提高功放输出功率及可靠性参考

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1、提高声频功率放大器输出功率和可靠性的方法内容提要本文总结了设计大功率声频功率放大器会出现的某些问题，探讨问题的解决方案，并对大功率声频功率放大器的可靠性设计进行了讨论。关键词OCL功放管耗效率　耐压　温度补偿　可靠性随着音响技术的发展，人们对单台声频功率放大器（下称功放）的输出功率的需求越来越大，从以前的几十瓦到现在的几百瓦几千瓦，甚至几十千瓦。工程师们在将输出功率做得越来越大的同时，遇到了诸多的问题，例如半导体器件的耐压问题、功率管的温度补偿问题、影响可靠性的一些问题、功放效率问题等等，笔者就这些问题进行了有益的探索。（图一　典型的OCL功放电

2、路）一，问题的提出本文讨论的功放基于被广泛使用的甲乙类功放，并以常见的OCL功放为例（参见图一）。这类功放的技术已发展得相当成熟，其各项指标可以做得非常好。但随着设计人员在将功放的输出功率做得越来越大的同时，遇到了一些新的问题，大致归纳如下：1，半导体器件的耐压问题。功放的输出功率越大，其直流供电电压就越高，以单声道输出功率1000W（8欧姆负载）计，负载电压约90V，所以其直流供电需达正负150V以上，那么功放的输出功率级、电压放大级的三极管耐压则至少需要150V乘以2，即300V以上。目前市场上应用广泛的音响功率管极少能达到如此高的耐压，传统

3、的OCL电路遇到了器件耐压的挑战。（市面上最常见的音频输出功率管是2SC5200、2SA1943对管，其标称的耐压值为230V）。图二　某功率管的温度特性2，温度补偿问题。为了消除所谓的“交越失真”，使功放工作在甲乙类状态，需要使每对功率管微导通（有合适的静态电流）。多数功率管厂家推荐，每只功率管的静态电流应在5毫安至30毫安之间。功率管的静态电流由其基极偏置电压决定，通过图二某功率管的温度特性可以看到，功率管的基极偏置电压须随温度变化而自动调整，这样才能保证静态电流的稳定。（图二中，温度为负25摄氏度时，功率管起始导通偏置电压为0.7V，正25

4、摄氏度时为0.6V，在100摄氏度时仅为0.4V。请注意，在100摄氏度时如果功率管基极偏置为0.6V，这时静态电流达2安培！）许多设计人员都遇到过这样的问题：刚刚调好静态工作点（如设定为5毫安）的电路板，几分钟后即发生了显著的变化，（静态电流忽然变成十几毫安，或忽然没了），并且飘忽不定，不能稳定在一个具体的数值。这主要是由于温度补偿电路的温度采样延时，以及采样点不同、电路参数偏差等原因造成的，电路不可能补偿得刚好准确。温度补偿电路应设计得略微过补偿，（即：温度变化时，自动将功率管的基极偏置电压过度调节），否则，如果补偿不够，由静态功耗产生的温升

5、又导致静态电流继续加大而进一步升温…形成恶性循环，使静态电流远远偏离设定值。功放机在批量生产时，温度采样会有很大离散性（如功率管安装的紧固程度、绝缘片的传热特性、温度采样元件位置及紧固程度等），这些都是在设计温度补偿时要考虑的因素。即不能欠补偿，过补偿太多也是不行的，过补偿太多时，静态电流则会趋向于减少到零，失去了温度补偿的意义，并可能引起功放自激，这种自激在实践中经常得到验证，估计是功率管在临界导通时的放大倍数不稳定所导致。有经验的设计人员都十分重视温度补偿电路的过补偿设计，它实际上除了对音质有较大的影响，还影响了功放的可靠性。即使静态温度补偿

6、非常合理，但是，在功放有信号输出时又存在另外的问题。功放在播放音乐时，音乐信号时大时小，在功率管内的管芯上产生的温度也是忽高忽低的，而温度采样电路采集到的是变化缓慢的平均温度，管芯瞬时温度比它要高得多，由于静态温度补偿不能极快地调整功率管的偏置电压，这时将导致功率管的管芯高温时其静态电流激增，继而造成管芯温度又激增…在这种恶性循环下，容易引发功率管的二次击穿，功率管极易损坏。为了避免这一问题，工程师们目前的办法是，第一，设计合适的发射极电阻，自动限制电流的无限上升；第二，使用许多功率管，来保证每只管芯上只产生较少的热量，实际上是用牺牲成本的办法来

7、换取可靠性。（理论上，输出1000W功率，只需要总的管耗不小于400W的功率管，通常只需两对管即绰绰有余，但实际上工程师会用到多达十几对的功率管。）值得一提的是，有一些功率管（如SAP15对管），其内部已经带有了温度采样元件，所以用这些功率管做的电路，其音质和可靠性确实会好得多，但这类功率管由于其耐压、功率及成本等诸多限制，并未获得普遍应用，而且其补偿速度虽然大大加快，但仍然会滞后于管芯瞬时温度的变化。下文会介绍一种电路结构，能完全避免这一恶性循环的状况，彻底改善由温度补偿导致的问题。3，影响功放可靠性的一些情况。功放一向是音响系统中最薄弱的环节

8、，以至许多音响系统需要加入备用功放以提高其系统的可靠性。导致功放可靠性差的原因非常多，提高功放的可靠性的方法和措施也很多，非三言两语可说