定壓功放

定壓功放

音頻遠程傳播系統的部件
定壓功率放大器(constant voltage power amplifier)廣泛應用于廣播系統及報警系統,甚至應用于超聲等功率轉換産品。常見的該類功率放大器主要承擔音頻遠程傳播系統的心髒功能。最早的産品概念來源于1949年美國的産品标準,起初主要應用于學校、辦公室、報警産品。随後應用範圍逐步推廣至軍事領域、海事領域、消防領域,近年一部分超聲類産品也采用這種産品及結構作為功率源。
    中文名:定壓功放 外文名: 所屬品牌: 産品類型: 英文名:constant voltage power amplifier 作用:功率放大 應用:軍事、海事、消防等 承擔:音頻遠程傳播系統的心髒功能

基本信息

早期的産品采用電子管,采用推挽拓撲至輸出變壓器,該類定壓放大器體積龐大,效率低,壽命短目前已很少使用。

随後出現的雙極性晶體管功率放大器目前應用較多,最常見的系統由10v-80輸出的AB類或B類雙極性功率放大器驅動相應額定功率的輸出變壓器組成,輸出變壓器通過不同的抽頭實現70v/100v/120v的音頻電壓有效值輸出。

這類放大器随後又衍生出來基于B類為基礎的H類多級電源電壓産品和電源電壓随動放大器産品,這兩種産品基于B類放大器,但是能量轉換效率要提高10%-20%左右,發熱量減小很多,功率密度有所提高。

随着功率電子技術的發展,目前基于PWM調制的數字功率放大器産品已經逐漸占領主流市場,高功率密度,高轉換效率,長壽命産品支持。

小功率定壓功率放大器逐步采用單芯片的CLASS D放大器驅動高壓輸出變壓器的結構,目前在諸如報警系統、應急廣播系統等電池供電的産品中廣泛應用這類結構的定壓放大器産品。

這類産品功率不大,從10W-300W,效率高為其顯著特征,滿功率輸出效率甚至大于95%,為傳統模拟放大器所不能比拟。

無輸出變壓器定壓數字功率放大器(transformerless constant voltage power amplifier)技術以其更高的功率密度成為新興的行業技術标準,數字功率放大器輸出端濾波處理後直接輸出。

省去了笨重巨大的輸出變壓器是其顯著特點,具備最高的功率密度,最大的功率質量比,整機頻響極大提升,功放及組成的系統音質明顯高于傳統,目前成為行業研究設計的新方向。

無輸出變壓器定壓數字功率放大器技術的核心在于工作的廣泛的适應性,高可靠性,高運行穩定性,确保MTBF>10萬小時,具備良好的短路保護,過流保護,續流保護,溫度功率控制,超功率自動增益控制等功能。

确保功率轉換的高效率高可靠,做到小故障自動快速處理不影響輸出,突發問題續流支持不中斷輸出,環境影響自動适應,另外阻抗匹配,器件選用等環節也會在很大程度上影響産品性能。

Sinewave經過多年的研究,陸續批量生産了多種型号的無輸出變壓器定壓數字功率放大器産品,工作穩定可靠,深受客戶好評,專有技術‘B TO B'信号轉換技術成為行業應用示範。

由定壓放大器所組成的背景音樂、公共廣播、應急報警系統已經普及與我們的日常生活,該類系統統稱定壓播放系統(constant voltage speaker system)。

定壓放大器是定壓播放系統的心髒,簡單的定壓播放系統由信号源、放大器、定壓喇叭組成,比較大的系統加入更多的不同分區信号源,采用更多的定壓放大器,優化功放及應急電源備份,通過遠程控制協議協調各部分功能。

定壓系統

含義

定壓輸出的稱呼很容易造成認知誤差,在定壓放大器的應用中是一個交流概念,滿功率輸出時的電壓有效值就是定壓放大器的額定電壓,既不是直流概念中的一直維持固定電壓而電流有所變化,也不是交流概念中的交流電壓有效值恒定。

定壓放大器輸出電壓按照其增益随着輸入電壓的變化而變化,一般測試時施加1000Hz0.775Vrms正弦波信号在輸入端,輸出端在額定負載額定功率輸出的條件下,電壓有效值恒定值,100V系統是比較常見的,美國常用70.7V。

輸出變壓器

常見的定壓輸出變壓器額定功率在10W-300W,比較大的有1000W-2000W的較為少見,因為具備較好的效率和比較小的漏磁,這類變壓器大都使用環形的,鐵芯經過特殊加工卷繞起來,外觀為環狀。

方形的E型鐵芯疊合結構變壓器多用在小功率産品上。

設計計算

雖然定壓系統輸出電壓高線路電流較小,對應的線路損耗較少,但是對于功率稍大的系統,或者距離較遠的系統,選擇合适的導線很為重要。

顯著優勢

系統支持多揚聲器,一台功放可以帶動多個分部與多點的揚聲器,信息發布範圍大。

支持不同功率等級的揚聲器加入系統,不同功率的揚聲器配套不同的線間變壓器都可以在總功率允許的前提下加入到功放輸出總線上,同樣的揚聲器也可以通過接駁線間變壓器的不同抽頭實現不同的功率信号輸出。

低成本系統,功放輸出電壓高,支持普通的電線實現遠程傳輸,整體系統銅耗低,成本低。

容易擴展,系統可以随時增加不同的揚聲器單元實現擴展,隻需要簡單的線路連接。

不足之處

聲音質量沒有定阻功放支持的揚聲器系統好,因為輸出變壓器和線間變壓器的存在會導緻低頻頻響和高頻頻響劣化,導緻整個系統重放帶寬變窄,不過目前的無輸出變壓器産品已很大程度上提高了系統的重放頻響。

也是因為變壓器的存在,信号峰值失真較大。

系統效率仍然不夠高,大系統的綜合能量損耗較大。

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設計及應用

國内軌道交通行業飛速發展,逐漸成為重要的公共交通之一。如何給乘客準确傳達信息,如何通知、引導、疏散大廳内的人流,如何發布突發狀況消息?廣播系統發揮着重要作用,而功率放大器又是其中最重要的成員之一。

功率放大器在廣播系統中起到着"組織、協調"的樞紐作用,在某種程度上主宰着整個系統能否提供良好的音質輸出。也就是信息是否保質保量的傳達給乘客。

基于高頻鍊拓撲的高效單級式定壓功放的研究

分布式揚聲器系統廣泛應用在公共廣播、背景音樂播放等場合,采用單個D類音頻功放直接驅動多個位置較遠的定壓式揚聲器是目前的主流方案。

但D類功放前級側需要采用隔離DC/DC變換器為其提供穩定直流電壓,系統為兩級式功率變換且DC-DC變換器輸出側一般采用LC濾波,濾波電感和電解電容的體積較大。

此外,系統功率等級越大,功放的電源電壓等級越高,後級D類功放需要選用高耐壓的開關管,但高耐壓開關管在高頻(數百kHZ)硬開關工作時開關損耗很大,會顯著降低系統效率,影響散熱設計。

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