發布日期：2022-08-22 點擊率：157
Other Parts Discussed in Post: LM5155, TAS5825P
By Eileen Zhang
拉桿音箱通常為一種帶有拉桿和輪子的無線音箱，如圖1所示。由于拖拉方便，易于移動，并且在室外可以提供足夠的響度，拉桿音箱廣泛應用于各種戶外活動中，如廣場舞、演唱會、婚禮、會議、瑜伽練習等。拉桿音箱的主要消費市場在中國，也出口到東南亞，歐美等地區。
拉桿音箱有多種功率等級，從數十瓦到數百瓦不等。影響拉桿音箱功率等級的因素有音量的大小，低音炮的功率等。舉例來說，一款20W的拉桿音箱，通常帶有一個5英寸的低音喇叭；而一款100W的拉桿音箱，通常帶有一個18英寸的低音喇叭。圖2所示為一款帶有屏幕的中高端拉桿音箱。
圖1. 拉桿音箱（基本款） 圖2. 拉桿音箱（帶屏幕）
為同時滿足便攜性需求并提供足夠的功率，拉桿音箱通常配備了12V鉛酸電池。對于30W以上的拉桿音箱，12V電池不足以給后級的音頻功放提供足夠的功率，需要升壓電路將電池電壓升壓至15V~48V以滿足不同功率需求。圖3所示為典型的拉桿音箱電源系統示意圖。
圖3. 拉桿音箱電源系統示意圖
升壓控制器LM5155在拉桿音箱中的應用
LM5155是德州儀器的全新一代升壓控制器， 在拉桿音箱的應用中具有以下優勢：
支持3.5-V 到45-V寬范圍輸入，適用于不同種類電池
內置1.5A的門極驅動電路，可驅動大電流MOSFET，適用于大功率音箱的設計。相比市面其他升壓方案，LM5155可顯著提升效率，降低功耗，從而延長拉桿音箱續航時間。
整體方案尺寸小，設計簡單，BOM成本低：
芯片采用小尺寸的WSON封裝，僅為3mm×2mm，如圖4所示。
支持高開關頻率 （100 kHz to 2.2 MHz），可有效減小外部電感電容的尺寸，降低成本。
工作頻率可編程， 同時提供外部時鐘同步， EMI設計更為靈活
支持可編程欠壓保護(UVLO)及軟起動，并具有完善的過壓、過流及熱保護，為整個系統提供多重保護。
圖5為LM5155的典型應用電路圖。
圖4. LM5155封裝示意圖 圖5. LM5155升壓應用電路圖
德州儀器音頻功率放大器在拉桿音箱中的應用
基于最新的半導體制造工藝以及豐富的音頻功率放大器設計經驗，德州儀器推出一系列D類功放產品，性能出色，性價比高，產品選擇多，可滿足不同功率等級拉桿音箱的需求。
功率等級 | 50 - 100W | 200 - 600W | ||||
模擬輸入D類功放 | TPA3128 | TPA3126 | TPA3220 | TPA3221 | TPA3251 | TPA3255 |
數字輸入D類功放 | TAS5825P | TAS3251 | ||||
在拉桿音箱應用中，D類功放的電源電壓 (PVDD) 通常由升壓型DC/DC變換器提供。與固定 PVDD 相比，基于音頻信號大小而調整的可變 PVDD 可顯著提高系統效率，降低損耗，減少發熱，延長電池續航時間。
TAS5825P為德州儀器2019年新推出的數字輸入D類功放芯片。該芯片內置強大的音頻 DSP 內核，實現了一種稱為 Hybrid-Pro 的專有算法。Hybrid-Pro算法可檢測即將發生的音頻功率需求，并通過反饋引腳 (HPFB) 為DC/DC變換器提供 PWM 控制信號來調整輸出電壓（即D類功放的電源電壓 PVDD）。TAS5825P 支持高達 4ms 的延遲緩沖器 （Delay Buffer），以提前查看音頻信號并防止音頻削波失真。
圖6為使用LM5155 及TAS5825P實現的動態調壓的音頻功放解決方案TAS5825PEVM的系統框圖。如圖所示，音頻信號經Hybrid-Pro 算法處理后反饋給升壓控制器LM5155的反饋（FB）端，從而實現音頻信號的包絡檢測及控制LM5155輸出電壓。TAS5825P內置的延遲緩沖器 （Delay Buffer）可以將音樂信號延時輸入到功放部分，從而避免音頻輸出失真。從圖7的實驗波形可以看到，電源電壓PVDD會跟隨音頻輸入信號的包絡幅值進行調節，并且確保音頻輸出無失真。
圖6. TAS5825P實現動態調壓音頻功放的系統框圖
圖7. TAS5825P 實現實現動態調壓音頻功放的實驗波形
經實驗測試，7500mAh的單節鋰電池給2×20W的功放供電，若使用不帶動態調壓的D類功放，電池使用時間為2小時；若功放為帶Hybrid-Pro算法的TAS5825P，則電池使用時間可延長到6小時，續航時間是原來的3倍。對于大功率拉桿音箱，音樂動態范圍變化更大，省電效果尤為顯著。
在德州儀器官方網站上，可以找到更多適用于拉桿音箱應用的升壓電源以及音頻功放解決方案。
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