CN201374807Y - 采用高频电子变压器供电的带放大器音箱设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用高频电子变压器供电的带放大器音箱设备，它从220V工频电网取电，由高频电子变压器为音频放大器前级和后级功放电路供电，通过高频电子变压器实现与电网的隔离、电压的变换，再由高速整流器整流滤波得到一路或多路非稳压直流电来满足前后级放大电路对工作电源的需求。应用该系统可以解决传统音箱设备工频变压器供电体积大、电效率过低；开关电源供电电路结构复杂、瞬态响应性能低等问题。该实用新型提供了一种简洁、高效的供电方式选择，进而促进了音箱设备的节能环保和便携化的发展。

Description

采用高频电子变压器供电的带放大器音箱设备

技术领域

本实用新型涉及一种采用高效节能的非稳压式高频电子变压器供电的带放大器的音箱设备。

技术背景

随着音箱设备(带功率放大器的音箱、有源低音音箱等)的普及，它被广泛应用到办公商务、家庭娱乐、教育教学等各个领域。

现有带放大器的音箱设备按供电方案可以分为两类：

1.采用传统的线性工频变压器，经整流滤波后为放大器供电的音箱设备。

2.采用高频开关稳压电源为放大器供电的音箱设备。

现有供电方案存在的问题是：

采用传统的线性工频变压器供电的音箱设备，体积庞大笨重，要耗费大量的铜材和钢材，价格高昂；铁损、铜损很大，工作时发热量很大，电能的传递效率普遍较低，不利于节能。

采用高频开关稳压电源供电的音箱设备，电路复杂、可靠性低、成本较高，尤其是它的瞬态响应性能较差，只适合于驱动一些相对稳定的负载，而音响设备在大动态状态下工作，相当于一个急剧变化的负载。例如，在播放大动态大场面的音乐时，开关电源的输出电压会被瞬时拉低，由于受到反馈环路的限制，它不能瞬间对放大器补充足够的电能，这样就会造成放大器输出信号的严重失真，并又可能导致开关电源的过载保护电路动作，严重时甚至烧毁电源。因此，开关电源不适合驱动较大功率的音响设备，就是用来驱动小功率的音响设备，也需要有较大的功率储备才能满足工作需要，以至于成本较高。另外一些低成本的开关电源，功率因数低，谐波干扰大，会导致电网波形畸变，如果大量应用会对电网造成严重的污染，不利于节能和环保。

实用新型的内容

为了克服现有带放大器的音箱设备采用传统工频变压器供电体积大、效率低、耗费金属材料大的缺点，以及采用开关电源供电电路结构复杂、瞬态响应慢的不足；本实用新型提供一种采用高频电子变压器给带放大器的音箱设备供电的方案，该方案不仅体积小、效率高、节省金属材料、电路结构简单、瞬态效应快，而且还具有对电网干扰小、可靠性高、通用性强、易于系统集成的特点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：采用高效节能的非稳压式高频电子变压器给带放大器的音箱设备供电，应用该方案的设备包括220V电网连接部件、初级整流电路、高频振荡电路、高频变压器、次级高速整流电路、滤波电路、音频放大电路和电声元件。该音箱设备首先把工频220V交流电经过初级整流电路进行整流，使其转换为单向脉动直流电，再由启动电路、正反馈电路、高频变压器、高频开关管组成的高频振荡电路，产生20KHz以上的高频交流电。通过改变高频变压器初、次级匝数比产生所需要的任何工作电压，再经由次级高速整流电路、大容量电容滤波电路，最终把平滑的直流电供给音频放大电路，由放大电路的输出驱动电声元件，来满足音箱的正常工作。原理框图如图1所示。

本实用新型中由初级整流电路、高频振荡电路、次级高速整流电路、滤波电路构成非稳压高频电子变压器电路。高频电子变压器与工频变压器相比，其工作频率范围约为20K-100KHz，远高于工频变压器的50Hz，单位时间内的磁通变化更大，因而可以使用更小的铁芯和更少的线圈匝数，节约各种金属材料，有效降低变压器的铜损、铁损，效率显著提高。，这就使得它具有了比同功率工频变压器大大缩小的体积和重量以及更少的铜材消耗、更低的铜损和较低的发热量。工作在20KHz以上的高频电子变压器通常具有高达90％以上的电能传递效率，而工频变压器的效率普遍在80％以下。这就说明采用高频电子变压器供电的音箱设备具有比采用工频变压器供电的音箱设备更节能，更高效。

本实用新型中的高频电子变压器工作在非稳压方式，没有象开关稳压电源那样的误差取样、反馈、比较等电路对电源快速响应的影响，所以本实用新型中的高频电子变压器具有类似线性变压器那样的快速响应的特性。在实际应用中，由于音频放大器一般大都具有至少-40dB以上的电源电压纹波抑制能力，也就是说音箱中的音频放大器对电源有很强的自适应能力，是不需要稳压的，放大器需要的是电源的快速响应特性。本实用新型中的高频电子变压器电路部分的输出电压特性能够很好的满足音频放大器的这一要求。

