Xử lý các dòng điện thoáng qua trên các thiết bị hỗ trợ USB


8

Tôi đang làm việc trên một thiết kế loa hỗ trợ USB và có thể sử dụng một số suy nghĩ hoặc thiết kế đầu vào từ cộng đồng.

Phần dữ liệu khá đơn giản - USB cấp nguồn cho cầu I2S nói chuyện với bộ khuếch đại I2S. Tuy nhiên, sức mạnh khó khăn hơn vì tôi đang cố gắng xử lý các quá độ đáng kể khi tải trong khi vẫn tuân thủ giới hạn USB 500mA.

Điều đó khá nhiều chuyển thành một mạch giới hạn hiện tại giới hạn đến 500 - (tổng của tất cả các sử dụng chip khác) mA trên đầu vào. Một điện dung lớn trên đầu ra của giới hạn hiện tại có nghĩa là bộ đệm để xử lý các dòng điện thoáng qua. Điện dung này được gắn với một bộ chuyển đổi tăng cường cung cấp năng lượng cho amp nên thực hiện các mẹo, phải không? Không.

Điện áp đầu vào của bộ chuyển đổi tăng ảnh hưởng tuyến tính đến dòng điện đầu ra và ở mức điện áp đầu vào thấp nhất, dòng điện đầu ra được giới hạn ở mức trung bình 200mA đối với hầu hết các bộ phận mà tôi đã xem xét cho đến nay. Có một sự bù trừ được thực hiện ở mức độ thấp khi bạn đặt điện áp xoay trên (các) nắp hồ chứa so với dòng đầu ra của mức tăng.

Mục tiêu là cung cấp 500 - (tổng số chip khác) mA cho bộ khuếch đại trong hoạt động bình thường và thêm tối đa 1 Ampe với sự trợ giúp của nắp hồ chứa và mạch tăng áp trong quá độ. Những gì tôi đang có một thời gian khó khăn để tìm ra là các bộ phận phù hợp và điện dung phù hợp cho thiết kế này. Tôi cũng sẵn sàng bắt đầu phần sức mạnh của thiết kế từ đầu để có giải pháp tốt hơn.

Mong muốn được nghe suy nghĩ của bạn về một giải pháp tốt sẽ là gì.


Bạn đã xem xét sử dụng một bộ giới hạn hiện tại xâm nhập? Đó là một chút của một ứng dụng khác - nhưng nó có thể hoạt động. Tôi nghĩ rằng đột biến của bạn có thể là quá nhanh cho một. Làm thế nào nhanh là quá độ?
Brad

Việc thiết kế cho hai lần mức dòng điện không nhất thời ( tối đa 1 Ampe v / s 500 mA từ nguồn ) sẽ được cung cấp bởi các tụ điện hồ chứa sẽ là một thách thức. Thiết kế của bạn có thể xử lý bao nhiêu kích thước? Ngoài ra, các tụ điện lớn sẽ yêu cầu thỏa hiệp thiết kế cẩn thận hơn nữa để chúng không thổi bất kỳ sự bảo vệ nào hiện có trên đường cung cấp USB (hoặc thổi một cái gì đó đắt hơn) khi sạc tạm thời.
Anindo Ghosh

@Brad: Thiết kế hiện tại tôi đang sử dụng một công tắc giới hạn hiện tại, nó đảm nhiệm cả dòng điện xâm nhập và dòng điện quá dòng. Thời gian thoáng qua là một chủ đề thú vị. Vì là một ứng dụng âm thanh, bạn có thể nói rằng thoáng qua kéo dài trong hàng trăm mili giây bởi vì đó là một tiếng va chạm lớn hoặc tiếng bass thumpin sẽ đẩy nó lên trên mức trung bình. Trong cùng một clip âm thanh, tôi có thể nói các quá độ ở mức hàng chục micro giây vì mức cực đại đến cực đại trên RMS xảy ra như vậy ở mức độ chi tiết thực của tín hiệu, trong khi toàn bộ tín hiệu phân rã theo cấp số nhân.
Trượt ván

@Anindo: Kích thước là một vấn đề, vì vậy tôi đang nghĩ đến việc sử dụng chất điện môi tốt nhất có thể cho điện dung lớn nhất mà tôi có thể hút ra khỏi các bộ phận gắn trên bề mặt. Tất cả ba chiều có giới hạn không gian đáng kể - không thể có lon điện phân khổng lồ. = P Giới hạn dòng vào và bảo vệ quá dòng phải giữ cho điện dung không làm hỏng mạch chủ. Thật khó để tìm ra điện dung kỳ diệu cho một thiết kế như thế này. Quá nhiều, và bạn đang làm tổn thương chính mình. Quá ít và công việc không được thực hiện.
Trượt ván

