بالنسبة للمصممين ، يعد تصميم تحويل الطاقة في مجال الصوت تحديًا تقنيًا حقيقيًا ، حيث يمكن أن تكون أحمال الذروة أعلى بكثير من متطلبات طاقة الجذر التربيعي (RMS). يجب أن تحقق التوازن الأمثل بين المتطلبات الحرارية ، وحجم ووزن الحل ، والتكلفة ، وبالطبع الكفاءة.
صوت عالي الطاقة
في الوقت الحاضر ، يعد محول الرنين LLC خيارًا شائعًا إلى حد ما لتطبيقات الصوت عالية الطاقة مع أحمال ذروة عالية. يوفر هذا النوع من المحولات عددًا من المزايا ، بما في ذلك كفاءة وموثوقية أعلى من الحلول الأخرى. إنه نوع من محولات الطاقة يتكون من ثلاثة عناصر تفاعلية ، والتي تستغل الرنين بين الملف والمكثف والتي تنفذ تحويل طاقة فعال عن طريق التذبذب عند تردد معين ، يسمى تردد الرنين.
لتصميم محول طنين LLC للتطبيقات الصوتية ، هناك بعض العوامل المهمة التي يجب مراعاتها. أولاً ، يجب اختيار تردد الطنين للدائرة بعناية ، بناءً على مواصفات التطبيق. يجب اختيار المحرِّض والمكثف وفقًا لقوة التطبيق وتردد الرنين المطلوب ويجب أن يكونا من أعلى مستويات الجودة. يجب أن يكون للملف محاثة عالية بما يكفي لتجنب تأثير التشبع الأساسي أثناء ذروة الحمل الحالية ، بينما يجب أن يكون المكثف قادرًا على التعامل مع الجهد والتيار للدائرة. ضع في اعتبارك المسار الصوتي في الشكل 1 ، حيث يتم تمييز العديد من عناصر الموسيقى التصويرية. من بينها العناصر التالية:
- مستوى صوت RMS: يشير مستوى صوت RMS إلى السعة الفعالة لإشارة الصوت في المجال الزمني. غالبًا ما يستخدم لتمثيل المستوى الحقيقي للإشارة الصوتية لأنه يأخذ في الاعتبار كلاً من الاتساع الموجب والسالب للإشارة. غالبًا ما يتم التعبير عن مستوى صوت RMS بالديسيبل بالنسبة لمرجع القدرة. هذا المستوى مهم لأنه يمثل القوة الفعلية للإشارة الصوتية.
- مستوى صوت الذروة: يمثل مستوى الصوت الذروة أقصى قيمة اتساع لإشارة صوتية في المجال الزمني. إنها أقصى قدرة صوتية فورية وتشير إلى أعلى نقطة ذروة وصلت إليها الإشارة خلال فترة زمنية معينة. يُقاس مستوى الذروة عادةً بالديسيبل بالنسبة إلى مرجع السعة. قيمة الذروة هي مؤشر على أقصى سعة للإشارة ويمكن أن تكون مفيدة في تجنب تشويه أو قص الإشارة الصوتية. يعد قياس ذروة مستوى الصوت أمرًا مهمًا لضمان عدم تجاوز الإشارة لحدود السعة المقبولة ولتجنب التشويه غير المرغوب فيه أو إتلاف مكبرات الصوت أو أجهزة التشغيل.
- عامل القمة: عامل القمة في الصوت هو القياس الذي يشير إلى الفجوة بين مستوى الذروة ومستوى RMS للإشارة الصوتية. يتم حسابه بقسمة القيمة القصوى للإشارة الصوتية على قيمة RMS الخاصة بها. على سبيل المثال ، إذا كانت قيمة الذروة للإشارة هي 2 فولت وكانت قيمة RMS الخاصة بها هي 1 فولت ، فإن عامل القمة يساوي 2. عامل القمة مهم لأنه يوفر معلومات حول ديناميكيات الإشارة الصوتية. يشير عامل القمة المرتفع إلى اختلاف كبير بين مستويات الذروة ومستويات RMS ، مما يشير إلى أن الإشارة تتمتع بديناميكيات أكبر وقد تحتوي على انتقالات أو قمم عالية السعة. في المقابل ، يشير عامل القمة المنخفض إلى ديناميكيات أقل وإشارة مضغوطة أو محدودة. يتطلب عامل القمة المرتفع نهجًا مختلفًا عن عامل القمة المنخفض لإدارة ديناميكيات الإشارة والتأكد من أن الإشارة نفسها تظل ضمن الحدود المقبولة دون تشويه أو قطع غير مرغوب فيه.
