一種用于音頻放大器的直流故障保護(hù)電路
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-03-07 17:00:02 | 364 次閱讀
標(biāo)準(zhǔn) AB 類音頻功率放大器允許直接耦合 放大器輸出到揚聲器。這非常好,因為沒有電容器或 變壓器妨礙了音質(zhì)的流出。演講者是 直接(或多或少!)連接到放大設(shè)備。這有 不幸的是,如果輸出設(shè)備發(fā)生故障,這通常會導(dǎo)致 要連接到揚聲器的原始直流電源。大多數(shù)揚聲器燒壞或 很快被機械損壞。
保護(hù)電路旨在防止這種損壞,并且 有多種口味。它們的范圍從簡單 - 例如在 與放大器輸出串聯(lián) - 到復(fù)雜,具有各種監(jiān)控。 目前最喜歡的是放大器輸出端的串聯(lián)繼電器電路, 由某種直流檢測電路驅(qū)動。
不過,繼電器也有自己的一系列問題,其中最重要的是 可靠性。繼電器觸點會隨著時間的推移而腐蝕、電弧和粘連。更糟糕的是,每次 他們被測試很可能是他們最后一次操作,所以有一些 內(nèi)置問題。保險絲也是有問題的,因為它們必須非常痛苦 尺寸適中,可提供良好的保護(hù),完成后,保險絲電阻 由保險絲中散發(fā)的熱量調(diào)制接近最大功率,因此有 可聽見的副作用。
功率MOSFET的一些最新進(jìn)展使其具有替代或替代或 回避功率放大器輸出端的繼電器和保險絲。功率 MOSFET 使效果很好 開關(guān),從完全不導(dǎo)電狀態(tài)變?yōu)榉謹(jǐn)?shù)歐姆 電阻(以納秒為單位)具有正確的驅(qū)動信號。與雙極晶體管不同,沒有失調(diào)電壓 或與 MOSFET 的導(dǎo)通狀態(tài)相關(guān)的整流。只要 通過 MOSFET 的電流足夠低,不會造成明顯的壓降 在電流峰值期間,MOSFET 兩端的 MOSFET 本身不會 聽得見的。
但是,將MOSFET作為交流繼電器驅(qū)動存在一些困難。那里 是所有MOSFET中固有的基底二極管,面向外界 就像連接在源極至漏極的二極管。該二極管在 相反的方向。這實際上可以幫助保護(hù)某些MOSFET 但這意味著單個MOSFET無法阻斷兩者的電流 方向。但是,將兩個MOSFET放在源到源之間就可以了?;?然后二極管在任一信號極性上交替反向偏置。合適 柵源電壓的增強為我們提供了一個雙向交流開關(guān)。
但是,信號源始終依賴于瞬時信號電平,并且 兩個柵極必須比移動信號高出約10-12V的正電壓 水平。對于大多數(shù)浮動驅(qū)動電路來說,這是非常困難的。
國際整流器有 發(fā)布了幾款光伏MOSFET驅(qū)動器。這些單元包括一個 LED 至 產(chǎn)生光,并串聯(lián)幾個光伏二極管。當(dāng) LED 亮起時 光電二極管,它們在單元的輸出引腳上產(chǎn)生電壓。
直接替代輸出繼電器時,兩個 N 溝道功率 MOSFET 連接源到源和門到門。排水端子用作 開關(guān)的輸入和輸出。當(dāng)柵極-源端子的兩種 MOSFET 之間的電壓為 0V,器件關(guān)斷,沒有電流可以流動,向上 到MOSFET的擊穿電壓。當(dāng) MOSFET 的柵極 相對于源極的幾伏正電壓,兩個 MOSFET 都得到增強, 電流可以流動?,F(xiàn)代MOSFET可以從漏極到源極具有電阻 在毫歐姆區(qū)域。
光伏隔離器提供了一種簡單易行的方法來轉(zhuǎn)動兩個單元 打開或關(guān)閉,因為隔離器的電壓源側(cè)與 源端子,而 LED 側(cè)可以連接到任何必要的水平 操作。要打開“繼電器”,只需強制電流通過 LED。 要將其關(guān)閉,只需中斷 LED 的電流。
