摘要

隨著科技的不斷發(fā)展，眾多智能產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的方便了我們的生活。音樂愛好者甚至普通大眾日常生活中怎能少得了高品質(zhì)的藍(lán)牙音箱呢？

電源管理，是電子設(shè)備的核心器件，高品質(zhì)的藍(lán)牙音箱必須擁有穩(wěn)定、可靠、高性價(jià)比的電源管理方案。由擁有多年國際一流電源管理企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)的海歸團(tuán)隊(duì)成立的深圳寶礫微電子有限公司自主研發(fā)的大功率同步升壓DC-DC產(chǎn)品PL3050，為藍(lán)牙音箱設(shè)計(jì)者提供了最優(yōu)的電源解決方案。

PL3050產(chǎn)品介紹

PL3050是一個20V的同步升壓轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置用于負(fù)載斷開功能的柵極驅(qū)動器。PL3050集成了兩個低導(dǎo)通內(nèi)阻的功率MOSFET：7mΩ的開關(guān)MOSFET和7mΩ的整流MOSFET。

PL3050采用自動恒定頻率的峰值電流模式控制。輕載時，PL3050工作與FCCM模式下，以避免產(chǎn)生低頻噪音。

PL3050實(shí)現(xiàn)可編程的逐周期電流限制和可編程的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)功能。

當(dāng)輸出短路時，PL3050可以將輸出端與輸入端隔離。輸出一旦短路，進(jìn)入hiccup模式，降低熱應(yīng)力，短路狀態(tài)釋放后自動恢復(fù)。此外，PL3050還具有OVP和熱保護(hù)，避免故障運(yùn)行。

產(chǎn)品特點(diǎn)

◆ 輸入電壓范圍：2.7-20V

◆ 輸出電壓范圍：4.5-20V

◆ 內(nèi)置兩個7mR FETS

◆ 具有輸出短路保護(hù)功能

◆ 可編程開關(guān)頻率最高可達(dá)2.2MHZ

◆ 可編程內(nèi)部逐周期限流最高可達(dá)15A

除了以上特點(diǎn)之外，PL3050采用最可靠的QFN13-FC封裝，能夠保證在大功率應(yīng)用下的散熱均勻，相對普通打線封裝的產(chǎn)品穩(wěn)定性更高。另外，PL3050的輸出短路保護(hù)功能是行業(yè)內(nèi)其他升壓IC所不具備的，解決了在行業(yè)痛點(diǎn)。

圖1 PL3050典型應(yīng)用原理圖

圖2 引腳功能 （QFN13-FC）

PL3050在藍(lán)牙音箱中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

本參考設(shè)計(jì)提供了一種適用于音頻功率放大器的PL3050包絡(luò)跟蹤電源電路。通過在FB引腳上添加音頻包絡(luò)信號，PL3050的輸出電壓可以根據(jù)音頻信號的包絡(luò)來改變。因此，PL3050為音頻功率放大器提供動態(tài)變化的電源電壓。在整個輸出功率范圍內(nèi)，音頻功率放大器始終保持高效率。

在藍(lán)牙音箱方案設(shè)計(jì)前，確定以下要求：

1）確定供電電池類型（單節(jié)或雙節(jié)）

2）選定功放，根據(jù)功放類型確定輸出電壓范圍及功率

3）確定最低輸出電壓

4）確定最高輸出電壓

5）確定開關(guān)頻率，選擇電感、輸入輸出電容及設(shè)置限流值

設(shè)計(jì)案例

本設(shè)計(jì)案例針對兩節(jié)鋰電池輸出15V電壓，支持15V電壓、4Ω BTL負(fù)載條件下功率為2x30W（TPA3118D2）的功放。

1、原理圖設(shè)計(jì)

圖3 藍(lán)牙音箱電源設(shè)計(jì)原理圖

2、PCB設(shè)計(jì)

3、參數(shù)設(shè)計(jì)

1）設(shè)定使用2節(jié)鋰電池供電，輸入電壓6-8.4V

2）選定TPA3118D2 功放，實(shí)現(xiàn)最大輸出功率為2x30W

3）確定輸出最大電壓及最小電壓，如表1

音頻信號（峰值mV輸出電壓（V）

表1

根據(jù)最低輸出電壓及公式VOUT=VFB×（1+R1/R2）以及根據(jù)PL3050 Vfb=1.2V 且 Ifb引腳最大漏電流50nA的要求，為保證精度R2取47K，那么R1取324K，如圖6：

圖8 輸出電壓設(shè)置

對應(yīng)原理圖 R9=47K，R7=300K，R4=24K，R3=47R。R3用于測伯德圖。

根據(jù)原理圖可知道：IQ2=（15.0-1.2）/324K-1.2/47K=17.06uA

R21=0.56/17.06=33.179K

取R20=180R R21=33K R14=10K

4）頻率設(shè)定

根據(jù)PL3050規(guī)格書里設(shè)定開關(guān)頻率公式，這里選600KHZ，對應(yīng)原理圖R5=82K

5）峰值電流設(shè)定

峰值開關(guān)電流極限由外部電阻R6設(shè)定。我們應(yīng)該確保在最低輸入電壓和最高輸出功率的情況下，電流極限點(diǎn)高于所需的峰值開關(guān)電流。根據(jù)PL3050規(guī)格書里電流極限值可由下式計(jì)算

6）電感計(jì)算

紋波率取0.4，根據(jù)PL3050規(guī)格書里可由下式計(jì)算電感量：

考慮到實(shí)際效率，這里計(jì)算L大約1.3824uH 取2.2uH。

電感工作時最大電流計(jì)算：

考慮到實(shí)際效率，這里計(jì)算Ipk大約12.5A。考慮到實(shí)際溫度的影響，電感飽和電流取15A以上。

7）輸出電容計(jì)算

根據(jù)輸出紋波要求，可參考如下公式計(jì)算

考慮到電容在某些直流偏壓的降額，5個22μF的陶瓷電容器并聯(lián)適合ΔVo= 50 mv的應(yīng)用

4、方案測試

圖9 方案實(shí)物圖

本方案針對兩節(jié)鋰電池輸出15V電壓，支持15V電壓、4Ω BTL負(fù)載條件下功率為2x30W（TPA3118D2）的功放。以下測試數(shù)據(jù)以15V固定電壓輸出得到，包絡(luò)部分未參與。后面會做出計(jì)算范例。

1）效率測試

2）紋波及噪聲

3）動態(tài)測試

4）短路測試

5）伯德圖測試

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