一种综合单周期PFC及变频技术的音频功率放大电源系统技术方案

本发明专利技术一种综合单周期PFC及变频技术的音频功率放大电源系统，属于功放开关电源技术；包括整流/滤波电路、功率因数校正电路模块、变频启动电路、大容量电容和辅助电源电路；将220V交流电压通过所述整流/滤波电路转为直流电压；将直流电压输入功率因数校正电路模块进行功率因数校正，提高功率因数，减小谐波失真；然后输入到所述变频启动电路，将直流电压逆变并整流滤波，减小滤波电容充电时的冲击电流，并加快其充电效率；最后输入到所述大容量电容，通过大容量电容对外接功放负载提供能量；将大容量滤波电容并联在半桥逆变电路输出端，使输出电压波形更为平滑。从而减少功放电源的纹波干扰，保证功放系统的音质和性能，提高整个电源系统的效率。

A power supply system of audio power amplifier based on single period PFC and frequency conversion technology

【技术实现步骤摘要】
一种综合单周期PFC及变频技术的音频功率放大电源系统
本专利技术属于功放开关电源
，具体涉及一种综合单周期PFC及变频技术的音频功率放大电源系统。
技术介绍
寻求一种低成本、小体积、具有高可靠性、低噪声的直流电源，对保证D类功放电源的音质和性能十分重要。在过去功放电源主要是依靠线性电源来实现的，然而，线性稳压电源存在形体大，成本高的问题。科研人员渐渐开始使用开关电源来代替线性电源，但是普通开关电源存在以下问题：(1)输出电压纹波干扰较大，谐波分量频谱较宽，难以解决电磁兼容问题。(2)能量补充速度较低，并且整流后内阻大；为了降低内阻，又要使用10000μF以上电容滤波的电源系统。这样会使得音乐爆棚时仍然会感觉后劲不足，影响了瞬态响应。因此需要一种高效、稳定的电能转换技术，将其应用在功放电源的研制中，以减小功放电源产品的体积，大幅度消除输出的纹波电压，从而提高D类功放的性能和音质，同时结合功率因数校正环节，提高整流器的功率因数，减少对电网的污染，以适应高要求的工作场合。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种综合单周期PFC及变频技术的音频功率放大电源系统，PFC表示功率因数校正，(1)通过一种变频启动技术，一方面使开关电源能够稳定推动大容量滤波电容开始工作，另一方面实现功放电源的低成本和小体积。(2)采用了单周期功率因数校正技术，一方面提高了效率，降低了开关电源系统对电网的谐波污染，另一方面建立了系统的闭环控制，提高了输出电压的稳定性。<br>本专利技术的技术方案是：一种综合单周期PFC及变频技术的音频功率放大电源系统，其特征在于：包括整流/滤波电路、功率因数校正电路模块、变频启动电路、大容量电容和辅助电源电路；将220V交流电压通过所述整流/滤波电路转为直流电压；将直流电压输入所述功率因数校正电路模块，进行功率因数校正，降低输入电流的谐波水平；然后输入到所述变频启动电路，将直流电压逆变并整流滤波；最后输入到所述大容量电容，通过大容量电容对外接功放负载提供能量；所述功率因数校正电路模块包括功率因数校正电路和OCC控制电路，所述功率因数校正电路包括Boost电路和输出滤波电路，将整流/滤波电路输出的直流电压通过所述Boost电路进行升压，然后再通过所述输出滤波电路进行一次输出滤波，所述输出滤波电路输出端输出直流电压；所述OCC控制电路包括PWM发生器，用于给所述功率因数校正电路输出PWM控制信号；所述变频启动电路包括半桥逆变电路、输出整流滤波电路和变频控制电路，用于减小所述大容量电容充电时的冲击电流；将所述功率因数校正电路输出的直流电压输入到所述半桥逆变电路逆变为方波电压，然后输入到所述输出整流滤波电路；所述输出整流滤波电路包括CLC滤波电路和RC滤波电路，所述CLC滤波电路输入端与半桥逆变电路的输出端连接，其输出端与所述RC滤波电路连接；所述变频控制电路用于向半桥逆变电路输出PWM控制信号；所述辅助电源电路为AC/DC转换电路，用于向所述OCC控制电路和变频控制电路提供电压。本专利技术的进一步技术方案是：所述变频控制电路包括控制芯片、第一供电电路和推挽电路，所述推挽电路用于给所述半桥逆变电路中的MSOFET提供控制信号；所述第一供电电路用于给所述控制芯片提供电压，所述控制芯片将产生的PWM信号输出给所述推挽电路。本专利技术的进一步技术方案是：所述控制芯片采用IR2156。本专利技术的进一步技术方案是：所述OCC控制电路包括PFC控制芯片、第二供电电路、编程电路、输入电流采集电路、输出电压采集电路、电压补偿回路和过压采集电路；所述PFC控制芯片的各端口分别与所述编程电路、输入电流采集电路、输出电压采集电路、电压补偿回路和过压采集电路连接，所述第二供电电路用于给所述PFC控制芯片提供电压；所述OCC控制电路用于输出控制所述Boost电路的PWM信号。本专利技术的进一步技术方案是：所述大容量电容的电容值为4万μF。有益效果本专利技术的有益效果在于：在功放电源的设计中，将开关电源的输出端并联上4万μF的大容量电解电容来实现输出电压的滤波，同时采用，稳定推动大容量电容负载，此外还采用单周期功率因数校正技术，减小前级电路的谐波失真度。变频启动技术是在半桥式逆变电路的基础上，加入IR2156驱动芯片来驱动其中的开关管器件，利用其高频启动、低频稳定运行的功能，减小负载电容充电时的冲击电流，同时实现负载滤波电容的快速充电。这一技术可以解决大电容负载上电时冲击电流大的问题。单周期功率因数校正技术是在传统有源功率因数校正技术的基础上，实现了在一个周期内完成输出PWM占空比的控制，避免了传统功率因数校正电路技术复杂、设计繁琐、体积大且成本高的问题，同时可以降低谐波失真。通过采用两种技术，可以减小输出电压的波纹，加快电路响应效率，提高整流器的功率因数，减少对电网的污染。将大容量滤波电容并联在半桥逆变电路输出端，使输出电压波形更为平滑；采用变频启动技术，减小滤波电容充电时的冲击电流，并加快其充电效率；采用单周期功率因数校正技术，提高功率因数，减小谐波失真。从而减少功放电源的纹波干扰，保证功放系统的音质和性能，提高整个电源系统的效率。附图说明图1是功放电源系统设计框图。图2为采用单周期控制技术实现功率因数校正的电路图。图3为采用变频启动技术推动负载电容充电和工作的电路图。图4为本专利技术功放开关电源系统输出电压建立过程实验结果图。图5为本专利技术功放开关电源系统的功率因数校正结果的波形图。具体实施方式下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。参见图1-图3，本实施例一种基于单周期PFC控制的D类音频功率放大器的电源系统设计技术，其特点是将变频启动技术和单周期功率因数校正相结合起来应用到功放开关电源的设计中，以提高这种电源系统的电能转换效率，稳定输出电压。在本实施案例中，输入电压AC220v，频率50Hz，输出功率300w，输出直流电压80V，PFC级输出电压400V，电路各元器件参数参考图2与图3。参照图1，本专利技术一种综合单周期PFC及变频技术的音频功率放大电源系统包括整流/滤波电路、功率因数校正电路模块、变频启动电路、大容量电容和辅助电源电路；将220V交流电压通过所述整流/滤波电路转为直流电压，再将直流电压输入所述功率因数校正电路模块，进行功率因数校正，降低输入电流的谐波水平；然后输入到所述变频启动电路，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合单周期PFC及变频技术的音频功率放大电源系统，其特征在于：包括整流/滤波电路、功率因数校正电路模块、变频启动电路、大容量电容和辅助电源电路；将220V交流电压通过所述整流/滤波电路转为直流电压，再将直流电压输入所述功率因数校正电路模块，进行功率因数校正，降低输入电流的谐波水平；然后输入到所述变频启动电路，将直流电压逆变并整流滤波；最后输入到所述大容量电容，通过大容量电容对外接功放负载提供能量；/n所述功率因数校正电路模块包括功率因数校正电路和OCC控制电路，所述功率因数校正电路包括Boost电路和输出滤波电路，将整流/滤波电路输出的直流电压通过所述Boost电路进行升压，然后再通过所述输出滤波电路进行一次输出滤波，所述输出滤波电路输出端输出直流电压；所述OCC控制电路包括PWM发生器，用于给所述功率因数校正电路输出PWM控制信号；/n所述变频启动电路包括半桥逆变电路、输出整流滤波电路和变频控制电路，用于减小所述大容量电容充电时的冲击电流；将所述功率因数校正电路输出的直流电压输入到所述半桥逆变电路逆变为方波电压，然后输入到所述输出整流滤波电路；所述输出整流滤波电路包括CLC滤波电路和RC滤波电路，所述CLC滤波电路输入端与半桥逆变电路的输出端连接，其输出端与所述RC滤波电路连接；所述变频控制电路用于向半桥逆变电路输出PWM控制信号；/n所述辅助电源电路为AC/DC转换电路，其输入端与所述整流/滤波电路连接，其输出端依次连接OCC控制电路和变频控制电路，用于向所述OCC控制电路和变频控制电路提供电压。/n...

