利用PeakSwitch设计音频系统电源

电源不仅影响音频系统的尺寸、重量和功率效率，而且还对声音输出质量起着重要作用。传统的线性电源庞大笨重，费用昂贵,无法在提供音频系统所需要的连续功率和峰值功率之间10:1 摆幅比率的同时，满足市场对小型音频设备的需求。线性解决方案通过采用大号功率变压器和大型输出滤波级电路来满足此需要，大型输出滤波级可在中等峰值负载条件下慢慢下降以维持可接受的性能水平。但这种方法已不足以满足现代系统设计的性能和效率要求。

　　由于线性电源的局限性，越来越多的工程师使用开关技术来设计音频系统的电源。迄今为止，开关电源依然不得不依赖于大规模过度设计来维持平稳的输出电压，而且设计要从短时高峰值负载条件下的小型输出级电路考虑起。然而，专门从事功率转换 IC 业务的芯片公司 Power Integrations研发了一种新的设计方法，该设计方法结合先进的高压技术，使这种过度设计成为了历史。

　　Power Integrations公司利用其PeakSwitchIC产品系列PKS606P开发设计出一个电源参考设计(如图1所示)。电路的中心是 8引脚 DIP 封装的PeakSwitchPKS606P (U1)，这样可以最大限度地降低峰值功率所需的散热片的成本及尺寸。

图 1 围绕 PKS606P 器件设计的20W 连续负载，43W 峰值负载音频放大器电源

PeakSwitchIC 将一个 700V 功率 MOSFET、通过频率抖动降低 EMI 的振荡器、用于启动的高压开关电流源及限流电路集成在一个单片器件内。同时还集成了多种保护功能，其中包括自动重启动、输入线电压检测和迟滞热关断保护。

　　连接“S”和“D”的功率 MOSFET 按照系统时钟定义的恒频进行开关。MOSFET 开关将整流市电输入的能量传导至变压器次级。在正常操作下，MOSFET 的开关由 EN/UV 输入控制。当从此引脚拉出的电流大于 240mA 时，MOSFET 的开关将被禁止。因此，通过光耦传递到 EN/UV 输入的 DC OUT 反馈信号可以启用或禁用 MOSFET 的开关，从而根据负载条件调节输出电压。偏置绕组为 PeakSwitch 器件提供电源。可选的智能 AC 电压检测元件提供了短路、过载及开环故障锁存关断保护功能，防止在断电或持续低输入电压期间出现的输出电压扰动。

　　输入电路由一个保险丝 (F1) 和若干 EMI 滤波器元件(R6、C9、L8、L4、C12、R9、R8 和 C13)组成。AC 输入在初级侧功率元件(T1 和 U1)上进行整流 (D1-D4)、滤波 (C2) 和连接。

　　在每个开关周期的反激阶段，RCD-Zener 箝位电路(L2、D5、R7、C11 和 VR1)可以保护集成在 U1 中的 MOSFET。磁珠 L2、RC 缓冲吸收 R7 和 C11 通过抑制高频振荡来降低 EMI。电容 C4 去耦 U1 的旁路 (BP) 引脚，该引脚是 IC 的 内部调节供电点。集成的高压电流源可为 U1 提供初始工作电源。T1(引脚 4 和 5)、D6、C5 和 R3 上的偏置绕组可在初始启动后为 U1 提供工作电流。输出电压反馈通过 U2 在安全绝缘层进行耦合。三极管 Q1、C19、R14 和 D9 可防止 U2 光敏三极管通常遇到的高频率损益，从而为启用或禁用的开关周期组(脉冲束流)提供保护。利用 EN/UV引脚上的信号，U1 中的控制器可以通过启用和禁用 MOSFET 开关周期来调节输出电压。

　　在绝缘层的次级侧，D7 整流 T1 的输出并为 C7 和 C16 充电。D7 上的缓冲吸收电路(R5 和 C10)对 D7 关闭时发生的高频振荡进行衰减。

　　输出电压反馈来自两个独立的电路。由 VR2、U2 的 LED、C19 和 R16 组成的电路可以提供反馈信号的高频 (HF) 部分。由 R10、U3 及其相关元件组成的电路可提供反馈信号的低频 (LF) 部分，并决定 DC 稳压设置点。
HF 电路可以为电源提供良好的瞬态负载响应灵敏度。LF 电路则为电源提供良好的输出电压精度。这两种电路的工作方式是，始终在输出电压超出设置点值时正向偏置 U2 中的 LED。

　　VR2、U2 LED 和 R16 上的串联电压下降决定着 HF 电路的设置点。分压器(R12 和 R13)）和 U3 则决定 LF 电路的设置点。电容 C17 的物理位置处于 HF 电路附近，并衰减可误触发其设置点阈值的噪声。如果反馈环路变为开路，齐纳二极管 VR3 将箝位 16V 的输出电压，直至进入自动重启动状态(在 30 ms 内无任何周期被跳过时发生)。

　　上述电路可在超过 90-265 VAC 的条件下进行工作，并且符合 EN55022 B 传导 EMI 限制。在 Power Integrations 设计参考 DI-134中提供有变压器参数和性能曲线的详尽信息。

　　PeakSwitch 能够为音频系统提供高峰值输出功率，而不会增加电压设计的尺寸和成本。这些优势使 PeakSwitch 系列成为小尺寸、低成本但具有高性能水平的现代音乐系统的理想之选。