Vì vậy, một điều mà tôi đã nhầm lẫn (trong một bài khác) là tạo ra một sức mạnh để cung cấp năng lượng cho những gì tôi cần - và rõ ràng là đặt một (hai) tụ điện lớn giữa nó và một mặt đất bị cô lập. Sau đó, tôi sử dụng một cuộn cảm để kết nối nguồn "tốt" này với nguồn điện chính, để hạn chế các xung đột hiện tại. Vì vậy, cuộn cảm giới hạn các đột biến hiện tại, và nắp mang lại cho nó một "tăng" theo yêu cầu. Cả hai cùng tạo thành một bộ lọc thông thấp. Tôi không biết chính xác làm thế nào để "điều chỉnh" nó, mặc dù.
Brad

Câu trả lời:


3

Bạn đã đọc Kollman và Betten, "Cấp nguồn điện tử từ cổng USB" chưa?

Một điện dung lớn trên đầu ra của giới hạn hiện tại có nghĩa là bộ đệm để xử lý các dòng điện thoáng qua. Điện dung này được gắn với một bộ chuyển đổi tăng cường cung cấp năng lượng cho amp nên thực hiện các mẹo, phải không?

Nghe có vẻ khá hợp lý:

USB power-->--[A]--|D>|-+--[B]-+-[E]--[S]
       |                |      |
       |               [C1]   [C2]
       |                |      |
      GND              GND    GND

Ở đâu

  • [A] là một công cụ chuyển đổi tăng giới hạn dòng đầu vào,
  • | D> | là diode đầu ra cuối cùng điển hình của các bộ chuyển đổi tăng cường như vậy,
  • [B] là một bộ điều chỉnh DC-DC khác (có lẽ là bộ điều chỉnh buck),
  • [E] là bộ khuếch đại âm thanh,
  • [S] là loa đầu ra.
  • [C1] là một tụ điện lưu trữ trung gian với điện áp rất khác nhau,
  • [C2] là một tụ điện lưu trữ mà B điều chỉnh chặt chẽ với bất cứ điều gì E yêu cầu.

Chính xác câu hỏi của bạn là gì? Tôi không chắc chắn, vì vậy tôi sẽ đưa ra 3 dự đoán:

Q: Có thể gửi 5 W (cao điểm) đến loa trong khi vẫn tuân thủ giới hạn USB 500 mA không?

A: Vâng. Mặc dù các định luật vật lý phiền phức ngăn chúng ta gửi trung bình dài hạn 5 W đến các loa trong khi vẫn tuân thủ giới hạn USB 500 mA (hạn chế chúng ta kéo tối đa 500 mA * 5 V = 2,5 W bất cứ lúc nào) lưu trữ năng lượng trong các phần "yên tĩnh" của âm nhạc và sau đó thải năng lượng dự trữ vào loa trong thời gian ngắn là hợp lý. Tôi hiểu rằng tất cả các bộ khuếch đại âm thanh được cấp nguồn chính tuân thủ luật hệ số công suất bắt buộc của EU EN61000-3-2 đã làm điều đó - họ giới hạn dòng điện mà chúng kéo từ ổ cắm trên tường chính để duy trì hệ số công suất phù hợp và lưu trữ năng lượng trong một ngân hàng tụ điện giống như [C1]. Trong giao điểm 0 nhiều lần trong một giây, không thể rút bất kỳ nguồn điện nào ra khỏi ổ cắm trên tường.

Sớm hay muộn, có vẻ như một số người dùng sẽ vặn núm điều chỉnh âm lượng lên và sau đó cố gắng phát nhạc yêu cầu bộ khuếch đại làm điều gì đó không thể - để liên tục đổ 5 W công suất vào loa. Tôi biết một số nhà thiết kế sẽ không đồng ý về cách bộ khuếch đại đáp ứng yêu cầu không thể như vậy:

