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如何為帶內(nèi)部或外部揚聲器的產(chǎn)品選擇音頻放大器

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:TI ? 作者:TI ? 2023-04-12 09:24 ? 次閱讀
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選擇合適的放大器總會涉及在系統(tǒng)類型、成本和性能之間做出權(quán)衡。設(shè)備性能包括音頻性能、熱性能和功能設(shè)置。在這篇博文中,我們將討論如何指定系統(tǒng)額定功率以及如何選擇合適的放大器集成電路器件(IC)用于電聲棒、家庭影院系統(tǒng)、有源音箱或其他產(chǎn)品。

大多數(shù)TI的高功率D類放大器(其實大部分產(chǎn)品為D類放大器)的設(shè)計可連續(xù)輸出數(shù)據(jù)表中額定的滿功率,前提是系統(tǒng)的散熱解決方案可提供充分的散熱,以保持設(shè)備處于工作溫度范圍內(nèi),特別是可保持設(shè)備數(shù)據(jù)表指定的溫度范圍。滿足解決方案散熱要求的熱系統(tǒng)將取決于散熱器尺寸;強制/不強制氣流;設(shè)備和散熱器之間的熱界面;及最重要的是,為系統(tǒng)傳遞指定熱試驗(或功率測試)的要求。

持續(xù)功率測試的熱系統(tǒng)要求取決于特定輸出功率/測試條件下放大器的功耗。設(shè)備功率損耗取決于在特定輸出功率電平條件下的放大器效率。D類放大器通常在高輸出功率條件下能達到90%或以上的效率,但在空閑損耗和低輸出功率方面,放大器具有更多變化。空閑損耗和高功率效率既取決于MOSFET的尺寸(RDSON),也取決于放大器的柵極驅(qū)動設(shè)計。圖1所示為與TI的TPA3251D2放大器IC的輸出功率相比的功率效率和功率損耗的示例。

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圖1:TPA3251D2電源效率和功率損耗與輸出功率示例

一般情況下,音頻信號具有大的波峰因數(shù)(平均值和峰值功率之間的比值),并通常被認(rèn)為具有瞬態(tài)低平均功率。圖2所示為從一首音樂產(chǎn)生的振幅容量示例。由于音頻瞬變往往很短,因此盡管振幅高,它們也不會顯著促成系統(tǒng)功率損耗和發(fā)熱。

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圖2:音樂波形的示例

波峰因數(shù)暗指若系統(tǒng)設(shè)計播放恒定正弦波,音頻回放系統(tǒng)的熱要求將會降低,這很可能僅在實驗室測試設(shè)置時發(fā)生。在1/8的最大輸出功率條件下,當(dāng)對系統(tǒng)進行熱測試時,功率檢測常被用作音頻材料的替代物。

此外,您還必須考慮到放大器的實際負(fù)載阻抗,因為放大器輸出功率將取決于其負(fù)載阻抗。對于現(xiàn)實中的揚聲器,負(fù)載阻抗取決于揚聲器的機電性能、其外殼和分頻網(wǎng)絡(luò),并且在頻率側(cè)不會變平。相比通過對應(yīng)于揚聲器最小阻抗的歐姆負(fù)載阻抗抽取的功率(通常用于測試),這將進一步降低放大器的平均輸出功率。

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圖3:揚聲器阻抗(倒相式音箱)示例

我們將再次使用TI的TPA3251D2 D類放大器及TI的TPA3250D2作為示例,幫助解釋如何在不同的溫度條件下操作放大器。這兩種設(shè)備在類似封裝中具有等效晶粒,但TPA3250D2在印刷電路板(PCB)(墊板朝下)具有一個熱界面,而與散熱器(墊板朝上)相接的TPA3251D2用于冷卻設(shè)備。墊板朝上設(shè)備的散熱系統(tǒng)使用散熱器,相比使用PCB冷卻設(shè)備的墊板朝下設(shè)備可更有效地為設(shè)備散熱。選擇一個集成線路時,則需要考慮這是否是一個重要的特點,因為散熱器成本高,它的使用成本也更加昂貴。

表1比較了TPA3250D2和TPA3251D2。這兩種設(shè)備都可在相同的電源電壓軌操作,并輸出相同的峰值電流。在音頻系統(tǒng)中,這些設(shè)備同樣可大聲播放,并且同樣適合多數(shù)揚聲器負(fù)載。然而,若系統(tǒng)的功率測試要求需要大的連續(xù)輸出功率,或者若該系統(tǒng)具有負(fù)載阻抗未知的外部揚聲器,如家庭影院系統(tǒng),墊板朝上款將提供更多的散熱空間,可能是此類系統(tǒng)的正確選擇。

對于具有集成揚聲器系統(tǒng)(電聲棒、有源揚聲器)的系統(tǒng)來講,由于散熱器成本降低,墊板朝下款的整體系統(tǒng)成本更低,并因此可能成為優(yōu)選使用設(shè)備,前提是揚聲器負(fù)載和功率處于其導(dǎo)熱能力范圍。

設(shè)備 冷卻風(fēng)道 最大峰值功率(雙通道) 最大連續(xù)功率(雙通道) 最大PVDD 標(biāo)稱PVDD 推薦負(fù)載阻抗 揚聲器推薦
TPA3250D2 至PCB 175W/4Ω 70W/8Ω 36V 32V 內(nèi)部
TPA3251D2 至散熱器 175W/4Ω 175W/4Ω 36V 36V 外部/內(nèi)部

表1:TPA3250D2和TPA3251D2對比

設(shè)計具有最佳音頻質(zhì)量的系統(tǒng)時,選擇正確的放大器非常重要。TPA3250D2與TPA3251D2來自同一設(shè)備系列,兩者都可在高功率系統(tǒng)中實現(xiàn)高品質(zhì)的聽覺體驗。然而,設(shè)計系統(tǒng)時,選擇最適合實際系統(tǒng)及其熱需求的正確放大器很重要。如設(shè)備墊板朝上和墊板朝下款稍有差別,將影響系統(tǒng)成本和熱性能。若為TPA3250D2和TPA3251D2,該設(shè)備的墊板朝上和墊板朝下款在聲音質(zhì)量或系統(tǒng)效率方面差異不大。

審核編輯:郭婷

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