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汽車功率放大器電源供應(yīng)部分

　　【音響網(wǎng)資訊】
　　美國(guó)ARC總設(shè)計(jì)師ROBERTZEFF是美國(guó)汽車音響界功率放大器設(shè)計(jì)大師之一。他以前是美國(guó)ZAPCO的功放設(shè)計(jì)師，自從創(chuàng)立ARC汽車音響品牌以來，其產(chǎn)品尤其是功率放大器深受大眾喜愛。這篇文章，是ROBERTZEFF應(yīng)美國(guó)CA&E雜志邀請(qǐng)，介紹汽車音響功率放大器的最新技術(shù)與具體應(yīng)用。

　　在汽車音響功率放大器方面，以前多用兩種電路，AB類與A類。現(xiàn)在的功放電路有A類，AB類，D類，G類，H類與T類，還有許多新的沒有定義的技術(shù)名稱。這些新技術(shù)帶來的變化就是更小的體積，更低的價(jià)格，同時(shí)提高性能和效率。今天，在這里我們來對(duì)各種新技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，而且重點(diǎn)要有更高的效率，在效率方面，表現(xiàn)突出的電路類型是D類，G類，H類和T類。另外還會(huì)對(duì)汽車功放的設(shè)計(jì)與聲音的處理方面來交流一下看法，讓大家更加明白功放的設(shè)計(jì)與聲音的取向，并消除一些誤解和錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。

　　汽車功率放大器，需要的線路有許多，如短路保護(hù)，熱保護(hù)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制，開機(jī)延時(shí)啟起動(dòng)以及過壓保壓等電路。過去，需要許多的元件來組成這樣的控制電路。而科技高速發(fā)展的今天，我們只需要一個(gè)微處理芯片就可以處理這一切，另外在不增加成本的基礎(chǔ)上，還可以增加更多的功能。微處理器可以監(jiān)控電池的電壓，內(nèi)部電壓，溫度，控制音量和分頻網(wǎng)絡(luò)，和驅(qū)動(dòng)控制的外部顯示。它還可以直接與運(yùn)算電路組合，從而進(jìn)行輸出功率限制或限幅，增加的成本也不會(huì)多。下面我們從功放的各部分來說一下電路的設(shè)計(jì)。

　　電源供應(yīng)部分

　　汽車功放的電源部分的主要作用就是將汽車蓄電池也就是電瓶的電量轉(zhuǎn)化為更高的電壓。例如，如果一個(gè)功率放大器需要在四歐的狀態(tài)下，輸出100W的功率，那么我們需要的RMS額定電壓為20V。這時(shí)其時(shí)我們需要的電壓值為+/-28V，因?yàn)?0V的額定電壓，其峰值電壓為28V。我們稱其為臨界電壓，是因?yàn)楣β史糯笃鞯墓β史糯蠊艿碾妷鹤畲筮_(dá)到這里，但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)稍微更高一點(diǎn)，而保有余量。

　　具體的處理過程是將12V的直流電變成交流電，輸出給變壓器然后再整流成直流電。將12V的直流電轉(zhuǎn)化為交流電比較簡(jiǎn)單，一個(gè)PWM（脈沖調(diào)制）IC輸出給場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET處理就可以了，MOSFET是開關(guān)型晶體管，非常適合做這種處理。

　　12V電壓以一個(gè)極高的頻率進(jìn)行開與關(guān)，這個(gè)頻率通常為40–150kHz。較慢的開關(guān)速度要求更大的變壓器，過快則會(huì)造成損耗。優(yōu)質(zhì)的變壓器磁環(huán)材質(zhì)，高整的整流器，合適的繞組方式可以應(yīng)用較高的開關(guān)頻率�，F(xiàn)在許多優(yōu)質(zhì)的功率放大器，都因此而可以用較小的電源處理輸入，而產(chǎn)生非常大的功率。

　　穩(wěn)壓式電源供應(yīng)

