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新汽車音響供電電源DC-DC變換器電路

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 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，盡管汽車音響節(jié)目源有所擴(kuò)展，從單一的收音，磁帶兩用機(jī)發(fā)展到加入單碟或自動(dòng)換片的多碟CD機(jī)，但對(duì)小汽車音響功放來(lái)說(shuō)卻基本變化不大，仍為以收音機(jī)，磁帶機(jī)和CD機(jī)組成的一體化音響。此類一體化音響，無(wú)論生產(chǎn)商標(biāo)出2*35W還是200W+200W，其實(shí)仍為早期的雙聲道功放，其每聲道真正輸出有效功率不會(huì)大于20W，普通產(chǎn)品不會(huì)超過(guò)2*6W。最近，國(guó)內(nèi)電子報(bào)刊紛紛刊出汽車音響升級(jí)的報(bào)道，表明有車一族對(duì)此并不滿足，于是很想了解國(guó)外最新汽車音響動(dòng)向。為此，籍此文向有車一族中的音響發(fā)燒友介紹。目前國(guó)外汽車音響現(xiàn)狀有以下特點(diǎn)。

    DC變換器重出江湖

    之所以說(shuō)DC變換器“重出江湖”，是因?yàn)樯鲜兰o(jì)40年代的電子管收音機(jī)時(shí)代，為了向汽車中的電子管收音機(jī)提供高電壓供電，曾廣泛采用一種“振動(dòng)子”變流器，這種變流器的原理是利用機(jī)械觸點(diǎn)組成雙向開關(guān)，將12V直流電變換為雙向方波，然后通過(guò)變壓器資脈沖波電壓升高，再整流，濾波成為高壓直流電，其電路基本原理與現(xiàn)有的晶體管直流變換器是相同的，區(qū)別是由機(jī)械開關(guān)換向，其脈沖頻率只是在1KHZ以下，而且頻率也較低。這種機(jī)械式振動(dòng)子變換器一直延用到半導(dǎo)體器件相當(dāng)成熟，即電子管收音機(jī)改為晶體管后，才從汽車音響中消失。

    由于小汽車音響受到12V供電的制約，無(wú)論輸出功率還是音場(chǎng)效果都難以進(jìn)一步提高。在此情況下，從上世紀(jì)末，歐洲生產(chǎn)的汽車音響中開始采用DC-DC變換器，將12V蓄電池供電變換為±24V-±50V，向汽車音響提供電源。目前，DC-DC變換器與機(jī)械變流器相比，已今非昔比，其開關(guān)頻率可達(dá)100KHZ以上，效率接近90%。

    汽車音響供電電源中采用DC-DC變換器，而不采用升壓式開關(guān)電源，是經(jīng)過(guò)縝密考慮的�，F(xiàn)代的晶體管放大器部分仍為AB類放大，其工作電流隨信號(hào)的波動(dòng)成正比變化，所以功放實(shí)際上構(gòu)成變動(dòng)范圍極大負(fù)載。為了避免功放輸出信號(hào)產(chǎn)生削頂失真，要求供電電源有足夠的能量?jī)?chǔ)備，當(dāng)信號(hào)峰值瞬間能立即提供較大的電流（一般PMOP即為對(duì)功放瞬間峰值功率的標(biāo)稱）。顯然，也包括了電源瞬間輸出電流的能力。

    開關(guān)電源無(wú)論采取PWM還是PCM，其能量輸出是由脈沖變壓器電磁轉(zhuǎn)換形成的，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，向脈沖變壓器存儲(chǔ)磁能，開關(guān)管截止時(shí)，磁能轉(zhuǎn)換成電能，向負(fù)載提供電壓。 即使負(fù)載電流瞬間增大使輸出電壓下降,穩(wěn)壓控制系統(tǒng)也只能控制開關(guān)管在下一個(gè)導(dǎo)通周期延長(zhǎng)導(dǎo)通時(shí)間，待開關(guān)管載止后，輸出電壓上升，以圖補(bǔ)償負(fù)載電流增大的影響。但是，音樂的波動(dòng)是千變?nèi)f化的，有時(shí)大幅度的沖出信號(hào)只是瞬間的事，若信號(hào)沖擊到來(lái)時(shí)，開關(guān)電源不能及時(shí)提供大電流，輸出電壓必然形成隨大信號(hào)下降的波形，使信號(hào)上沖受限，產(chǎn)生波形失真，等沖擊信號(hào)過(guò)后，PWM電路才輸出信號(hào)上升，開關(guān)電源再降低其輸出電壓，以使其輸出電壓穩(wěn)定。可惜，這一切為時(shí)已晚，在此過(guò)程中輸出信號(hào)難免失真，同時(shí)也增大了電源紋波脈沖，使放大器的噪聲增大。

    直流變換器則不同，變換器的開關(guān)管始終以設(shè)定的脈寬工作，只要開關(guān)管有足夠的開關(guān)電流，它能隨時(shí)提供其額定功率以內(nèi)的電壓。從此點(diǎn)來(lái)說(shuō)，直流變換器和變壓器整流電源沒有區(qū)別，而且直流變換器的內(nèi)阻更低，對(duì)瞬間大電流的適應(yīng)性更強(qiáng)。實(shí)際上變換器是不用穩(wěn)壓系統(tǒng)的開關(guān)電路，任何開關(guān)電源除去脈沖調(diào)制，取樣誤差放大部分實(shí)質(zhì)即為直流變換器。