من المتطلبات الأساسية لمصادر الطاقة أنه يجب أن تكون قادرة على دعم الحمل الذروي عدة مرات للحمل المقدر. على الرغم من أن مثل هذا الحدوث قد يحدث بشكل غير منتظم ، فمن الضروري أن يوفر نظام إمداد الطاقة هذا الاحتمال. بعض المقاييس العامة لعامل القمة على أنواع مختلفة من الصوت مذكورة أدناه:
- الضوضاء المحيطة: 3: 1
- الكلام: 4: 1
- الموسيقى مع مستوى ضغط الذروة: 4: 1 إلى 8: 1
- الموسيقى بدون ضغط مستوى الذروة: 8: 1 إلى 10: 1
- صوت الفيلم:> 10: 1
إذا انخفض جهد خرج مصدر الطاقة بشكل مفرط أثناء ذروة الحمل العابر ، يحدث القطع (انظر مخطط الذبذبات في الشكل 2) ويتم قطع الكثير من المعلومات الصوتية ، مما يؤدي إلى تشويه كلي للصوت. علاوة على ذلك ، فإن التأثيرات غير المرغوب فيها لا تشمل الأصوات فقط بل الجزء الإلكتروني من النظام ، خاصة:
- مكبرات الصوت الفرعية في خطر كبير بسبب قيودها الميكانيكية. إذا تجاوزت اهتزازات السماعات تلك المتوقعة ، فقد يتلف كل من المخروط والملف.
- قد ترتفع درجة حرارة مكبرات الصوت الفرعية أو مكبرات الصوت نفسها بسبب الطاقة العالية التي تمر عبر خط الصوت.
- استنساخ الصوت مشوه للغاية ، حيث يتم قطع الإشارة الصوتية في القمم العلوية والسفلية.
الشرط الأساسي للدائرة الكهربائية هو أن يكون لديها مصدر طاقة قوي يجب أن يحافظ على جهد الخرج ضمن حد صارم من التجاوز والضعف. في الماضي ، نادرًا ما تقوم أنظمة الأنبوب بتشويه الإشارات الصوتية ، إما بسبب الجهد العالي المتضمن أو بسبب مصادر الطاقة ، وإن كان ذلك بكفاءة منخفضة جدًا (في الأساس ، تم إنتاج الكثير من الحرارة غير المستخدمة).
تتضمن بعض الحلول المتعلقة بإمدادات الطاقة الصوتية المثلى المستخدمة بشكل متكرر اليوم اعتماد نسبة أكبر من منطقة ثنائي الفينيل متعدد الكلور المشغولة أو تقليل حجم الدوائر باستخدام ترددات تبديل أعلى وعناصر مغناطيسية أصغر.
LLC عن قرب
كما ذكرنا سابقًا ، يتطلب تنفيذ حل LLC في الصوت تعاونًا وتواصلًا كاملين بين مهندسي الطاقة والصوت. قبل تصميم مصادر الطاقة ، من الضروري تحديد الطاقة المستمرة وقوة الذروة التي يمكن لمضخم الصوت التعامل معها. تعتمد نسبة قدرة الذروة إلى القدرة المستمرة (كما هو موضح في الجدول أعلاه) على التطبيق المحدد ، لذلك يجب تحديدها بوضوح في بداية التصميم.
محول الرنين من سلسلة LLC (LLC-SRC) هو تكوين محدد لمحول الرنين LLC ويستخدم كمحول DC / DC معزول. في تكوين LLC-SRC ، يتم توصيل محول LLC (انظر الشكل 3) في سلسلة بمحول وصمام ثنائي مقوم لتحقيق عزل كلفاني بين مدخلات ومخرجات المحول. يسمح المحول بزيادة أو تقليل جهد الدخل وفقًا لاحتياجات التطبيق.
