專利名稱：采用高頻電子變壓器供電的帶放大器音箱設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采用高效節(jié)能的非穩(wěn)壓式高頻電子變壓器供電的帶放大器的音箱設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著音箱設(shè)備(帶功率放大器的音箱、有源低音音箱等)的普及，它被廣泛應(yīng)用到辦公 商務(wù)、家庭娛樂、教育教學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。
現(xiàn)有帶放大器的音箱設(shè)備按供電方案可以分為兩類
1. 采用傳統(tǒng)的線性工頻變壓器，經(jīng)整流濾波后為放大器供電的音箱設(shè)備。
2. 采用高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源為放大器供電的音箱設(shè)備。 現(xiàn)有供電方案存在的問題是
采用傳統(tǒng)的線性工頻變壓器供電的音箱設(shè)備，體積龐大笨重，要耗費(fèi)大量的銅材和鋼材， 價(jià)格高昂；鐵損、銅損很大，工作時(shí)發(fā)熱量很大，電能的傳遞效率普遍較低，不利于節(jié)能。
采用高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源供電的音箱設(shè)備，電路復(fù)雜、可靠性低、成本較高，尤其是它的 瞬態(tài)響應(yīng)性能較差，只適合于驅(qū)動(dòng)一些相對穩(wěn)定的負(fù)載，而音響設(shè)備在大動(dòng)態(tài)狀態(tài)下工作， 相當(dāng)于一個(gè)急劇變化的負(fù)載。例如，在播放大動(dòng)態(tài)大場面的音樂時(shí)，開關(guān)電源的輸出電壓會 被瞬時(shí)拉低，由于受到反饋環(huán)路的限制，它不能瞬間對放大器補(bǔ)充足夠的電能，這樣就會造 成放大器輸出信號的嚴(yán)重失真，并又可能導(dǎo)致開關(guān)電源的過載保護(hù)電路動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)甚至燒 毀電源。因此，開關(guān)電源不適合驅(qū)動(dòng)較大功率的音響設(shè)備，就是用來驅(qū)動(dòng)小功率的音響設(shè)備， 也需要有較大的功率儲備才能滿足工作需要，以至于成本較高。另外一些低成本的開關(guān)電源， 功率因數(shù)低，諧波干擾大，會導(dǎo)致電網(wǎng)波形畸變，如果大量應(yīng)用會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染， 不利于節(jié)能和環(huán)保。實(shí)用新型的內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有帶放大器的音箱設(shè)備采用傳統(tǒng)工頻變壓器供電體積大、效率低、耗費(fèi)金屬 材料大的缺點(diǎn)，以及采用開關(guān)電源供電電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、瞬態(tài)響應(yīng)慢的不足；本實(shí)用新型提供 一種采用高頻電子變壓器給帶放大器的音箱設(shè)備供電的方案，該方案不僅體積小、效率高、 節(jié)省金屬材料、電路結(jié)構(gòu)簡單、瞬態(tài)效應(yīng)快，而且還具有對電網(wǎng)干擾小、可靠性高、通用性 強(qiáng)、易于系統(tǒng)集成的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用高效節(jié)能的非穩(wěn)壓式高頻電子變 壓器給帶放大器的音箱設(shè)備供電，應(yīng)用該方案的設(shè)備包括220V電網(wǎng)連接部件、初級整流電路、 高頻振蕩電路、高頻變壓器、次級高速整流電路、濾波電路、音頻放大電路和電聲元件。該 音箱設(shè)備首先把工頻220V交流電經(jīng)過初級整流電路進(jìn)行整流，使其轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)直流電， 再由啟動(dòng)電路、正反饋電路、高頻變壓器、高頻開關(guān)管組成的高頻振蕩電路，產(chǎn)生20KHz以 上的高頻交流電。通過改變高頻變壓器初、次級匝數(shù)比產(chǎn)生所需要的任何工作電壓，再經(jīng)由 次級高速整流電路、大容量電容濾波電路，最終把平滑的直流電供給音頻放大電路，由放大 電路的輸出驅(qū)動(dòng)電聲元件，來滿足音箱的正常工作。原理框圖如圖l所示。