    根據(jù)上述原理，上世紀(jì)末，歐洲開始在轎車音響上配置直流變換器，與汽車功放配套。1980年，德國(guó)生產(chǎn)的Monacor HPB150汽車功放，配備了12V與±25V直流變換器，輸出最大電流可達(dá)10到15A，使功放有效輸出功率可達(dá)2X40W，或BTL接法，使輸出功率為150W。另一名為“Jensen”的汽車功放所配用的變換器，則可將12V電壓變換成雙電源±30V/15A的輸出可以向四聲道的放大器供電，輸出4*60W的有效功率其中“Monacor HPB150為最早的產(chǎn)品，其功放變換器采用分立元件組裝成自激推挽式變換器，共采用13只三極管，電路較復(fù)雜，裝調(diào)也不方便。此外，由于自激式振蕩電路其工作頻率隨負(fù)載電流變化，脈沖干擾抑制也比較困難。
  Jensen功率變換器，則采用傳統(tǒng)開關(guān)電源它激式驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)四只MOS FET開關(guān)管組成的并聯(lián)推挽電路，其功放變換器電路如附圖所示。該汽車功放中利用MOS FET管作為開關(guān)管，可以提高電源變壓器的工作效率，有利于抑制脈沖干擾，同時(shí)還可以減小電源變壓器的體積。變換器的振蕩器和控制系統(tǒng)全部集成在IC（TL494）內(nèi)部。TL494原設(shè)計(jì)為它激式開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)控制器，內(nèi)部除含有振蕩器，脈寬調(diào)制器以外，還有基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓電路，死區(qū)時(shí)間控制電路和兩組比較器組成的誤差檢測(cè)電路。TL494在該電路中構(gòu)成它激式變換器，只利用了其振蕩器和驅(qū)動(dòng)電路，用作驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的脈沖信號(hào)源，因而與常規(guī)用法有所不用。在該電路中，TL494第5，6腳外接時(shí)間常數(shù)電路（C3，R5），振蕩器產(chǎn)生80kHZ的脈沖信號(hào)，經(jīng)TL494內(nèi)部雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制，變成兩路時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)兩組驅(qū)動(dòng)放大器。TL494內(nèi)部?jī)山M驅(qū)動(dòng)級(jí)，由第9，10腳輸出時(shí)序不同的正向脈沖。為了避免在兩路脈沖交替處推挽開關(guān)管VT3，VT5和VT2，VT4同時(shí)導(dǎo)通，TL494的第四腳外接R6，C2，R4設(shè)定死區(qū)時(shí)間 。一組驅(qū)動(dòng)脈沖使推挽電路一臂導(dǎo)通后，相隔一死區(qū)時(shí)間，才發(fā)出另一組驅(qū)動(dòng)脈沖，使另一臂導(dǎo)通（第四腳電壓越高，死區(qū)時(shí)間越長(zhǎng)）。TL494第1，2腳為兩組取樣放大器的同相和反相輸入端，可控制內(nèi)部比較器組成的脈寬調(diào)制器設(shè)定的占空比。在該變換器中，TL494各腳功能及應(yīng)用如下：

    第1腳為第一組誤差放大器的反相輸入端。電路中以R2接地，使之為低電平。

    第2腳為第一組誤差放大器的同相輸入端。由R7接入5V基準(zhǔn)電壓。當(dāng)?shù)?腳輸出高電平時(shí)，誤差放大器輸出端（第3腳）輸出恒定的低電平，該電平在TL494內(nèi)部控制比較器組成的PWM調(diào)制器，輸出最大脈寬45%，其余5%作死區(qū)時(shí)間。 另外，第2腳外接C4為軟起動(dòng)電容，開機(jī)瞬間C4充電使第2腳瞬間為低電平，誤差放大器輸出高電平，隨著C4充電電壓升高，第2腳電壓升高，第3腳電壓降低，使PWM比較器輸出脈寬緩增大到額定脈寬，避免開機(jī)沖擊電流損壞開關(guān)管。

    第3腳為誤差放大器輸出端，外接R3，C1為避免誤差放大器振蕩而設(shè)。

    第4腳為死區(qū)時(shí)間控制端，通過(guò)R6，R4從5V基準(zhǔn)電壓分壓得到0.05V死區(qū)時(shí)間控制電壓，使兩組驅(qū)動(dòng)脈沖之間有占脈寬5%的間隙。第4腳電平達(dá)到0.3V時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖被關(guān)斷。

    第5，6腳為振蕩頻率控制端，外接R5，C3設(shè)定振蕩器產(chǎn)生約80KHZ的振蕩脈沖，徽調(diào)R5可使振蕩頻率為100KHZ。C3，R5與振蕩頻率的關(guān)系為：f(kHZ)=1.2/R(kΩ)·C(μF)。

    第7腳為公共地端。