如何通過DSP的音頻放大器提高揚聲器的效率

2020-12-23 電子發燒友

如何通過DSP的音頻放大器提高揚聲器的效率

電子元件技術 發表於 2020-12-22 16:11:24

您是否曾認為音頻放大器中的集成數位訊號處理器（DSP）僅用於數字濾波器、均衡或音頻混合？現實情況是，現代音頻放大器中集成的DSP可以帶來更多好處，包括提高放大器和音頻系統的效率。

電池供電的揚聲器仍然是超級便捷的音頻播放方法之一，適用於室內、室外或其他任何播放音樂的場合。在本文中，我將討論具有集成DSP的音頻放大器是如何提高揚聲器的效率並延長其運行時間的。

「電池可以持續多久呢？」

顯然，消費者希望可攜式揚聲器能夠更持久地播放自己喜歡的播放列表或播客，並且所需的充電時間更短。揚聲器生產公司已經注意到這一點，有時甚至在零售包裝上列出了揚聲器的播放時間。

如果電池壽命對於可攜式揚聲器而言如此重要，那麼您應該選擇容量更大的電池，對吧？對於某些設計是這樣的，但對於緊湊型揚聲器而言，根本沒有足夠的空間。或者，額外的電池容量可能會大幅增加系統成本。

在無法靈活增加電池容量的情況下，設計人員面臨的問題就變為「如何用容量相同的電池實現更長的播放時間呢？」答案是提高效率。對於音頻應用，中高功率（假設大於10W）的更高效放大器仍然是D類放大器，其理論效率為100%（實際大於90%）。

儘管大於90%的效率是基準，但這通常是在實驗室使用恆定的輸入信號和輸出功率測量得到的結果。實際上，對於典型的音頻片段或歌曲，測得的放大器效率會根據所提供的輸出功率而不斷變化。這是因為在較低的輸出功率下，功率因放大器金屬氧化物半導體場效應電晶體中的熱量而損失的比率會增加。為了減小這些沒必要的損耗，最簡單的解決方案是降低電源的電壓。對於音頻，設計人員可能不願意這樣做，因為降低電源電壓可能會降低系統提供更高輸出功率的能力，尤其是在更高動態範圍內提供峰值功率的能力。

中高功率揚聲器的電池壽命解決方案

為了在不影響輸出功率的情況下提高效率，TI推出了在DSP中採用Hybrid-Pro算法的TAS5825P D類音頻放大器，該放大器通過連續分析輸入的音頻信號並向外部直流/直流轉換器提供脈寬調製反饋，可提高系統效率並降低沒必要的損耗。利用反饋，直流/直流轉換器可在音頻峰值需要時增大電源電壓，並在不需要更高的輸出功率時降低電源電壓。該功能可在低音量播放音頻時降低功耗並提高效率，同時不會限制放大器提供最大輸出功率的能力。圖1顯示了TAS5825P的方框圖。

圖1：TAS5825P方框圖

Hybrid-Pro理念很簡單，它和我們在家中或工作中嘗試節能的方法是相同的。例如，當不使用房間中的電燈時，您會將其關閉以減少電費。不過，對於音頻放大器，您不希望只是關閉音樂！為了進行更精確的比較，請將Hybrid-Pro視為一個自動調光器。光傳感器並不關閉電燈（音頻放大器），而是自動將電燈調暗，使其恰好達到當時需要的亮度（放大器的電源電壓）。圖2說明了這一概念，其中放大器的電源電壓（PVDD）會隨著所需輸出電壓的增大而增大。

圖2：TAS5825P Hybrid-Pro 包絡跟蹤

啟用Hybrid-Pro運行測試可使電池供電的揚聲器實現更長的運行時間。與具有固定電壓軌的典型放大器相比，配置為Hybrid-Pro模式的TAS5825P可以將電池壽命延長20%以上。此外，TAS5825P中的可調音頻先行緩衝器提供了高級電壓軌控制，而沒有音頻削波的風險。

儘管DSP過去僅用於均衡和音頻濾波，但在音頻放大器中集成DSP所帶來的好處是空前的。TI具有集成DSP的D類音頻放大器產品系列不斷突破極限，實現更高的系統級效率。
編輯：hfy

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