利用PeakSwitch設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)電源

　　電源不僅影響音頻系統(tǒng)的尺寸、重量和功率效率，而且還對聲音輸出質(zhì)量起著重要作用。傳統(tǒng)的線性電源龐大笨重，費(fèi)用昂貴,無法在提供音頻系統(tǒng)所需要的連續(xù)功率和峰值功率之間10:1 擺幅比率的同時(shí)，滿足市場對小型音頻設(shè)備的需求。線性解決方案通過采用大號功率變壓器和大型輸出濾波級電路來滿足此需要，大型輸出濾波級可在中等峰值負(fù)載條件下慢慢下降以維持可接受的性能水平。但這種方法已不足以滿足現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能和效率要求。

　　由于線性電源的局限性，越來越多的工程師使用開關(guān)技術(shù)來設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)的電源。迄今為止，開關(guān)電源依然不得不依賴于大規(guī)模過度設(shè)計(jì)來維持平穩(wěn)的輸出電壓，而且設(shè)計(jì)要從短時(shí)高峰值負(fù)載條件下的小型輸出級電路考慮起。然而，專門從事功率轉(zhuǎn)換 IC 業(yè)務(wù)的芯片公司 Power Integrations研發(fā)了一種新的設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法結(jié)合先進(jìn)的高壓技術(shù)，使這種過度設(shè)計(jì)成為了歷史。

　　Power Integrations公司利用其PeakSwitch IC產(chǎn)品系列PKS606P開發(fā)設(shè)計(jì)出一個(gè)電源參考設(shè)計(jì)(如圖1所示)。電路的中心是 8引腳 DIP 封裝的 PeakSwitch PKS606P (U1)，這樣可以最大限度地降低峰值功率所需的散熱片的成本及尺寸。

圖 1   圍繞 PKS606P 器件設(shè)計(jì)的20W 連續(xù)負(fù)載，43W 峰值負(fù)載音頻放大器電源

　　PeakSwitch IC 將一個(gè) 700V 功率 MOSFET、通過頻率抖動降低 EMI 的振蕩器、用于啟動的高壓開關(guān)電流源及限流電路集成在一個(gè)單片器件內(nèi)。同時(shí)還集成了多種保護(hù)功能，其中包括自動重啟動、輸入線電壓檢測和遲滯熱關(guān)斷保護(hù)。

　　連接“S”和“D”的功率 MOSFET 按照系統(tǒng)時(shí)鐘定義的恒頻進(jìn)行開關(guān)。MOSFET 開關(guān)將整流市電輸入的能量傳導(dǎo)至變壓器次級。在正常操作下，MOSFET 的開關(guān)由 EN/UV 輸入控制。當(dāng)從此引腳拉出的電流大于 240mA 時(shí)，MOSFET 的開關(guān)將被禁止。因此，通過光耦傳遞到 EN/UV 輸入的 DC OUT 反饋信號可以啟用或禁用 MOSFET 的開關(guān)，從而根據(jù)負(fù)載條件調(diào)節(jié)輸出電壓。偏置繞組為 PeakSwitch 器件提供電源。可選的智能 AC 電壓檢測元件提供了短路、過載及開環(huán)故障鎖存關(guān)斷保護(hù)功能，防止在斷電或持續(xù)低輸入電壓期間出現(xiàn)的輸出電壓擾動。

　　輸入電路由一個(gè)保險(xiǎn)絲 (F1) 和若干 EMI 濾波器元件(R6、C9、L8、L4、C12、R9、R8 和 C13)組成。AC 輸入在初級側(cè)功率元件(T1 和 U1)上進(jìn)行整流 (D1-D4)、濾波 (C2) 和連接。

　　在每個(gè)開關(guān)周期的反激階段，RCD-Zener 箝位電路(L2、D5、R7、C11 和 VR1)可以保護(hù)集成在 U1 中的 MOSFET。磁珠 L2、RC 緩沖吸收 R7 和 C11 通過抑制高頻振蕩來降低 EMI。電容 C4 去耦 U1 的旁路 (BP) 引腳，該引腳是 IC 的 內(nèi)部調(diào)節(jié)供電點(diǎn)。集成的高壓電流源可為 U1 提供初始工作電源。T1(引腳 4 和 5)、D6、C5 和 R3 上的偏置繞組可在初始啟動后為 U1 提供工作電流。輸出電壓反饋通過 U2 在安全絕緣層進(jìn)行耦合。三極管 Q1、C19、R14 和 D9 可防止 U2 光敏三極管通常遇到的高頻率損益，從而為啟用或禁用的開關(guān)周期組(脈沖束流)提供保護(hù)。利用 EN/UV引腳上的信號，U1 中的控制器可以通過啟用和禁用 MOSFET 開關(guān)周期來調(diào)節(jié)輸出電壓。

　　在絕緣層的次級側(cè)，D7 整流 T1 的輸出并為 C7 和 C16 充電。D7 上的緩沖吸收電路(R5 和 C10)對 D7 關(guān)閉時(shí)發(fā)生的高頻振蕩進(jìn)行衰減。

　　輸出電壓反饋來自兩個(gè)獨(dú)立的電路。由 VR2、U2 的 LED、C19 和 R16 組成的電路可以提供反饋信號的高頻 (HF) 部分。由 R10、U3 及其相關(guān)元件組成的電路可提供反饋信號的低頻 (LF) 部分，并決定 DC 穩(wěn)壓設(shè)置點(diǎn)。
HF 電路可以為電源提供良好的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)靈敏度。LF 電路則為電源提供良好的輸出電壓精度。這兩種電路的工作方式是，始終在輸出電壓超出設(shè)置點(diǎn)值時(shí)正向偏置 U2 中的 LED。

　　VR2、U2 LED 和 R16 上的串聯(lián)電壓下降決定著 HF 電路的設(shè)置點(diǎn)。分壓器(R12 和 R13)）和 U3 則決定 LF 電路的設(shè)置點(diǎn)。電容 C17 的物理位置處于 HF 電路附近，并衰減可誤觸發(fā)其設(shè)置點(diǎn)閾值的噪聲。如果反饋環(huán)路變?yōu)殚_路，齊納二極管 VR3 將箝位 16V 的輸出電壓，直至進(jìn)入自動重啟動狀態(tài)(在 30 ms 內(nèi)無任何周期被跳過時(shí)發(fā)生)。

　　上述電路可在超過 90-265 VAC 的條件下進(jìn)行工作，并且符合 EN55022 B 傳導(dǎo) EMI 限制。在 Power Integrations 設(shè)計(jì)參考 DI-134中提供有變壓器參數(shù)和性能曲線的詳盡信息。

　　PeakSwitch 能夠?yàn)橐纛l系統(tǒng)提供高峰值輸出功率，而不會增加電壓設(shè)計(jì)的尺寸和成本。這些優(yōu)勢使 PeakSwitch 系列成為小尺寸、低成本但具有高性能水平的現(xiàn)代音樂系統(tǒng)的理想之選。