有些人會本能地不信任任何活躍的固態(tài)。 與音頻信號串聯(lián)的設(shè)備。對于這些人,有兩種可能 替代方案:繼電器用于“短路”電路的兩個功率MOSFET 以上和中斷直流電源的第二個MOSFET保護(hù)電路 電源,而不是揚聲器輸出。第一個想法很簡單——接力病往往是 由中斷持續(xù)電流的磨損引起。如果我們使 系列 MOSFET 在繼電器觸點閉合并保持之前稍微導(dǎo)通 之后的一小部分時間,MOSFET承受所有電壓和 實際關(guān)閉和打開連接的當(dāng)前壓力。繼電器用于 只是為了在 MOSFET 的聲音。
這 第二個版本插入了 N 溝道 MOSFET 進(jìn)入直流電源線,從電源到 放大器本身。每個MOSFET都有自己的光伏隔離器。當(dāng)前時 流經(jīng)隔離器中的 LED,MOSFET 導(dǎo)通,電流 流向放大器。
此版本的保護(hù)最容易被認(rèn)為是非??焖俚睦^電器 可以在幾微秒內(nèi)關(guān)閉放大器的電源。而放大電路 可能有旁路電容器,仍然會通過揚聲器排出,這 將比主電源少得多的能量,因為它很大 濾波電容器將為 演講者,所以他們應(yīng)該井井有條地生存。
在此應(yīng)用中,反向基板二極管無關(guān)緊要,因為 電壓始終處于正確的方向以反向偏置它。
此版本使用兩個光伏隔離器,因為直流電壓 在柵極/源極上,兩個MOSFET相距甚遠(yuǎn)。
這種方法的另一種變體是在+Vcc中使用P溝道MOSFET 線和 -Vcc 線路中的 N 溝道 MOSFET,并驅(qū)動兩個柵極朝向 帶“ON”保護(hù)電路接地并釋放驅(qū)動器 對于“關(guān)閉”。這種方法有效,并且僅在該P通道中受到影響 MOSFET 器件通常具有比 N 通道設(shè)備。它們也可能更貴。
但是,如果您愿意交易更昂貴的功率MOSFET等 廣泛的驅(qū)動電路與成本和可用性相對應(yīng) 光伏隔離器,這個電路可以很好地工作。
驅(qū)動電路值得討論。要使功率 MOSFET 完全導(dǎo)通, 柵極電源通常需要10至12V的增強電壓。但是,如果您 在此之上,柵氧化層可以被刺穿。只是為了確保 柵極永遠(yuǎn)不會超出安全區(qū)域,每個 MOSFET 都有一個 12V 齊納二極管來箝位 柵極電壓不超過12V。與齊納二極管并聯(lián)的電阻器 確保在沒有其它驅(qū)動器的情況下將柵極拉至源電壓 在上面。10K 到 100K 在那里效果很好。
中間的NPN/PNP晶體管對的集電極連接到 MOSFET 柵極的下拉電阻。這些電阻器的尺寸使 Vcc電壓減去12V柵極增強電壓產(chǎn)生合理的電流, 完全在齊納的額定電流和電壓范圍內(nèi)。這需要調(diào)整大小 適合每個不同的 Vcc 級別。
PNP 晶體管的基極通過電阻接地,NPN 晶體管的基極是控制點。兩個發(fā)射器綁在一起,以便 無論NPN晶體管傳導(dǎo)什么電流,也會通過PNP。當(dāng) NPN晶體管的基極被拉到兩個二極管壓降上方,每個基極發(fā)射極一個基極發(fā)射極 晶體管,兩個晶體管的基極開始導(dǎo)電。兩個基地 電阻器是一種安全網(wǎng),可確?;粫?基極電流過大。高于約 1.4V 時,控制引腳使 NPN/PNP 飽和 對照對。相同的控制信號打開兩個 NPN(在公共發(fā)射器中) 模式)和PNP(在公共基座模式下),它們都拉動各自的 MOSFET柵極完全增強,因此完全導(dǎo)通。
