雄竞趋之若鹜?

其实开关电源并不神秘,它通过高速开关晶体管将输入的电压在时域内切分,从而输出脉动的直流电压。对这个脉动直流电压重新积分可获得电压低于输入电压的稳定的支流电压。通过控制脉冲宽度,就可以控制输出电压。开关晶体管工作于开关状态,其上有电压时无电流,有电流时无电压,电压和电流的积保持为0,因此理论上开关管担负了电压转换的作用但其自身并不消耗功率。这使得开关电源效率高达90%以上。而传统线性稳压电源因为变压器的存在效率往往只有60%(此处的效率可以简单的看作输出功率与输入功率之比)。由此可见开关电源比传统线性稳压电源在效率方面有很大优势。但也正由于开关的工作方式,其获取能量是突变的,开关电源会产生高频电磁辐射影响周边设备及对电网产生干扰,这样一来开关电源的声底就不够纯净。而传统线性稳压电源则没有射频干扰这个弊端。并且,开关电源因其电压反馈信号通道过长和控制电路复杂,其瞬态提供大电流的能力(瞬态特性)不如传统线性稳压电源。而瞬态响应特性却是区别音频功率放大器优劣的重要特性指标。


由此可见,功率放大器若要获得优异的音质必需使用线性电源。


如今的线性稳压电源已经是LDO的时代,其调整率、纹波和效率都已今非昔比有了长足的进步,这就是为何你在对高稳定和低干扰应用中随处可见LDO的身影。
我们完全可以利用LDO技术构建一款高性能Hi-Fi功放专用稳压电源。

以上是我设计和制作JC2013这款线性稳压电源的初衷。

JC2013这款稳压电源额定输出电流可达+/-13A,支持最高输出电压+/-60V,最大RMS输出功率1560W,调整率<0.05%(输出40V 负载电流6A 时<20mV),纹波<5mV。受益于优秀的低压差设计,最大输出时自身功耗可低至41W。自带两路过流保护,有输出短路自动限流保护功能。


JC2013PSU_2014-04-15_142348.png

设计参数
测试指标
测试条件
最大输出功率
〉1000W
环境温度0~50摄氏度,
最大输出电流
+/-13A
输出电压40V,负载3欧姆
输入电压范围
双路0至110V AC
50Hz
输出电压范围
+/-0至+/-60V
输出电流0-13A
输出电压可调范围
+/-20至+/-60V
输出电流0-13A
电压调整率
<0.05%
输出40V 负载电流6A
纹波系数
<0.01%
输出40V
输出保护
过流保护<=13A
自带过流保护,设定上限13A
最大输出时自身功耗
约49W
输入双49V AC,输出+/-60V 13A

以上设计集成了我对电源问题的一些浅陋看法。

欢迎对功放电源感兴趣的朋友排砖。



2014-4-17日更新:PCB在111楼


JazzclassicsLogoCut.png

发烧就是一个寻求完美的过程。艺无止境、学无止境、修为无止境、追求亦无止境。
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补充内容 (2014-4-19 20:46):
仿真在58楼。

PCB打样在178楼

补充内容 (2014-4-23 16:44):
LDO压损、纹波测试结果在266楼

补充内容 (2014-7-13 12:23):
LDO压损、纹波测试结果2014-4-23 16:38发表在296楼

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发表于 2014-4-15 14:11 | 显示全部楼层
ldo  只是低压差而已    改善功放电源 唯一简单的就是  拼命增加滤波电容

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 楼主| 发表于 2014-4-15 14:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 jazzclassics 于 2014-4-15 15:33 编辑
忧郁绵羊 发表于 2014-4-15 14:11
ldo  只是低压差而已    改善功放电源 唯一简单的就是  拼命增加滤波电容


增加滤波电容是简单,可并不一定最好。电压的稳定性如何控制是一个问题。
电容大了放电是会慢一点,可还是会放电,而且放电后还是需要充电的。此时假设输出给功放的电压和电流不变,变压器就要在保持电压不变的前提下提供更大的电流。这同样对变压器整流器提出了很高的要求。何况电容充放电时其两端电压不可能不变,也即是说它两端电压是随负载变化的,不是稳定的,不论多大的电容,它理论上只是将输出功率对电源本身的调制作用变得略微平缓一些。






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本帖最后由 忧郁绵羊 于 2014-4-15 14:55 编辑
jazzclassics 发表于 2014-4-15 14:34
增加滤波电容是简单,可并不一定最好。电压的稳定性如何控制是一个问题。
电容大了放电是会慢一点,可还 ...


你的意思就是做稳压喽    稳压降低电源利用率 增加功耗 成本高 复杂    当然正面意义也是增加的

我觉着  clc  是不错的     还有ldo  做电子滤波也不错

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 楼主| 发表于 2014-4-15 15:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 jazzclassics 于 2014-4-15 15:34 编辑
忧郁绵羊 发表于 2014-4-15 14:51
你的意思就是做稳压喽    稳压降低电源利用率 增加功耗 成本高 复杂    当然正面意义也是增加的

我觉 ...