开关稳压电源的工频电源输入部分的整流电路后通常都接有大容量的滤波电容，这就导致流过整流电路的电流和电压不同步，电流只是输入电压每个正弦半波前端的一系列电流窄脉冲如图2所示，滤波电容器的容量越大，输入电流脉冲的宽度越窄，峰值就越大，有效值越大，上升和下降就越快。这些窄而陡的电流脉冲的有效值要比负载所需功率大很多，也就是说，设备的无功功率增大，功率因数降低，只有0.6左右，同时它还会引起射频干扰、电网波形畸变等问题。所以，高品质的开关电源都要加装功率因数校正(PFC)电路，来提高功率因数、减少干扰，这样就增加了电路的复杂性，提高了设备的成本。本实用新型中的电子变压器电路的初级整流器后面由于没有采用大容量电容滤波(开关电源中一般用几十甚至几百微法的电容，本实用新型中仅用零点几微法的电容)，从而保证整流器的输出电流按照接近正弦半波曲线上升和下降，即使不加装功率因数校正(PFC)电路，也可以使功率因数达到0.9以上。

由于高频电子变压器体积小巧，所以它可以在产品设计的时候与放大电路集成在一起，使产品的结构更紧凑；也可以把电子变压器单独封装做成独立的模块，代替现有产品中的传统变压器；还可以做成各种外置的电源适配器与放大器部分一起组成新型的有源音箱设备。

综上所述，由本实用新型构成的音箱系统与传统的工频变压器和开关稳压电源组成的带放大器音箱系统相比，具有以下有益效果：

1、电路结构简单，只需要少量的铜等贵重金属材料，重量轻，体积小，成本低。

2、对电网干扰小，可靠性高，节能、高效，是打造新一代绿色节能环保音箱的理想方案。

3、电子变压器通用性强，易于系统集成，可以以集成或独立模块等形式与放大电路相结合，满足各种音箱设备的不同设计需求。

附图说明

图1是本实用新型构成的带放大器音箱系统的原理框图。

图2是开关电源电路中经过大电容滤波后电压输出波形以及电网的输入电流波形图

图3是本实用新型应用于带放大器音箱系统的典型应用电路原理图。

具体实施方式

下面以该实用新型在带放大器音箱中的应用为例来说明典型的实施方式。图3是该实用新型的典型应用电路原理图。

在该电路中，工频交流电首先经220V电网连接部件1进入由D3、D4、D8、D9组成的初级整流电路2，将其转换为220V直流电给高频振荡电路3中的C1、C12充电。

在由二极管、三极管等元件构成的高频振荡电路3中，由于Q1、Q2的参数不可能完全一致，上电瞬间在偏置电阻R1、R3的作用下，其中的一只管子会先导通，另一只管子同时被施以反相电压而截止。这里假设C1的电压经R1、Q1的be结、L3使Q1导通，Q1导通后，220V直流电压经Q1的ce结、L3给C12充电，根据同名端原理电流流过L3(L1、L2、L3、L4、L5是绕在同一个磁芯上的5个绕组)时将在L2上产生一个上正下负的感应电压，在L5上产生一个上负下正的互感电压，该电压将迫使Q1加速导通，Q2保持截止(这是一剧烈的个正反馈过程)。随着C12上的电压逐渐升高，将导致Q1的e极电压升高，直至Q1截止；这时C12的电压经L3、R3、Q2的be结使Q2导通，Q2导通后220V直流电压经此管的ce结、L3给C1充电，电流流过L3时，将在L5上产生一个下负上正的感应电压，在L2上产生一个下正上负的互感电压，迫使Q2加速导通，Q2导通期间Q1保持截止。随着C1两端的电压逐渐升高，Q2的c极电压将不断降低直至Q2截止，此时C1的电压又将使Q1导通，如此往复循环，则电路不间断的振荡，其振荡频率 $f=1/\left(2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}\right)$ )。

高频变压器4的次级L1、L4输出高频低压交流电，经过由D1、D2、D6、D7构成的次级高速整流电路5以及由电容C2、C3、C4、C6、C7、C9、C10、C11构成的滤波电路6后，使得输出为平滑的直流电VCC和VSS，该直流电可以为由U1A及阻容元件组成的音频放大电路7提供电源，进而驱动扬声器等电声元件8工作，最终将电信号转换为声音信号。

Claims (2)

1、一种采用高频电子变压器供电的带放大器音箱设备，包括220V电网连接部件、初级整流电路、高频振荡电路、高频变压器、次级高速整流电路、滤波电路、音频放大电路和电声元件；其特征在于：220V电网连接部件连接至初级整流电路的输入端，初级整流电路的输出端连接至高频振荡电路的输入端，高频振荡电路的输出端连接至高频变压器的初级，高频变压器的次级连接至次级高速整流电路的输入端，次级高速整流电路的输出端连接至滤波电路的输入端，滤波电路的输出连接至音频放大电路的电源输入端，信号放大电路的输出连接至电声器件。

2、根据权利要求1中所描述的采用高频电子变压器供电的带放大器音箱设备，其特征在于：在次级滤波电路的输出端和高频振荡电路之间未连接稳压信号反馈电路。

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