MOSFET 的額定電壓和電流必須達(dá)到功率 預(yù)計供應(yīng)將產(chǎn)生。對于具有 +/- 50V Vcc 電源軌的放大器,請獲得 MOSFET具有大于100V的電壓,最好大于120V Vdsmax。此外,由于 MOSFET 的額定電流很便宜,獲得確保有足夠的器件 電流處理能力,不會“扼流”輸出級 放大 器。如有必要,您可以自由并聯(lián) MOSFET 以獲得更大的電流 能力。由于這些設(shè)備不處理任何音頻(除了該音頻 通過電源),并且由于它們始終是完全的 飽和或完全關(guān)閉,MOSFET的音頻性能實際上不是問題。只要MOSFET的導(dǎo)通電阻與 電源的源電阻,這應(yīng)該是相當(dāng)透明的,特別適用于具有大電源抑制比的現(xiàn)代功率放大器。
MOSFET 額定電流也是一個問題。功率MOSFET有一些 您花費的美元具有令人驚訝的高電流額定值,并且它們平行 美麗地。如果你有一個非常高的功率放大器,可能有+/- 100V 電源,則需要 200V 或更高額定電壓的 MOSFET。您可以簡單地并行為 許多相同類型的MOSFET需要獲得足夠高的額定電流。他們 將安全地共享它們攜帶的電流。設(shè)置MOSFET的一個有趣的點 除了雙極晶體管作為電源開關(guān)外,還并聯(lián)了額外的 設(shè)備不需要更多的驅(qū)動電流或功率。所有并聯(lián) MOSFET 您使用的將像單個一樣完全飽和(在其限制范圍內(nèi) 當(dāng)然,個人跨導(dǎo)評級)。 所有改變的是 驅(qū)動到柵極的電壓必須充電的總柵源電容和 當(dāng)您并聯(lián)更多的柵極-源極電容時,放電會上升。這意味著 關(guān)閉到打開和打開到關(guān)閉之間的轉(zhuǎn)換再次減慢,而不是 設(shè)備不太完全打開或關(guān)閉。由于過渡已經(jīng)如此之快, 保險絲在它旁邊看起來像冰川運動,這不是什么大問題。它 MOSFET 上可能只需要很少或不需要散熱,因為它們 僅在它們實際切換時散發(fā)大量熱量 - 這 他們不經(jīng)常這樣做。簡單的工程謹(jǐn)慎要求你不要 只是假設(shè)它們不散熱,但與 輸出設(shè)備。水槽的熱電容(即 需要多長時間 加熱水槽本身)可能比熱阻更重要 灌電流,因為 MOSFET 通常每個會話只切換兩次 - 一次 開,一次關(guān)。
IRF540 n 通道和 IRF9540 p 通道等器件是很好的類型 用這個做這個。根據(jù)制造商的不同,IRF540 的額定電流高達(dá) 27 安培 IRF9540 的額定電流為 19A。正導(dǎo)軌中的兩個 9540 和兩個 540 在負(fù)電源軌中可實現(xiàn)非常高效和高額定電流 保護(hù)開關(guān)。
至于檢測故障條件并轉(zhuǎn)動光伏隔離器的電路 指示燈亮起和熄滅,有 實現(xiàn)這一點的方法有很多,事實上,任何直流保護(hù)器的電路 驅(qū)動繼電器可以重新排列以驅(qū)動光伏隔離器 LED 也。這些電路通常包含一個單極點RC低通濾波器,具有 它的滾降安排使最高電平和最低頻率的低音音符 不會導(dǎo)致電路跳閘,但直流電平會導(dǎo)致跳閘 幾毫秒。對于此處顯示的任何電路,檢測器電路 只需在沒有故障時為LED通電,并降低電流 發(fā)生故障時。
值得注意的是,您不僅限于直流過流檢測作為行程 條件??捎糜诩せ畋Wo(hù)的其他良好條件 電路是過熱的散熱器或電源變壓器,檢測RF(振蕩) 在輸出上,依此類推。使用適當(dāng)?shù)倪壿嫞–MOS在這里工作得很好) 這些可以幫助您的放大器保持活力。
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