通过更高的输出功率和（输出功率越大效率越高吗）

随着汽车油耗标准的不断提高（根据环境保护署的数据，到 2026 年将达到每加仑 40 英里），汽车音响设计师面临的挑战是如何提供身临其境的音频体验，同时减轻车辆重量并提高整体效率。

通过更高的输出功率和（输出功率越大效率越高吗）

如果我们设计汽车外部放大器，我们可以通过增加输出功率、利用更高阻抗的扬声器和在系统中实施 H 类控制来更新我们的音频系统架构以增强用户体验。在本文中，我将详细解释每种方法，包括它们对音频系统重量和性能的影响。

使用更高的电源电压和更高的输出电流支持更高的输出功率

除了原始设备制造商 (OEM) 要求减轻车辆重量外，消费者还寻求能够在车辆中创造身临其境体验的优质音频性能。为了开发创造这种体验的系统，设计人员喜欢集成更强大的低音炮，这些低音炮可以持续输出震耳欲聋的低音，并提供更大的声音复制动态范围（以分贝测量的最安静和最响亮的声音之间的差异）。

为了增加动态范围以及更高的输出功率，请考虑提高输入电源电压。表 1 显示了在扬声器阻抗增加时保持 75 W 输出功率所需的电源电压和输出电流值。

相同的输出功率

输出功率（W）

75

75

75

扬声器阻抗 (Ω)

2

4

8

电源电压 (V)

20

26

36

输出电流（A）

8.7

6.1

4.4

表1：各种通道需求之间的关系（相同功率）

表 2 显示了增加的功率需求和电源电压/输出电流之间的相关性。在这种情况下，对于更高输出功率的需求——从 100 W 到 120 W——需要增加电源电压和增加输出电流，以保持相同的扬声器阻抗。

增加的输出功率（4Ω）

增加的输出功率（8Ω）

输出功率（W）

75

100

120

75

100

120

扬声器阻抗 (Ω)

4

4

4

8

8

8

电源电压 (V)

26

31

34

36

42

45

输出电流（A）

6.1

7.1

7.8

4.4

5.0

5.5

表2：各种通道需求之间的关系（增加功率）

为什么高阻抗扬声器可以减轻整体重量

如表 1 所示，使用高阻抗扬声器的一个好处是输出电流显着下降，同时保持相同的输出功率。并且当我们降低所需的输出电流时，可以减小铜线的相对尺寸（直径）。例如，在相同输出功率下，与 4-Ω 或 2-Ω 扬声器相比，直径较小的线可以支持 8-Ω 扬声器，这有助于减轻音频电缆的重量。

在图 1 所示的简化安装中，描述了一个六扬声器汽车音响系统，每个车门支持一个中音扬声器，后部有两个额外的扬声器，我们需要大约 76 英尺的铜线来连接所有扬声器。

图 1：连接典型六扬声器汽车音响系统所需的铜线长度

增加扬声器阻抗的一个积极影响是它提供了减小电缆直径的机会。当我们将其乘以通常用于将所有扬声器连接到音频外部放大器的电缆剪切量时，我们可以真正降低音频系统的整体重量。

实施 H 类控制以优化系统效率并进一步减轻重量

在传统的音频系统中，电源解决方案通常将所有扬声器的音频放大器的电源电压（标记为 PVDD）设置为所需的最高电压，以提供音频负载所需的峰值功率，如图 2 所示。

图 2：没有 H 类控制的传统音频系统中的 PVDD

实施称为 H 类控制的技术（使用汽车 D 类音频放大器，例如TAS6584-Q1）可以优化提供给放大器的 PVDD 电压（参见图 3）并动态跟踪音频的包络波形。如果 PVDD 电压固定为 42 V，H 类控制显着提高了音频设计的效率并节省了原本耗散的功率。

图 3：使用 H 类控制的 PVDD

为了进一步说明 H 类控制对效率的影响，让我们看一下表 3 中的数据。使用基于 TAS6584-Q1 的汽车 H 类音频和跟踪电源参考设计，它可以切换 Class -H 控制开或关，表 3 比较了系统的输入功率 (P in ) 与耗散功率 (P out )。借助 H 类控制，升压电源控制器和音频放大器之间的系统效率增益接近 10%。

10 秒音频剪辑

Pin

输出_

系统效率

无 H 级

49.33

33.93

68.8%

H 类启用

43.02

33.90

78.7%

表 3：使用 H 类控制提高效率

提高效率还可以降低外部放大器的总功率损耗，如图 4 所示。

图 4：在不使用 H 类控制的情况下降低整体功率损耗

为了进一步说明这一点，让我们看一下 TAS6584-Q1 音频放大器和LM5123-Q1升压控制器电源的热像仪图像，并比较它们的热特征。图 5 显示了 H 类控制的实施如何显着降低总热负荷。

如图 5 所示，H 类控制效率的提高（通过降低功率损耗）有助于降低热负载，从而可以选择更小的散热器来散发内部热量。

图 5：没有和使用 H 类控制的热节省

波形

配置

LM5123 MOSFET 温度 (°C)

TAS6584-Q1 电感温度 (°C)

1 kHZ 900 ms 1/8次功率，100 ms 全功率

H级

56.6 °C

56.4 °C

没有 H 类

76.7 ℃

76.2 °C

区别

20.1 °C

19.8 °C

表 4：LM15123-Q1 和 TAS6584-Q1 热成像的温度对比表

结论

我希望我有效地展示了如何利用更高阻抗的扬声器和实施 H 类控制可以帮助我们开发更轻量级的音频系统；以及外部放大器减轻重量如何转化为以下好处之一：更长的行驶距离，能够在整体音频设计中包含更多数量的扬声器通道，以及增加现有汽车数量的每个通道的总体平均输出功率扬声器。