　　早期許多的汽車功率放大器都有非穩(wěn)壓式的電源供應(yīng)方式。穩(wěn)壓式的電源供應(yīng)要求有非常高品質(zhì)的濾波電容，即低ESR內(nèi)阻的電容；輸出扼流圈；和優(yōu)化設(shè)計(jì)獨(dú)立的電壓反饋電路。穩(wěn)壓是通過控制脈沖調(diào)節(jié)帶寬0-100%去補(bǔ)償電瓶與輸出電壓。穩(wěn)壓電壓線路感應(yīng)到電壓的變化與響應(yīng)而改變脈沖的帶寬。

　　高頻的PMW脈沖調(diào)制波形經(jīng)整流而轉(zhuǎn)化為直流，再經(jīng)輸出扼流圈與電容處理。這時(shí)輸出的電流就是正與負(fù)的大電流提供給功率放大部分。

　　非穩(wěn)壓式電源供應(yīng)

　　相對(duì)于穩(wěn)壓式電源供應(yīng)，非穩(wěn)壓式電源供應(yīng)較便宜，它不需要輸出扼流圈，電壓感應(yīng)器，獨(dú)立反饋電路等。這是因?yàn)槠涔ぷ髫?fù)載系數(shù)將近100%，電容的波動(dòng)電流值也非常低，因此對(duì)電容的要求也不會(huì)那么高。

　　我們常常聽說過非穩(wěn)定式電源供應(yīng)有更加多的電壓余量空間，這其實(shí)意味著功放在瞬間可以產(chǎn)生更多的電量。許多的家用音響的功率放大器都是應(yīng)用非穩(wěn)定式電壓供應(yīng)線路設(shè)計(jì)，功放的電源是交流是50Hz，因此開關(guān)電源所用的濾波電容必須大200-500倍，這種額外的容量導(dǎo)致家用音響功率放大器有更多的電壓余量。但其實(shí)在非穩(wěn)定式電源供應(yīng)，電壓余量的空間指的是瞬態(tài)的電流供應(yīng)量，而不會(huì)有更多的電壓余量空間。接下來我們可以看看穩(wěn)壓式電源供應(yīng)與非穩(wěn)壓式電源供應(yīng)的對(duì)比參數(shù)。

　　從中可以看出，非穩(wěn)壓式電源供應(yīng)有著在低功率時(shí)有較高的輸出電壓，功率放大部分會(huì)有更高的輸出電壓，但這降低了功放的效率。較小的功率放大器，如小于100W，相對(duì)于穩(wěn)壓式電源，非穩(wěn)壓式電源有成本優(yōu)勢(shì)。

　　穩(wěn)壓/非穩(wěn)壓式電源的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

　　有些設(shè)計(jì)師嘗試將功放的輸入電壓最低可以讓電池電壓低至9.5伏特，然后通過增加電流供應(yīng)來補(bǔ)償。下面的表格列出了一個(gè)500W的功放在滿功率狀態(tài)下工作的電壓和電流。在較低的電壓時(shí)，電流急劇增大。由于較低電壓與更高的電流，供電效率進(jìn)一步下降，這需要更大的電流。

　　電壓越高，脈沖寬度減少，導(dǎo)致紋波電流增加。這種高電流使濾波電容產(chǎn)生熱量，這種熱量可能損害電容器的電解液。有許多的生產(chǎn)廠商所用的電容的這些指標(biāo)不過關(guān)，功放在安裝之后一年左右就會(huì)出現(xiàn)故障，這也就是電容的品質(zhì)問題。還有在低電壓需要大電流時(shí)，這個(gè)大電流有時(shí)超過汽車電瓶值也無法供應(yīng)上大電流。因此，我們ARC的做法是，將功放的電壓穩(wěn)壓在11-11.5伏，這樣所有的汽車的電瓶與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在正常工作時(shí)，都可以很容易地保持高出這個(gè)電池的電壓。

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