TI 通过更高的输出功率和H级控制打造身临其境的汽车音频体验

出处:德州仪器 发布于:2022-05-23 15:51:55

    随着汽车油耗标准的不断提高(根据美国环境保护署的规定,2026年每加仑汽油的行驶里程需提升至40英里),汽车音响设计人员面临的挑战是如何提供身临其境的音频体验,同时减轻车辆重量并提高整体效率。
    如果需要设计汽车外部放大器,可以通过增加输出功率、利用更高阻抗的扬声器以及在系统中实施H类控制来升级音频系统架构,从而增强用户体验。本文将详细介绍每种方法,包括这些方法对音频系统重量和性能的影响。
    使用更高的电源电压和更高的输出电流支持更高的输出功率
    除了原始设备制造商 (OEM) 要求减轻车辆重量外,消费者还希望获得出色的音频性能,能够在车内享受身临其境的音频体验。为了开发能带来这种体验的系统,设计人员喜欢集成性能更强大的低音炮:这些低音炮能够持续输出震耳欲聋的低音,并提供更大动态范围(以分贝计量的声音和声音之间的差异)的声音复制。
    为了增加动态范围以及提高输出功率,可考虑提高输入电源电压。表1展示了在扬声器阻抗增加时为了保持75W输出功率而需要的电源电压和输出电流值。
    相同输出功率
    输出功率 (W)
    75
    75
    75
    扬声器阻抗 (?6?8)
    2
    4
    8
    电源电压 (V)
    20
    26
    36
    输出电流 (A)
    8.7
    6.1
    4.4
    表1:各种通道需求之间的关系(相同功率)
    表2展示了增加的功率需求与电源电压/输出电流之间的相关性。在本例中,为了提高输出功率,需要在相同的扬声器阻抗下增加电源电压和输出电流。
    增加的输出功率 (4?6?8)
    增加的输出功率 (8?6?8)
    输出功率 (W)
    75
    100
    120
    75
    100
    120
    扬声器阻抗 (?6?8)
    4
    4
    4
    8
    8
    8
    电源电压 (V)
    26
    31
    34
    36
    42
    45
    输出电流 (A)
    6.1
    7.1
    7.8
    4.4
    5.0
    5.5
    表2:各种通道需求之间的关系(增加功率)
    为何高阻抗扬声器可以减轻整体重量
    如表1所示,使用高阻抗扬声器的一个好处是,在保持相同输出功率的情况下,输出电流显著下降。进而,由于所需的输出电流降低,也可以减小铜线的相对尺寸(直径)。例如,在相同输出功率下,与4Ω或2Ω扬声器相比,8Ω扬声器可以使用直径更小的铜线,这有助于减轻音频电缆的重量。图1所示的简化安装图展示了一个六扬声器汽车音频系统,每扇车门有一个中音扬声器,后部还有两个额外的扬声器,总共需要大约76英尺的铜线来连接所有扬声器。


    图 1:连接典型的六扬声器汽车音频系统所需的铜线长度
    增加扬声器阻抗的一个好处是可以减小电缆直径。再加上通常情况下用于将所有扬声器连接到音频外部放大器的布线十分轻量,因此可真正降低音频系统的整体重量。
    实施 H 类控制以优化系统效率并进一步减轻重量
    如图2所示,在传统的音频系统中,为了提供音频负载所需的峰值功率,电源解决方案通常将所有扬声器的音频放大器电源电压(标记为PVDD)设置为所需的电压。

    图 2:未实施 H 类控制的传统音频系统中的 PVDD
    实施“H类控制”技术(使用汽车D类音频放大器,例如TAS6584-Q1)可以优化提供给放大器的PVDD电压(请参阅图3),并动态跟踪音频波形的包络。H类控制可以显著提高音频设计的效率,并节省了原本PVDD电压固定为42V时会耗散的功率。

    图 3:采用H类控制的PVDD
    为了进一步说明H类控制对效率的影响,让我们看一下表3中的数据。表3使用基于TAS6584-Q1的汽车H类音频和跟踪电源参考设计来启用或禁用H类控制,比较了系统中的电源输入 (Pin) 与功耗 (Pout)。利用H类控制,升压电源控制器和音频放大器之间的系统效率增益接近10%。
    10 秒音频剪辑
    Pin
    Pout
    系统效率
    不启用 H 类
    49.33
    33.93
    68.8%
    启用 H 类
    43.02
    33.90
    78.7%
    表 3:使用 H 类控制提高效率
    如图 4 所示,提高效率还可以降低外部放大器的总体功率损耗。

    图 4:不使用 H 类控制降低总体功率损耗
    为了进一步说明这一点,让我们看一下TAS6584-Q1音频放大器和LM5123-Q1升压控制器电源在启用和禁用 H 类控制时的热像仪图像,并比较它们的热特征。图 5 展示了 H 类控制的实施如何显著降低总热负荷。

    如图 5 所示,H 类控制效率的提高(通过降低功率损耗)有助于降低热负荷,从而可以选择更小的散热器来散发内部热量。
    图 5:不采用和采用 H 类控制时的温度对比
    波形
    配置
    LM5123 MOSFET 温度 (°C)
    TAS6584-Q1 电感器温度 (°C)
    1kHZ 900ms 1/8 功率,100ms 全功率
    采用H类
    56.6 °C
    56.4 °C
    不采用H类
    76.7 °C
    76.2 °C
    差异
    20.1 °C
    19.8 °C

    表 4:LM15123-Q1 和 TAS6584-Q1 热成像的温度比较表
    结语
    希望本文已经清晰地为各位介绍了如何利用更高阻抗的扬声器和实施 H 类控制来帮助您开发重量更轻的音频系统以及外部放大器减轻重量如何转化为延长车辆续航里程这一优势。这将帮助您在整体音频设计中加入更多数量的扬声器通道并为现有数量的汽车扬声器增加每个通道的总体平均输出功率。

关键词:音频放大器

版权与免责声明

凡本网注明“出处:维库电子市场网”的所有作品,版权均属于维库电子市场网,转载请必须注明维库电子市场网,https://www.dzsc.com,违反者本网将追究相关法律责任。

本网转载并注明自其它出处的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品出处,并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

扫码下载APP,
一键连接广大的电子世界。

在线人工客服

买家服务:
卖家服务:

0571-85317607

客服在线时间周一至周五
9:00-17:30

关注官方微信号,
第一时间获取资讯。

建议反馈

联系人:

联系方式:

按住滑块,拖拽到最右边
>>
感谢您向阿库提出的宝贵意见,您的参与是维库提升服务的动力!意见一经采纳,将有感恩红包奉上哦!