本實(shí)用新型中由初級整流電路、高頻振蕩電路、次級高速整流電路、濾波電路構(gòu)成非穩(wěn) 壓高頻電子變壓器電路。高頻電子變壓器與工頻變壓器相比，其工作頻率范圍約為20K-lOOKHz，遠(yuǎn)高于工頻變壓器的50Hz，單位時(shí)間內(nèi)的磁通變化更大，因而可以使用更小的鐵芯 和更少的線圈匝數(shù)，節(jié)約各種金屬材料，有效降低變壓器的銅損、鐵損，效率顯著提高。，這 就使得它具有了比同功率工頻變壓器大大縮小的體積和重量以及更少的銅材消耗、更低的銅 損和較低的發(fā)熱量。工作在20KHz以上的高頻電子變壓器通常具有高達(dá)9(m以上的電能傳遞 效率，而工頻變壓器的效率普遍在80%以下。這就說明采用高頻電子變壓器供電的音箱設(shè)備 具有比采用工頻變壓器供電的音箱設(shè)備更節(jié)能，更高效。
本實(shí)用新型中的高頻電子變壓器工作在非穩(wěn)壓方式，沒有象開關(guān)穩(wěn)壓電源那樣的誤差取 樣、反饋、比較等電路對電源快速響應(yīng)的影響，所以本實(shí)用新型中的高頻電子變壓器具有類 似線性變壓器那樣的快速響應(yīng)的特性。在實(shí)際應(yīng)用中，由于音頻放大器一般大都具有至少-40dB以上的電源電壓紋波抑制能力，也就是說音箱中的音頻放大器對電源有很強(qiáng)的自適應(yīng)能 力，是不需要穩(wěn)壓的，放大器需要的是電源的快速響應(yīng)特性。本實(shí)用新型中的高頻電子變壓器電路部分的輸出電壓特性能夠很好的滿足音頻放大器的這一要求。
開關(guān)穩(wěn)壓電源的工頻電源輸入部分的整流電路后通常都接有大容量的濾波電容，這就導(dǎo) 致流過整流電路的電流和電壓不同步，電流只是輸入電壓每個(gè)正弦半波前端的一系列電流窄 脈沖如圖2所示，濾波電容器的容量越大，輸入電流脈沖的寬度越窄，峰值就越大，有效值 越大，上升和下降就越快。這些窄而陡的電流脈沖的有效值要比負(fù)載所需功率大很多，也就 是說，設(shè)備的無功功率增大，功率因數(shù)降低，只有0.6左右，同時(shí)它還會引起射頻干擾、電 網(wǎng)波形畸變等問題。所以，高品質(zhì)的開關(guān)電源都要加裝功率因數(shù)校正(PFC)電路，來提高功 率因數(shù)、減少干擾，這樣就增加了電路的復(fù)雜性，提高了設(shè)備的成本。本實(shí)用新型中的電子 變壓器電路的初級整流器后面由于沒有采用大容量電容濾波(開關(guān)電源中一般用幾十甚至幾 百微法的電容，本實(shí)用新型中僅用零點(diǎn)幾微法的電容i從而保證整流器的輸出電流按照接近 正弦半波曲線上升和下降，即使不加裝功率因數(shù)校正(PFC)電路，也可以使功率因數(shù)達(dá)到0.9 以上。
由于高頻電子變壓器體積小巧，所以它可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候與放大電路集成在一起， 使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更緊湊；也可以把電子變壓器單獨(dú)封裝做成獨(dú)立的模塊，代替現(xiàn)有產(chǎn)品中的傳 統(tǒng)變壓器；還可以做成各種外置的電源適配器與放大器部分一起組成新型的有源音箱設(shè)備。
綜上所述，由本實(shí)用新型構(gòu)成的音箱系統(tǒng)與傳統(tǒng)的工頻變壓器和開關(guān)穩(wěn)壓電源組成的帶 放大器音箱系統(tǒng)相比，具有以下有益效果-
1、 電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要少量的銅等貴重金屬材料，重量輕，體積小，成本低。
2、 對電網(wǎng)干擾小，可靠性高，節(jié)能、高效，是打造新一代綠色節(jié)能環(huán)保音箱的理想方案。
3、 電子變壓器通用性強(qiáng)，易于系統(tǒng)集成，可以以集成或獨(dú)立模塊等形式與放大電路相結(jié) 合，滿足各種音箱設(shè)備的不同設(shè)計(jì)需求。


圖l是本實(shí)用新型構(gòu)成的帶放大器音箱系統(tǒng)的原理框圖。
圖2是開關(guān)電源電路中經(jīng)過大電容濾波后電壓輸出波形以及電網(wǎng)的輸入電流波形圖
圖3是本實(shí)用新型應(yīng)用于帶放大器音箱系統(tǒng)的典型應(yīng)用電路原理圖具體實(shí)施方式
下面以該實(shí)用新型在帶放大器音箱中的應(yīng)用為例來說明典型的實(shí)施方式。圖3是該實(shí)用 新型的典型應(yīng)用電路原理圖。
