使用D类放大器应对汽车音频设计挑战

文章摘要：由于车载信息娱乐系统不断增添更多功能和予系统，本体和中继单元的音频功率预算已逼近极限。车载音频设计人员正在寻找低成本的高性能解决方案。很多人认为，适当使用效率超高的D类放大器正逐渐成为最明智的可行性选择。与家庭影院系统中应用的音频放大器不同，设计工程师并不可能在简单加大功率的同时找到控制音频质量的合适方式以实现这些目标。汽车仪表板下的音响本体对散热和空间要求非常严格。电源电压同样受到限制，并且经常受到诸如电压尖峰和车内其他电子和机械系统的干扰。同时，随着扬声器和通道的增加，功率要求更高，容纳音频驱动系统的空间却更小。这样，音频功率需求必然会增加。有两种主要方法可以应对这种处境。一种是传统方法，

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由于车载信息娱乐系统不断增添更多功能和予系统，本体和中继单元的音频功率预算已逼近极限。车载音频设计人员正在寻找低成本的高性能解决方案。很多人认为，适当使用效率超高的D类放大器正逐渐成为最明智的可行性选择。

与家庭影院系统中应用的音频放大器不同，设计工程师并不可能在简单加大功率的同时找到控制音频质量的合适方式以实现这些目标。汽车仪表板下的音响本体对散热和空间要求非常严格。电源电压同样受到限制，并且经常受到诸如电压尖峰和车内其他电子和机械系统的干扰。同时，随着扬声器和通道的增加，功率要求更高，容纳音频驱动系统的空间却更小。

这样，音频功率需求必然会增加。有两种主要方法可以应对这种处境。一种是传统方法，即添加更多由标准音频放大器驱动的通道。这一解决方案已应用于有源音频系统，其中每个放大器驱动一个扬声器。但由于通道数量繁多，这种方案越来越复杂，且越来越难以作为整体解决方案处理。

另一种方法是通过降低扬声器电阻，或使用DC／DC转换器来提高电源电压，从而提高功率输出。采用这种解决方案，单个放大器可以驱动两个或三个扬声器，且仍可保持音频的高性能。

但两种方法都存在着共同的缺陷：都会增加耗散功率。因此，为达到耗散功率目标，需要利用更加高效的放大器。

与AB类放大器相比，D类放大器的效率高达95％，可使功率预算得到控制，同时生成超儿音效。这同时意味着它们所需的散热片更小，在紧凑的空间内可以安装更多的电子元件。但不可忽视，D类放大器比AB类昂贵，而且具有特殊的设计要求。图1为AB类放大器与D类放大器在一定输出功率范围内的效率对比。

值得注意的是，这两种方法并非互不相容。实际上，创新的工程设计通常都使用混合解决方案，车载音频也不例外。设计工程师通常会根据以下关键因素做出决定：

音响本体的大小、功率要求和功率耗散性能

音频系统的成本

音频性能

消除其他电子和机电设备的干扰

D类和AB类放大器对比

AB类放大器因其众多优点，成为目前汽车音频应用领域的标准放大器。相关技术也较为成熟，相对而言易于开发各种应用，且无需调整。AB类放大器与D类放大器的早期产品相比，AB类放大器具有不产生电磁干扰(EMI)的天然优势。

但AB类放大器50％的工作效率导致功率和散热相对较高，这一点在音频系统极为精密复杂的情况下显得很重要。对音响本体，由于功率耗散增加，AB类放大器18V或更高的电源电压并不会产生更高的输出功率。

相比而言，D类放大器工作效率达90％，可以设计数字连接，以便与处理音频的数字信号处理器(DSP)连接，从而为DSP节省了集成模拟／数字信号转换器的成本。D类放大器还可以集成到60 V配电干线中。

六通道案例

现在，大多数量产轿车都配备四个音频通道，连接八个扬声器。此外，放大器必须支持整个音频频率范围，且低音和中音扬声器通常共用一个通道和功率放人器。四通道配置的这一最后调整会在车门附近形成回声。

增加两个通道可以解决许多问题。首先，这样可以让功率巨大的低音扬声器单独驱动经过两个新增通道，将声音传送至汽车前座下的扬声器，消除车门回声。还可以实现更高的声音保真度，因为所有扬声器都不必在整个频率范围内运行。四通道与六通道音频结构比较见图2。

但每位汽车音频设计人员都会告诉你，空间和散热要求会将音响本体的功率耗散限制在20W以内。解决该问题的传统方法是将部分扬声器线路连接到中继单元的外部放大器配电盒中。这种解决方案尽管可行，但会使系统在整体上更加复杂，同时提高成本。

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