使用D类放大器应对汽车音频设计挑战

文章摘要：适当应用D类放大器是一种成本经济的解决方案。首先看一下传统放大器数值，效率为55％的AB类放大器会耗散4.5W，而效率达94％的D类放人器仅耗散0.6W。使用六个AB类放大器通道，共计产生27W的功率耗散，这要比音响本体通常最大的耗散还多。但如果混合使用两种放大器就可以达到功率预算的要求，即使是仅使用两个D类放大器(最有可能用于低音扬声器)。图3为在六通道音频系统中仅使用两个D类放大器的方案与其他方案的比较，最后一行显示了20W和特定配置的总功率耗散之间的差值。D类放大器的成本可能会使方案B成为最适合中端汽车的选择。但展望未来，尤其是未来的“顶级音频系统”市场(以及更高电压电轨市场)，D类放大

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适当应用D类放大器是一种成本经济的解决方案。首先看一下传统放大器数值，效率为55％的AB类放大器会耗散4.5W，而效率达94％的D类放人器仅耗散0.6W。

使用六个AB类放大器通道，共计产生27W的功率耗散，这要比音响本体通常最大的耗散还多。但如果混合使用两种放大器就可以达到功率预算的要求，即使是仅使用两个D类放大器(最有可能用于低音扬声器)。图3为在六通道音频系统中仅使用两个D类放大器的方案与其他方案的比较，最后一行显示了20W和特定配置的总功率耗散之间的差值。

D类放大器的成本可能会使方案B成为最适合中端汽车的选择。但展望未来，尤其是未来的“顶级音频系统”市场(以及更高电压电轨市场)，D类放大器很有可能扩展其市场渗透率。

顶级汽车的音频系统可能会支持至少8个、最多22个通道，其中许多都会排入中继单元。如果系统不采用D类放大器，支持大量声通道会成为几乎不可能完成的任务。

在不断权衡成本和音质目标的过程中，设计工程师可以研究出AB类和D类放大器的多种组合。D类放大器的首要适用领域是要求低功率耗散以及高输出功率的应用场合。这些应用场合包括高于90W的系统。具体应用类别可分为以下四种:

顶级音频系统：由AB类和D类放大器混合驱动8～22个通道，输出功率大于每通道28W。

中端音频系统，针对低功率耗散进行优化：由D类放大器驱动4～6个通道，输出功率大于每通道25W。

中端音频系统，针对成本进行优化：由AB类和D类放大器混合驱动的4～6个通道。

初级音频系统：由AB类放大器驱动的2～4个通道，输出功率低于每通道28W。

在汽车音频系统中优化D类放大器

车载环境对于D类放大器的应用而言极具挑战。举例来说，D类放大器的输出电压受电源电压的影响，而汽车中的供应电压并不恒定。因此，实际中必须采取措施抑制电源的纹波电压，使用二阶反馈回路可以实现这一抑制效果。

如前所述，开关引起的EMI干扰是D类放大器最重要的问题之一。在设计层而，通过相位交错、频率跳动和AD／BD调制，可以减轻EMI干扰。恩智浦进一步设计开发出一项专利解决方案，将EMI抑制功能融入放大器本身。

引起EMI干扰的电流尖峰成因是放大器开关时晶体管之间的空载时间。空载时，电荷积聚在二极管中，并以图4所示的电流尖峰形式释放，图中红线代表电流尖峰。

显而易见，解决EMI干扰的方法就是消除空载时间。恩智浦的半导体制造专家指出，绝缘硅片(SOI)技术是理想选择，因为所有元件都可通过氧化物实现绝缘。当输出低于地线时，设备的基片不会积聚电荷，减少了逆回复时间，且与其他通道没有交叉干扰。

恩智浦在D类放大器中采用了SOI Advanced Bipolar-CMOS-DMOS(ABCD)技术。除抑制EMI干扰外，该工艺与批量Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)工艺相比，还有另一个优点，即不会发生可能破坏设备的闩锁效应。

总结

D类放大器日益受到汽车音频应用的青睐。也许到2015年时，它们会占据300％的汽车音频放大器市场。恩智浦积累了大量的D类放大器知识。这些消费领域的经验随着D类放大器逐渐进入汽车领域，将会带来引领潮流的产品与应用。

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