在該電路中，工頻交流電首先經(jīng)220V電網(wǎng)連接部件1進(jìn)入由D3、 D4、 D8、 D9組成的初 級整流電路2，將其轉(zhuǎn)換為220V直流電給高頻振蕩電路3中的C1、 C12充電。
在由二極管、三極管等元件構(gòu)成的高頻振蕩電路3中，由于Q1、 Q2的參數(shù)不可能完全 一致，上電瞬間在偏置電阻R1、 R3的作用下，其中的一只管子會先導(dǎo)通，另一只管子同時(shí)被 施以反相電壓而截止。這里假設(shè)Cl的電壓經(jīng)Rl、 Ql的be結(jié)、L3使Ql導(dǎo)通，Ql導(dǎo)通后，220V 直流電壓經(jīng)Ql的ce結(jié)、L3給C12充電，根據(jù)同名端原理電流流過L3(L1、 L2、 L3、 L4、 L5 是繞在同一個(gè)磁芯上的5個(gè)繞組)時(shí)將在L2上產(chǎn)生一個(gè)上正下負(fù)的感應(yīng)電壓，在L5上產(chǎn)生一 個(gè)上負(fù)下正的互感電壓，該電壓將迫使Q1加速導(dǎo)通，Q2保持截止(這是一劇烈的個(gè)正反饋過 程)。隨著C12上的電壓逐漸升高，將導(dǎo)致Ql的e極電壓升高，直至Q1截止；這時(shí)C12的電 壓經(jīng)L3、 R3、 Q2的be結(jié)使Q2導(dǎo)通，Q2導(dǎo)通后220V直流電壓經(jīng)此管的ce結(jié)、L3給Cl充電， 電流流過L3時(shí)，將在L5上產(chǎn)生一個(gè)下負(fù)上正的感應(yīng)電壓，在L2上產(chǎn)生一個(gè)下正上負(fù)的互感 電壓，迫使Q2加速導(dǎo)通，Q2導(dǎo)通期間Ql保持截止。隨著C1兩端的電壓逐漸升高，Q2的c 極電壓將不斷降低直至Q2截止，此時(shí)C1的電壓又將使Q1導(dǎo)通，如此往復(fù)循環(huán)，則電路不間
斷的振蕩，其振蕩頻率/ = 1/(2;^^)。
高頻變壓器4的次級L1、 L4輸出高頻低壓交流電，經(jīng)過由D1、 D2、 D6、 D7構(gòu)成的次級 高速整流電路5以及由電容C2、 C3、 C4、 C6、 C7、 C9、 CIO、 Cll構(gòu)成的濾波電路6后，使得 輸出為平滑的直流電VCC和VSS，該直流電可以為由U1A及阻容元件組成的音頻放大電路7 提供電源，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器等電聲元件8工作，最終將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號。
權(quán)利要求1、一種采用高頻電子變壓器供電的帶放大器音箱設(shè)備，包括220V電網(wǎng)連接部件、初級整流電路、高頻振蕩電路、高頻變壓器、次級高速整流電路、濾波電路、音頻放大電路和電聲元件；其特征在于220V電網(wǎng)連接部件連接至初級整流電路的輸入端，初級整流電路的輸出端連接至高頻振蕩電路的輸入端，高頻振蕩電路的輸出端連接至高頻變壓器的初級，高頻變壓器的次級連接至次級高速整流電路的輸入端，次級高速整流電路的輸出端連接至濾波電路的輸入端，濾波電路的輸出連接至音頻放大電路的電源輸入端，信號放大電路的輸出連接至電聲器件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1中所描述的采用高頻電子變壓器供電的帶放大器音箱設(shè)備，其特征在于在次級濾波電路的輸出端和高頻振蕩電路之間未連接穩(wěn)壓信號反饋電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種采用高頻電子變壓器供電的帶放大器音箱設(shè)備，它從220V工頻電網(wǎng)取電，由高頻電子變壓器為音頻放大器前級和后級功放電路供電，通過高頻電子變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離、電壓的變換，再由高速整流器整流濾波得到一路或多路非穩(wěn)壓直流電來滿足前后級放大電路對工作電源的需求。應(yīng)用該系統(tǒng)可以解決傳統(tǒng)音箱設(shè)備工頻變壓器供電體積大、電效率過低；開關(guān)電源供電電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、瞬態(tài)響應(yīng)性能低等問題。該實(shí)用新型提供了一種簡潔、高效的供電方式選擇，進(jìn)而促進(jìn)了音箱設(shè)備的節(jié)能環(huán)保和便攜化的發(fā)展。
文檔編號H02M1/14GK201374807SQ200820178108
公開日2009年12月30日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者王平旭, 陳永飛 申請人:輕騎兵科技(北京)有限公司