别再关注迷你屋热潮了！ - 您是否听说过车用D类放大器的小型电感器？

最近,当你打开电视或网站时,一定会看到许多关于迷你屋热潮的新闻。更小代表更好,对吗?同样,手机制造商们也在推销新一代手机的小巧、轻薄和轻便。

这种趋势也自然会蔓延到车用D类音频放大器领域。因此,在这篇博文中,我将讨论如何将小型电感器用于信息娱乐系统中的D类放大器。

背景

车用D类音频放大器设计需要在放大器的输出端安装一个滤波器。该滤波器在每个输出端使用电感和电容,通常称为电感-电容(LC)滤波器。正确选择LC滤波器的数值非常关键,旨在满足所需的音频性能、效率、电磁兼容性(EMC)/电磁干扰(EMI)的要求和成本,特别是在汽车音响主机和外部放大器应用中。

图1所示的D类放大器桥接负载电路是一种输出配置,扬声器(或负载)连接在两个放大器输出之间,桥接两个输出端。因此,车用D类音频放大器每个通道(扬声器)通常需要两个电感器。

图1:D类放大器桥接负载电路

为什么小型电感器很重要?

如今,汽车制造商正在汽车中增加更多汽车电子的子系统。然而,车内空间有限,因此电子模块供应商面临着使子系统变得更小的压力。其次,电子模块供应商所受到的二级影响是汽车制造商不断努力使车辆轻量化,以提高燃油效率。虽然有很多子系统有待评估,但是现在我想集中比较在信息娱乐系统中作为车载收音机设计的一部分,电感的尺寸及重量。

一个典型的车载收音机设计至少有四个通道来驱动两个前置扬声器和两个后置扬声器。对于车用D类音频放大器而言,这种简易配置总共需要八个电感器,因为每个通道需要两个电感器,如图1所示。因此,八个电感器的尺寸,占整个印刷电路板(PCB)尺寸和设计重量的很大一部分。

比较电感尺寸与放大器开关频率

对于车用D类音频放大器而言,确保合适且具有脉宽调制(PWM)解调功能的滤波器特性所需的LC滤波器中的电感值取决于开关频率。图2中,在开关频率约为400kHz的典型D类音频放大器设计中,用于LC滤波器的电感器尺寸比在更高频率下的新型D类放大器设计开关所需的电感器尺寸要大得多,如TI的TAS6424-Q1器件的输出开关频率为2.1MHz。

一个400kHz的汽车音频放大器通常使用10μH或8.2μH的电感值,而2.1MHz的高开关频率放大器设计可以利用体积更小、重量更轻的3.3μH—3.6μH范围的电感器(假设每个放大器提供相等的输出功率)。

图2:电感器尺寸与开关频率的比较

是什么增加电感重量?

8.2μH和3.3μH电感之间的重量差异主要是由于实现LC滤波器所需的电感值和电流处理能力需要的的铜线绕组和芯材的明显重量差造成的。正如前面所提,一个简易四通道车载收音机设计需要八个电感器。在图3中,您可以看到基于400kHz开关频率的四通道收音机设计与基于2.1MHz开关频率的收音机设计的重量差异(铜和芯材的总重量)。

图3:典型的四通道放大器的电感重量差异

新型金属合金电感可实现极小尺寸的放大器

在400kHz开关频率放大器设计中的传统电感器使用铜线和铁氧体材料作为芯。随着更高的2.1MHz开关频率的实现,可以开发具有铜导线的电感器和新型金属合金芯技术,从而实现难以置信的小型电感器尺寸。图4显示,新型金属合金技术不仅可以提供最轻的重量解决方案,而且还有助于大幅降低四通道放大器的整体尺寸。

图4:用于典型四通道放大器的小型金属合金电感器

结论

开关频率更高的汽车用D类音频放大器设计,如2.1MHz TAS6424-Q1,是满足新一代汽车收音机和外部放大器行业需求的未来之选。高频开关频率放大器还有助于推动电感行业的技术进步,从而提供整体体积更小、重量更轻的系统解决方案。