最近,當你打開電視或網站時,一定會看到許多關于迷你屋熱潮的新聞。更小代表更好,對嗎?同樣,手機制造商們也在推銷新一代手機的小巧、輕薄和輕便。

這種趨勢也自然會蔓延到車用D類音頻放大器領域。因此,在這篇博文中,我將討論如何將小型電感器用于信息娛樂系統中的D類放大器。

背景

車用D類音頻放大器設計需要在放大器的輸出端安裝一個濾波器。該濾波器在每個輸出端使用電感和電容,通常稱為電感-電容(LC)濾波器。正確選擇LC濾波器的數值非常關鍵,旨在滿足所需的音頻性能、效率、電磁兼容性(EMC)/電磁干擾(EMI)的要求和成本,特別是在汽車音響主機和外部放大器應用中。

圖1所示的D類放大器橋接負載電路是一種輸出配置,揚聲器(或負載)連接在兩個放大器輸出之間,橋接兩個輸出端。因此,車用D類音頻放大器每個通道(揚聲器)通常需要兩個電感器。

圖1:D類放大器橋接負載電路

為什么小型電感器很重要?

如今,汽車制造商正在汽車中增加更多汽車電子的子系統。然而,車內空間有限,因此電子模塊供應商面臨著使子系統變得更小的壓力。其次,電子模塊供應商所受到的二級影響是汽車制造商不斷努力使車輛輕量化,以提高燃油效率。雖然有很多子系統有待評估,但是現在我想集中比較在信息娛樂系統中作為車載收音機設計的一部分,電感的尺寸及重量。

一個典型的車載收音機設計至少有四個通道來驅動兩個前置揚聲器和兩個后置揚聲器。對于車用D類音頻放大器而言,這種簡易配置總共需要八個電感器,因為每個通道需要兩個電感器,如圖1所示。因此,八個電感器的尺寸,占整個印刷電路板(PCB)尺寸和設計重量的很大一部分。

比較電感尺寸與放大器開關頻率

對于車用D類音頻放大器而言,確保合適且具有脈寬調制(PWM)解調功能的濾波器特性所需的LC濾波器中的電感值取決于開關頻率。圖2中,在開關頻率約為400kHz的典型D類音頻放大器設計中,用于LC濾波器的電感器尺寸比在更高頻率下的新型D類放大器設計開關所需的電感器尺寸要大得多,如TI的TAS6424-Q1器件的輸出開關頻率為2.1MHz。

一個400kHz的汽車音頻放大器通常使用10μH或8.2μH的電感值,而2.1MHz的高開關頻率放大器設計可以利用體積更小、重量更輕的3.3μH—3.6μH范圍的電感器(假設每個放大器提供相等的輸出功率)。

圖2:電感器尺寸與開關頻率的比較

是什么增加電感重量?

8.2μH和3.3μH電感之間的重量差異主要是由于實現LC濾波器所需的電感值和電流處理能力需要的的銅線繞組和芯材的明顯重量差造成的。正如前面所提,一個簡易四通道車載收音機設計需要八個電感器。在圖3中,您可以看到基于400kHz開關頻率的四通道收音機設計與基于2.1MHz開關頻率的收音機設計的重量差異(銅和芯材的總重量)。

圖3:典型的四通道放大器的電感重量差異

新型金屬合金電感可實現極小尺寸的放大器

在400kHz開關頻率放大器設計中的傳統電感器使用銅線和鐵氧體材料作為芯。隨著更高的2.1MHz開關頻率的實現,可以開發具有銅導線的電感器和新型金屬合金芯技術,從而實現難以置信的小型電感器尺寸。圖4顯示,新型金屬合金技術不僅可以提供最輕的重量解決方案,而且還有助于大幅降低四通道放大器的整體尺寸。

圖4:用于典型四通道放大器的小型金屬合金電感器

結論

開關頻率更高的汽車用D類音頻放大器設計,如2.1MHz TAS6424-Q1,是滿足新一代汽車收音機和外部放大器行業需求的未來之選。高頻開關頻率放大器還有助于推動電感行業的技術進步,從而提供整體體積更小、重量更輕的系統解決方案。