  • (a) Cố gắng phát nhạc hoàn hảo ở âm lượng do con người đặt càng lâu càng tốt, cho đến khi tụ lưu trữ bị cạn kiệt ít nhiều. Sau đó tắt bộ khuếch đại âm thanh và giữ im lặng cho đến khi tụ lưu trữ được sạc lại hoàn toàn.
  • (b) Cố gắng phát nhạc hoàn hảo ở âm lượng do con người đặt càng lâu càng tốt; nhưng đặt mức cắt tỷ lệ thuận với lượng năng lượng có sẵn trong tụ lưu trữ (tốt nhất là với cắt mềm, còn được gọi là nén khuếch đại ); bài phát biểu lặng lẽ theo sau là những tiếng động rất ngắn luôn phát ra ở âm lượng do con người đặt ra, nhưng những âm thanh lớn phát ra trong một thời gian càng ngày càng bị méo.
  • (c) Phát nhạc hoàn hảo ở âm lượng do con người đặt miễn là tụ điện lưu trữ gần với mức sạc đầy; dần dần điều chỉnh âm lượng thực tế yên tĩnh hơn khi nhận thấy tiếng ồn lớn đã rút cạn một lượng điện năng đáng kể từ tụ lưu trữ; dần dần đưa mức âm lượng thực trở lại âm lượng do con người đặt khi thông báo rằng tụ lưu trữ đã được sạc đầy. (Tốt nhất là đảm bảo rằng tụ điện đủ lớn và âm lượng được giảm xuống đủ nhanh để đầu ra không bao giờ bị cắt hoặc im lặng).

H: Tôi có thể rời khỏi bộ điều chỉnh [B] và cấp nguồn cho amp âm thanh trực tiếp từ tụ lưu trữ không?

A: Không có khả năng. Điện áp trên tụ lưu trữ đó có thể sẽ tăng và giảm hệ số 2 trong hoạt động bình thường. Điều đó nằm ngoài phạm vi hoạt động của các bộ khuếch đại âm thanh thông thường (trừ khi chúng đã có bộ chuyển đổi DC-DC điều chỉnh công suất của chúng) và không có bộ khuếch đại âm thanh nào có thể loại bỏ hoàn toàn tiếng ồn cung cấp năng lượng như vậy . Nhiều bộ điều chỉnh DC-DC có thể dễ dàng chuyển đổi các điện áp khác nhau như vậy thành một cái gì đó bên trong phạm vi hoạt động được đề xuất của các bộ khuếch đại âm thanh điển hình.

Hỏi: Có bộ điều chỉnh tăng có thể đưa hơn 200 mA vào một tụ điện lưu trữ đã được sạc ít nhất 10 V, trong khi vẫn tuân thủ giới hạn USB 500 mA không?

Trả lời: Không. Tôi nghe tin đồn rằng nhiều thiết bị USB dự kiến ​​sẽ hoạt động ngay cả khi điện áp USB tại thiết bị chỉ 4.0 V. Ở 4.0 V, giới hạn 500 mA (tối đa) cho công suất tối đa là 2 W. Ở 2 W (tối đa) công suất đầu vào vào một bộ chuyển đổi tăng áp đã sạc một tụ điện lên đến 10 V, dòng điện vật lý tối đa có thể ra khỏi bộ chuyển đổi tăng áp đó là 200 mA.

Mặc dù có thể có tối đa 2 W đi vào ngân hàng tụ điện lưu trữ, nhưng bạn có thể thiết kế ngân hàng tụ điện đó để dễ dàng cung cấp 1000 mA ở 12 V (12 W) trong thời gian ngắn âm thanh. (Bạn có thể muốn có một ngân hàng các tụ điện song song để hạ thấp ESR ròng, hoặc sử dụng các tụ điện ESR thấp hoặc cả hai - sự thay đổi nhanh chóng về điện áp trên một tụ điện ESR cao khiến nó nóng lên và hỏng).

H: Có cách nào để có thêm năng lượng cho bộ khuếch đại âm thanh USB của tôi không?

A: Vâng. Bạn đã cân nhắc chưa

  • sử dụng nguồn điện chính riêng, tương tự như các trung tâm USB tự cấp nguồn?
  • sử dụng năng lượng pin?
  • sử dụng 2 phích cắm USB, một cho dữ liệu (và một số nguồn) và một phích cắm khác chỉ để lấy thêm năng lượng từ máy chủ hoặc cổng nguồn USB?
  • Bằng cách nào đó, tận dụng giới hạn hiện tại cao hơn 1,5 A trong USB 2.0 (một số nguồn nói nhiều hơn; lỗi đánh máy?)
  • Bằng cách nào đó, tận dụng giới hạn hiện tại cao hơn 3.0 A trong USB Type-C (?)

1
bài viết tuyệt vời nhưng bạn nên biết về trình soạn thảo sơ đồ bây giờ
efox29
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.