德州仪器升压变换器及音频放大器，助力拉杆音箱长续航
发布日期:2023-01-12
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Other Parts Discussed in Post: LM5155, TAS5825P
By Eileen Zhang
拉杆音箱通常为一种带有拉杆和轮子的无线音箱，如图1所示。由于拖拉方便，易于移动，并且在室外可以提供足够的响度，拉杆音箱广泛应用于各种户外活动中，如广场舞、演唱会、婚礼、会议、瑜伽练习等。拉杆音箱的主要消费市场在中国，也出口到东南亚，欧美等地区。
拉杆音箱有多种功率等级，从数十瓦到数百瓦不等。影响拉杆音箱功率等级的因素有音量的大�。鸵襞诘墓β实�。举例来说，一款20W的拉杆音箱，通常带有一个5英寸的低音喇叭；而一款100W的拉杆音箱，通常带有一个18英寸的低音喇叭。图2所示为一款带有屏幕的中高端拉杆音箱。
图1. 拉杆音箱（基本款） 图2. 拉杆音箱（带屏幕）
为同时满足便携性需求并提供足够的功率，拉杆音箱通常配备了12V铅酸电池。对于30W以上的拉杆音箱，12V电池不足以给后级的音频功放提供足够的功率，需要升压电路将电池电压升压至15V~48V以满足不同功率需求。图3所示为典型的拉杆音箱电源系统示意图。
图3. 拉杆音箱电源系统示意图
升压控制器LM5155在拉杆音箱中的应用
LM5155是德州仪器的全新一代升压控制器， 在拉杆音箱的应用中具有以下优势：
支持3.5-V 到45-V宽范围输入，适用于不同种类电池
内置1.5A的门极驱动电路，可驱动大电流MOSFET，适用于大功率音箱的设计。相比市面其他升压方案，LM5155可显著提升效率，降低功耗，从而延长拉杆音箱续航时间。
整体方案尺寸�。杓萍虻ィ珺OM成本低：
芯片采用小尺寸的WSON封装，仅为3mm×2mm，如图4所示。
支持高开关频率 （100 kHz to 2.2 MHz），可有效减小外部电感电容的尺寸，降低成本。
工作频率可编程， 同时提供外部时钟同步， EMI设计更为灵活
支持可编程欠压保护(UVLO)及软起动，并具有完善的过压、过流及热保护，为整个系统提供多重保护。
图5为LM5155的典型应用电路图。
图4. LM5155封装示意图 图5. LM5155升压应用电路图
德州仪器音频功率放大器在拉杆音箱中的应用
基于最新的半导体制造工艺以及丰富的音频功率放大器设计经验，德州仪器推出一系列D类功放产品，性能出色，性价比高，产品选择多，可满足不同功率等级拉杆音箱的需求。
图6. TAS5825P实现动态调压音频功放的系统框图
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功率等级 |
50- 100W |
200- 600W |
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模拟输入D类功放 |
TPA3128 |
TPA3126 |
TPA3220 |
TPA3221 |
TPA3251 |
TPA 3255 |
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数字输入D类功放 |
TAS5825P |
TAS3251 |
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拉杆音箱应用中，D类功放的电源电压 (PVDD) 通常由升压型DC/DC变换器提供。与固定 PVDD 相比，基于音频信号大小而调整的可变 PVDD 可显著提高系统效率，降低损耗，减少发热，延长电池续航时间。
TAS5825P为德州仪器2019年新推出的数字输入D类功放芯片。该芯片内置强大的音频 DSP 内核，实现了一种称为 Hybrid-Pro 的专有算法。Hybrid-Pro算法可检测即将发生的音频功率需求，并通过反馈引脚 (HPFB) 为DC/DC变换器提供 PWM 控制信号来调整输出电压（即D类功放的电源电压 PVDD）。TAS5825P 支持高达 4ms 的延迟缓冲器 （Delay Buffer），以提前查看音频信号并防止音频削波失真。
图6为使用LM5155 及TAS5825P实现的动态调压的音频功放解决方案TAS5825PEVM的系统框图。如图所示，音频信号经Hybrid-Pro 算法处理后反馈给升压控制器LM5155的反�。‵B）端，从而实现音频信号的包络检测及控制LM5155输出电压。TAS5825P内置的延迟缓冲器 （Delay Buffer）可以将音乐信号延时输入到功放部分，从而避免音频输出失真。从图7的实验波形可以看到，电源电压PVDD会跟随音频输入信号的包络幅值进行调节，并且确保音频输出无失真。
图6. TAS5825P实现动态调压音频功放的系统框图
图7. TAS5825P 实现实现动态调压音频功放的实验波形
经实验测试，7500mAh的单节锂电池给2×20W的功放供电，若使用不带动态调压的D类功放，电池使用时间为2小时；若功放为带Hybrid-Pro算法的TAS5825P，则电池使用时间可延长到6小时，续航时间是原来的3倍。对于大功率拉杆音箱，音乐动态范围变化更大，省电效果尤为显著。
在德州仪器官方网站上，可以找到更多适用于拉杆音箱应用的升压电源以及音频功放解决方案。
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