國外汽車音響的設(shè)計原理及應(yīng)用

最近,國內(nèi)電子報刊紛紛刊出汽車音響升級的報道,表明有車一族對此并不滿足,于是很想了解國外最新汽車音響動向。為此,籍此文向有車一族中的音響發(fā)燒友介紹。國內(nèi)市場上,盡管汽車音響節(jié)目源有所擴展,從單一的收音,磁帶兩用機發(fā)展到加入單碟或自動換片的多碟CD機,但對小汽車音響功放來說卻基本變化不大,仍為以收音機,磁帶機和CD機組成的一體化音響。此類一體化音響,無論生產(chǎn)商標(biāo)出2*35W還是200W+200W,其實仍為早期的雙聲道功放,其每聲道真正輸出有效功率不會大于20W,普通產(chǎn)品不會超過2*6W。目前國外汽車音響現(xiàn)狀有以下特點。
DC變換器重出江湖
　　
開關(guān)電源無論采取PWM還是PCM,其能量輸出是由脈沖變壓器電磁轉(zhuǎn)換形成的,開關(guān)管導(dǎo)通時,向脈沖變壓器存儲磁能,開關(guān)管截止時,磁能轉(zhuǎn)換成電能,向負載提供電壓。 即使負載電流瞬間增大使輸出電壓下降,穩(wěn)壓控制系統(tǒng)也只能控制開關(guān)管在下一個導(dǎo)通周期延長導(dǎo)通時間,待開關(guān)管載止后,輸出電壓上升,以圖補償負載電流增大的影響。但是,音樂的波動是千變?nèi)f化的,有時大幅度的沖出信號只是瞬間的事,若信號沖擊到來時,開關(guān)電源不能及時提供大電流,輸出電壓必然形成隨大信號下降的波形,使信號上沖受限,產(chǎn)生波形失真,等沖擊信號過后,PWM電路才輸出信號上升,開關(guān)電源再降低其輸出電壓,以使其輸出電壓穩(wěn)定。可惜,這一切為時已晚,在此過程中輸出信號難免失真,同時也增大了電源紋波脈沖,使放大器的噪聲增大。
　　
直流變換器則不同,變換器的開關(guān)管始終以設(shè)定的脈寬工作,只要開關(guān)管有足夠的開關(guān)電流,它能隨時提供其額定功率以內(nèi)的電壓。從此點來說,直流變換器和變壓器整流電源沒有區(qū)別,而且直流變換器的內(nèi)阻更低,對瞬間大電流的適應(yīng)性更強。實際上變換器是不用穩(wěn)壓系統(tǒng)的開關(guān)電路,任何開關(guān)電源除去脈沖調(diào)制,取樣誤差放大部分實質(zhì)即為直流變換器。
　　
根據(jù)上述原理,上世紀(jì)末,歐洲開始在轎車音響上配置直流變換器,與汽車功放配套。1980年,德國生產(chǎn)的Monacor HPB150汽車功放,配備了12V與±25V直流變換器,輸出最大電流可達10到15A,使功放有效輸出功率可達2X40W,或BTL接法,使輸出功率為150W。另一名為“Jensen”的汽車功放所配用的變換器,則可將12V電壓變換成雙電源±30V/15A的輸出可以向四聲道的放大器供電,輸出4*60W的有效功率其中“Monacor HPB150為最早的產(chǎn)品,其功放變換器采用分立元件組裝成自激推挽式變換器,共采用13只三極管,電路較復(fù)雜,裝調(diào)也不方便。此外,由于自激式振蕩電路其工作頻率隨負載電流變化,脈沖干擾抑制也比較困難。



Jensen功率變換器,則采用傳統(tǒng)開關(guān)電源它激式驅(qū)動器驅(qū)動四只MOS FET開關(guān)管組成的并聯(lián)推挽電路,其功放變換器電路如附圖所示。該汽車功放中利用MOS FET管作為開關(guān)管,可以提高電源變壓器的工作效率,有利于抑制脈沖干擾,同時還可以減小電源變壓器的體積。變換器的振蕩器和控制系統(tǒng)全部集成在IC(TL494)內(nèi)部。TL494原設(shè)計為它激式開關(guān)電源驅(qū)動控制器,內(nèi)部除含有振蕩器,脈寬調(diào)制器以外,還有基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓電路,死區(qū)時間控制電路和兩組比較器組成的誤差檢測電路。TL494在該電路中構(gòu)成它激式變換器,只利用了其振蕩器和驅(qū)動電路,用作驅(qū)動開關(guān)管的脈沖信號源,因而與常規(guī)用法有所不用。在該電路中,TL494第5,6腳外接時間常數(shù)電路(C3,R5),振蕩器產(chǎn)生80kHZ的脈沖信號,經(jīng)TL494內(nèi)部雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制,變成兩路時序不同的驅(qū)動脈沖,驅(qū)動兩組驅(qū)動放大器。TL494內(nèi)部兩組驅(qū)動級,由第9,10腳輸出時序不同的正向脈沖。為了避免在兩路脈沖交替處推挽開關(guān)管VT3,VT5和VT2,VT4同時導(dǎo)通,TL494的第四腳外接R6,C2,R4設(shè)定死區(qū)時間 。一組驅(qū)動脈沖使推挽電路一臂導(dǎo)通后,相隔一死區(qū)時間,才發(fā)出另一組驅(qū)動脈沖,使另一臂導(dǎo)通(第四腳電壓越高,死區(qū)時間越長)。TL494第1,2腳為兩組取樣放大器的同相和反相輸入端,可控制內(nèi)部比較器組成的脈寬調(diào)制器設(shè)定的占空比。在該變換器中,TL494各腳功能及應(yīng)用如下:
　　
第2腳為第一組誤差放大器的同相輸入端。由R7接入5V基準(zhǔn)電壓。當(dāng)?shù)?腳輸出高電平時,誤差放大器輸出端(第3腳)輸出恒定的低電平,該電平在TL494內(nèi)部控制比較器組成的PWM調(diào)制器,輸出最大脈寬45%,其余5%作死區(qū)時間。 另外,第2腳外接C4為軟起動電容,開機瞬間C4充電使第2腳瞬間為低電平,誤差放大器輸出高電平,隨著C4充電電壓升高,第2腳電壓升高,第3腳電壓降低,使PWM比較器輸出脈寬緩增大到額定脈寬,避免開機沖擊電流損壞開關(guān)管。
　　
第3腳為誤差放大器輸出端,外接R3,C1為避免誤差放大器振蕩而設(shè)。
　　
第4腳為死區(qū)時間控制端,通過R6,R4從5V基準(zhǔn)電壓分壓得到0.05V死區(qū)時間控制電壓,使兩組驅(qū)動脈沖之間有占脈寬5%的間隙。第4腳電平達到0.3V時,驅(qū)動脈沖被關(guān)斷。
　　
第5,6腳為振蕩頻率控制端,外接R5,C3設(shè)定振蕩器產(chǎn)生約80KHZ的振蕩脈沖,徽調(diào)R5可使振蕩頻率為100KHZ。C3,R5與振蕩頻率的關(guān)系為:f(kHZ)=1.2/R(kΩ).C(μF)。
　　
第7腳為公共地端。