看来您也是老玩家

稳压是会降低电源利用率,而采用LDO能提高电源利用率加以弥补,这是采用LDO的原因之一。

另外甲类好声众人皆知,而它的效率却十分低下。为何Hi-Fi圈里人们仍就对甲类趋之若鹜?原因还是好声比高效率更容易得到认同罢了。我问过几个不玩甲类的朋友他们不喜欢甲类原因何在,没有一个说是因为费电,而主要因体大而笨重,且不论出不出声,都似开了火炉,更何况推动喇叭的功率也不够大。

纠甲类好声之原因,主要因为两点其一是不存在交越失真,再有就是不存在输出功率变动对电源的调制作用。试想你开车突然加大油门要提速时你的油管突然被堵住是什么感觉。那个和不充沛的电源给功放带来的效果是一样的。

LDO稳压电源可以极大地抑制输出功率变动对电源的调制作用,而它本身消耗的功率很小不到输出功率的4%。用它构建的电源效率几乎完全由变压器功率和效率决定。采用大的变压器,LDO稳压电源的效率做到80%多也是稀松平常。


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发表于 2014-4-15 15:43 | 显示全部楼层
在条件允许的情况下,有低内阻和低损耗的稳压电源,是最好的。普通整流增大滤波只是退而求其次和降低成本的做法。CLC也是达不到稳压的效果,当然喜欢它的独特韵味就另说。支持楼主的用心之作并关注中~
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发表于 2014-4-15 16:21 | 显示全部楼层
再再好的功放电源在蓄电池面前即成鸡肋!

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发表于 2014-4-15 16:38 | 显示全部楼层
实际电路做出来了吗?我觉得设计还有不妥之处:1、限流保护是失败的设计,突发性过流会击穿保护管,保护随之失灵。2、仅有限流保护是不行的,还得有截流保护,否则调整管还是会过功耗损坏。3、基准电源取自稳压前也不好,应该取自稳压后,基准更稳定。

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发表于 2014-4-15 16:41 | 显示全部楼层
198854 发表于 2014-4-15 16:21
再再好的功放电源在蓄电池面前即成鸡肋!

就一句废话,还有三四个语病

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蓝调太子 发表于 2014-4-15 15:43
在条件允许的情况下,有低内阻和低损耗的稳压电源,是最好的。普通整流增大滤波只是退而求其次和降低成本的 ...

我发现CLC滤波用在BTL电路的甲类机功放效果特佳,很有价值试一下.

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发表于 2014-4-15 19:36 | 显示全部楼层
公羊 发表于 2014-4-15 16:41
就一句废话,还有三四个语病

公羊先生既然知道是废话.可你看那绵羊还在拼命增加滤波电容,让我笑哭,,,

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 楼主| 发表于 2014-4-15 20:10 | 显示全部楼层
蓝调太子 发表于 2014-4-15 15:43
在条件允许的情况下,有低内阻和低损耗的稳压电源,是最好的。普通整流增大滤波只是退而求其次和降低成本的 ...

谢谢支持!

很认太子先生的说法:普通整流增大滤波只是退而求其次和降低成本的做法。

电压稳定是电路工作稳定的基础条件。当然人耳对几个DB信号的强弱并不敏感。

发烧之道即是为人之道。虽然大部分时候我们允许退而求其次,但偶尔也要较汁,去探究一下更完美的可能性。呵呵


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 楼主| 发表于 2014-4-15 20:19 | 显示全部楼层
tsyg99 发表于 2014-4-15 16:07
做好一个稳压电源的确不容易。这电源仅仅能提供8欧的双声道,
采用高效稳压比较好,要不会比较复杂

谢谢关注

LDO从输入到输出的电压几乎可以做到无损。经测算,最大电流输出时在调整管上损失的电压在1.2V左右。这已经是一个我可以接受的数字。

我尝试过LDO这种电路后就不太愿意再去做普通高压差的稳压电路了。




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 楼主| 发表于 2014-4-15 20:36 | 显示全部楼层
本帖最后由 jazzclassics 于 2014-4-15 20:41 编辑
柳暗花明 发表于 2014-4-15 16:38
实际电路做出来了吗?我觉得设计还有不妥之处:1、限流保护是失败的设计,突发性过流会击穿保护管,保护随之 ...


谢谢您的直言指正。

电路还是在理论阶段

我觉得您的第3点说得尤其发人深思。这个基准电压或者说横流源提供的电流越稳定越好。在稳压前它受负载变动的影响会比较小,在稳压后它受输入电压变动的影响会比较小。可为何经典的教科书里都将基准设在稳压前呢?看图:

200722881114292.gif
200722881222546.gif


您还有没有其它更具体的建议?或者您认为好的电路上一个大家讨论一下?谢谢!


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发表于 2014-4-15 20:37 | 显示全部楼层
俺觉得最好的直流电源应无限接近电池。。。

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柳暗花明 发表于 2014-4-15 16:38
实际电路做出来了吗?我觉得设计还有不妥之处:1、限流保护是失败的设计,突发性过流会击穿保护管,保护随之 ...

保护管应该不会被击穿,保护管从辅助电源取电,有电阻限制,不会有大电流。
基准电源很好的,用恒流源提供电流,保证基准的绝对稳定。

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 楼主| 发表于 2014-4-15 20:48 | 显示全部楼层
超明科技 发表于 2014-4-15 18:54
我发现CLC滤波用在BTL电路的甲类机功放效果特佳,很有价值试一下.

甲类还BTL!那真是有钱人玩的。

一般甲类因为功耗过大都不设置很富裕的电流。而负载阻抗不变的情况下不提高电流就无法加大功率...

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 楼主| 发表于 2014-4-15 20:51 | 显示全部楼层
tsyg99 发表于 2014-4-15 20:33
+电源采用P管,而 - 电源采用N管就可以简化电路,且压降是最低的。超低压降的稳压IC都得这样设计
从电 ...

+电源采用P管,而 - 电源采用N管,这是个新说法。兄台上一个电路来看看吧。
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