【技术特征摘要】
1.一种综合单周期PFC及变频技术的音频功率放大电源系统，其特征在于：包括整流/滤波电路、功率因数校正电路模块、变频启动电路、大容量电容和辅助电源电路；将220V交流电压通过所述整流/滤波电路转为直流电压，再将直流电压输入所述功率因数校正电路模块，进行功率因数校正，降低输入电流的谐波水平；然后输入到所述变频启动电路，将直流电压逆变并整流滤波；最后输入到所述大容量电容，通过大容量电容对外接功放负载提供能量；
所述功率因数校正电路模块包括功率因数校正电路和OCC控制电路，所述功率因数校正电路包括Boost电路和输出滤波电路，将整流/滤波电路输出的直流电压通过所述Boost电路进行升压，然后再通过所述输出滤波电路进行一次输出滤波，所述输出滤波电路输出端输出直流电压；所述OCC控制电路包括PWM发生器，用于给所述功率因数校正电路输出PWM控制信号；
所述变频启动电路包括半桥逆变电路、输出整流滤波电路和变频控制电路，用于减小所述大容量电容充电时的冲击电流；将所述功率因数校正电路输出的直流电压输入到所述半桥逆变电路逆变为方波电压，然后输入到所述输出整流滤波电路；所述输出整流滤波电路包括CLC滤波电路和RC滤波电路，所述CLC滤波电路输入端与半桥逆变电路的输出端连接，其输出端与所述RC滤波电路连接；所述变频控制电路用于向半桥逆变电路输出PWM控制信号；
所述辅助电源电路为AC/...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雁，高宽，宁飞，何浩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61