高频开关电源在高保真音频功放中的应用研究

　　1 引言

　　一般高保真音频功率放大器使用的电容滤波整流电源必须使用大容量变压器才能保证较高的性能，因此电源系统存在体积大、质量重、成本高等问题。设计良好的线性稳压电源，具有很高的性能，并可在一定程度上减轻电源系统的质量。但由于稳压电路必须使用优质元件，这会进一步降低电源的性价比。同时，稳压电路中的功率管因为工作在放大区，消耗的功率较大，会导致电源系统效率的下降。

　　高频开关电源(以下简称开关电源)具有体积小、质量轻、效率高的特点，因而在电子产品中获得了广泛应用。但由于一般的开关电源在音频功率放大器中的表现并不尽如人意，因此它一直没能在高保真音频功率放大器中获得广泛应用。

　　深入分析开关电源在音频功率放大器中表现欠佳的原因，是开发音频专用开关电源的关键。实践证明，基于对音频功率放大器电源的特殊要求和开关电源特点的分析结果，采取针对性措施设计的开关电源，在音频功率放大器中表现得很优秀。实验和主观听音评价都表明，它完全可取代其他形式的电源成为高保真音频功率放大器电源的主流。

　　2 开关电源的电磁干扰并不是主要矛盾

　　一般认为，开关电源的电磁干扰是影响其音质表现的主要因素，然而通过对这些干扰频率成分的分析，可以发现这实际上是一种误解。

　　开关电源电磁干扰的形成有多种原因，主要包括如下几个方面：

　　(1) 输入电路的电磁干扰

　　工频交流电经过整流滤波后是以导通时间短、峰值大的脉冲电流方式提供能量的。这种脉冲电流包含一系列的谐波分量。这些谐波分量会沿着传输电路产生传导干扰和辐射干扰。然而这种干扰并不是开关电源所特有的，它也出现在一般的使用电源变压器的电容滤波整流电路中。因此这并不是开关电源的主要干扰。

　　(2) 开关回路产生的电磁干扰

　　开关回路产生的电磁干扰是开关电源的主要干扰源之一。开关电源的功率变换管工作在大电流开关状态，其变换波形为矩形波。由于矩形波具有丰富的奇次谐波，因此，会产生特有的谐波干扰。

　　事实上，变换波形不可能是理想的矩形波，开关功率晶体管开启和关断瞬间矩形波会产生畸变。开关功率晶体管负载是高频变压器，由于高频变压器的初级线圈与储存在开关管寄生电容中电荷的作用，在开关管导通的瞬间，变压器初级会出现很大的电流，会造成一种幅度较大的尖脉冲，叠加在矩形波的起始部分，其频带较宽且谐波丰富，会产生高频干扰。当原来饱和的开关管关断时，由于变压器的漏磁通，致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈，储藏在漏感中的这部分能量将和集电极(或漏极)电路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在关断电压上，形成关断电压尖峰，其特点也是谐波丰富，并且频率很高。这些谐波干扰可以传导到输入输出端对电网和负载形成传导干扰。另外，由高频变压器的初级线圈、开关管和滤波电容等构成的高频开关电流环路可能产生较大的空间辐射，形成辐射干扰。