هذا التكوين له مزايا عديدة. أولاً ، إنه يوفر كفاءة عالية من خلال استخدام الرنين بين الملف والمكثف ، مما يقلل من خسائر التبديل. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح العزلة الجلفانية التي يوفرها المحول بفصل مدخلات وخرج المحول ، مما يحمي دوائر التحكم ويسمح بتعديل نسبة المحول. كما يتضح من الرسم البياني لمنحنيات استجابة الكسب ، اعتمادًا على تردد التبديل ، هناك ثلاث حالات مختلفة:
- إذا كان تردد التبديل أقل من تردد الطنين:
- عملية DCM على الثانوية
- مقوم التبديل الناعم (ZCS)
- تيارات RMS أعلى لقوة معينة
- إذا كان تردد التبديل يساوي تردد الرنين:
- حد التشغيل DCM / CCM على الثانوية
- مقوم التبديل الناعم (ZCS)
- إذا كان تردد التبديل أكبر من تردد الرنين:
- عملية CCM على الثانوية
- الانتعاش العكسي للمقوم
- تيارات RMS منخفضة لقوة معينة
لذلك ، فإن الهدف المثالي هو العمل بالقرب من تردد الرنين عند الحمل الاسمي وتحت الرنين أثناء الحمل الذروي. بمجرد تحديد مواصفات التصميم ، يمكن المضي قدمًا في تصميم مصدر الطاقة. اعتمادًا على معايير جودة الطاقة في المنطقة والتطبيق ، من المحتمل أن تكون هناك حاجة إلى مصدر طاقة مع تصحيح عامل الطاقة لتصميمات الطاقة. تتمثل الخطوة الأولى في التصميم الأساسي في تحديد مكونات دائرة الطنين لضبط تردد الطنين وتوصيف الكسب. في هذه المرحلة ، من الضروري أن يكون جهد الخرج كافياً لكي يعمل النظام خلال ذروة مستوى القدرة. إذا كانت الدائرة غير قادرة على تحقيق الكسب المطلوب ، سينخفض جهد الخرج أثناء ذروة الطاقة ، مما يقلل من جودة الصوت أو يعطل مكبر الصوت. قد تكون مدة ذروة الطاقة طويلة جدًا ، لذلك يجب أن يكون مصدر الطاقة قادرًا على الإمداد المستمر بحمل الذروة بالكامل.
تكون المرحلة الحرجة من التشغيل على وجه التحديد أثناء إشارات ذروة القدرة ، لذلك من المهم استخدام مكونات من الدرجة الأولى يمكنها التعامل مع مثل هذه التيارات ، ويجب ألا يتشبع المغناطيس. من ناحية أخرى ، أثناء القوى المستمرة ، يجب أن تضمن المكونات أدائها الحراري الاسمي. غالبًا ما يكون من المناسب تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور مناسب للتبديد الحراري بدلاً من غرفة التبريد. غالبًا ما يتم تصميم LLC-SRCs في وضع الاندفاع لضمان الكفاءة في ظل الأحمال الخفيفة وتلبية معايير الصناعة أثناء الطاقة الاحتياطية. هذا يقلل من استهلاك الطاقة الاحتياطية دون إيقاف تشغيل الإخراج الرئيسي.
خاتمة
يعد تصميم محولات الرنين أمرًا صعبًا للغاية ، خاصة إذا تم استخدامها مع أنظمة الصوت. إنها حل فعال لتطبيقات الموسيقى عالية الطاقة ذات الأحمال القصوى. يتطلب تصميم محول طنين LLC اختيارًا حكيمًا لتردد الرنين ، والاختيار المناسب للملف والمكثف وفقًا لمواصفات التطبيق وتصميم التحكم في الطور للتعامل مع أحمال الذروة. يضمن التصميم المناسب لمحول الرنين LLC التشغيل الفعال والموثوق للتطبيق ، حتى لو كان معقدًا للغاية. يجب دائمًا مراعاة كفاءة مكبر الصوت ، حيث تؤدي خسائره إلى زيادة الحمل على مصدر الطاقة.
مرجع:
IS14.2 – تصميم محول الرنين LLC للتطبيقات الصوتية ذات الحمل الأقصى ، APEC 2023
