通過更高的輸出功率和H級控制打造身臨其境的汽車音頻體驗
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
隨著汽車油耗標準的不斷提高（根據(jù)美國環(huán)境保護署的規(guī)定，2026年每加侖汽油的行駛里程需提升至40英里），汽車音響設(shè)計人員面臨的挑戰(zhàn)是如何提供身臨其境的音頻體驗，同時減輕車輛重量并提高整體效率。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202203/431906.htm如果需要設(shè)計汽車外部放大器，可以通過增加輸出功率、利用更高阻抗的揚聲器以及在系統(tǒng)中實施H類控制來升級音頻系統(tǒng)架構(gòu)，從而增強用戶體驗。本文將詳細介紹每種方法，包括這些方法對音頻系統(tǒng)重量和性能的影響。
使用更高的電源電壓和更高的輸出電流支持更高的輸出功率
除了原始設(shè)備制造商 (OEM) 要求減輕車輛重量外，消費者還希望獲得出色的音頻性能，能夠在車內(nèi)享受身臨其境的音頻體驗。為了開發(fā)能帶來這種體驗的系統(tǒng)，設(shè)計人員喜歡集成性能更強大的低音炮：這些低音炮能夠持續(xù)輸出震耳欲聾的低音，并提供更大動態(tài)范圍（以分貝計量的最低聲音和最高聲音之間的差異）的聲音復(fù)制。
為了增加動態(tài)范圍以及提高輸出功率，可考慮提高輸入電源電壓。表1展示了在揚聲器阻抗增加時為了保持75W輸出功率而需要的電源電壓和輸出電流值。
表1 各種通道需求之間的關(guān)系（相同功率）
相同輸出功率 | |||
輸出功率 (W) | 75 | 75 | 75 |
揚聲器阻抗 (?) | 2 | 4 | 8 |
電源電壓 (V) | 20 | 26 | 36 |
輸出電流 (A) | 8.7 | 6.1 | 4.4 |
表2展示了增加的功率需求與電源電壓/輸出電流之間的相關(guān)性。在本例中，為了提高輸出功率，需要在相同的揚聲器阻抗下增加電源電壓和輸出電流。
表2 各種通道需求之間的關(guān)系（增加功率）
增加的輸出功率 (4?) | 增加的輸出功率 (8?) | |||||
輸出功率 (W) | 75 | 100 | 120 | 75 | 100 | 120 |
揚聲器阻抗 (?) | 4 | 4 | 4 | 8 | 8 | 8 |
電源電壓 (V) | 26 | 31 | 34 | 36 | 42 | 45 |
輸出電流 (A) | 6.1 | 7.1 | 7.8 | 4.4 | 5.0 | 5.5 |
為何高阻抗揚聲器可以減輕整體重量
如表1所示，使用高阻抗揚聲器的一個好處是，在保持相同輸出功率的情況下，輸出電流顯著下降。進而，由于所需的輸出電流降低，也可以減小銅線的相對尺寸（直徑）。例如，在相同輸出功率下，與4Ω或2Ω揚聲器相比，8Ω揚聲器可以使用直徑更小的銅線，這有助于減輕音頻電纜的重量。圖1所示的簡化安裝圖展示了一個六揚聲器汽車音頻系統(tǒng)，每扇車門有一個中音揚聲器，后部還有兩個額外的揚聲器，總共需要大約76英尺的銅線來連接所有揚聲器。
圖1 連接典型的六揚聲器汽車音頻系統(tǒng)所需的銅線長度
增加揚聲器阻抗的一個好處是可以減小電纜直徑。再加上通常情況下用于將所有揚聲器連接到音頻外部放大器的布線十分輕量，因此可真正降低音頻系統(tǒng)的整體重量。
實施H類控制以優(yōu)化系統(tǒng)效率并進一步減輕重量
如圖2所示，在傳統(tǒng)的音頻系統(tǒng)中，為了提供音頻負載所需的峰值功率，電源解決方案通常將所有揚聲器的音頻放大器電源電壓（標記為PVDD）設(shè)置為所需的最高電壓。
圖2 未實施 H 類控制的傳統(tǒng)音頻系統(tǒng)中的PVDD
實施“H類控制”技術(shù)（使用汽車D類音頻放大器，例如TAS6584-Q1）可以優(yōu)化提供給放大器的PVDD電壓（請參閱圖3），并動態(tài)跟蹤音頻波形的包絡(luò)。H類控制可以顯著提高音頻設(shè)計的效率，并節(jié)省了原本PVDD電壓固定為42V時會耗散的功率。
圖3 采用H類控制的PVDD
為了進一步說明H類控制對效率的影響，讓我們看一下表3中的數(shù)據(jù)。表3使用基于TAS6584-Q1的汽車H類音頻和跟蹤電源參考設(shè)計來啟用或禁用H類控制，比較了系統(tǒng)中的電源輸入 (Pin) 與功耗 (Pout)。利用H類控制，升壓電源控制器和音頻放大器之間的系統(tǒng)效率增益接近10%。
表3 使用 H 類控制提高效率
10 秒音頻剪輯 | Pin | Pout | 系統(tǒng)效率 |
不啟用 H 類 | 49.33 | 33.93 | 68.8% |
啟用 H 類 | 43.02 | 33.90 | 78.7% |
如圖 4 所示，提高效率還可以降低外部放大器的總體功率損耗。
圖4 不使用 H 類控制降低總體功率損耗
為了進一步說明這一點，讓我們看一下TAS6584-Q1音頻放大器和LM5123-Q1升壓控制器電源在啟用和禁用 H 類控制時的熱像儀圖像，并比較它們的熱特征。圖 5 展示了 H 類控制的實施如何顯著降低總熱負荷。
如圖 5 所示，H 類控制效率的提高（通過降低功率損耗）有助于降低熱負荷，從而可以選擇更小的散熱器來散發(fā)內(nèi)部熱量。
圖5 不采用和采用 H 類控制時的溫度對比
表4 LM15123-Q1 和 TAS6584-Q1 熱成像的溫度比較表
波形 | 配置 | LM5123 MOSFET 溫度 (°C) | TAS6584-Q1 電感器溫度 (°C) |
1kHZ 900ms 1/8 功率，100ms 全功率 | 采用H類 | 56.6 °C | 56.4 °C |
不采用H類 | 76.7 °C | 76.2 °C | |
差異 | 20.1 °C | 19.8 °C | |
結(jié)語
希望本文已經(jīng)清晰地為各位介紹了如何利用更高阻抗的揚聲器和實施 H 類控制來幫助您開發(fā)重量更輕的音頻系統(tǒng)以及外部放大器減輕重量如何轉(zhuǎn)化為延長車輛續(xù)航里程這一優(yōu)勢。這將幫助您在整體音頻設(shè)計中加入更多數(shù)量的揚聲器通道并為現(xiàn)有數(shù)量的汽車揚聲器增加每個通道的總體平均輸出功率。
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