国外汽车音响的新技术

国内市场上，尽管汽车音响节目源有所扩展，从单一的收音、磁带两用机发展到加入单碟或自动换片的多碟CD机，但对小汽车音响功放来说却基本变化不大，仍为与收音机、磁带机和CD机组成的一体化音响。此类一体化音响，无论生产商标出2×35W还是200W+200W，其实仍为早期双声道功放，其每声道真正有效输出功率不会大于20W，普通产品则不会超过2×6W。最近，国内电子报刊纷纷刊出汽车音响升级的报道，表明有车一族对此并不满足，于是很想了解国外最新汽车音响动向。为此，籍此文向有车一族中音响发烧友介绍。目前国外汽车音响现状有以下特点。

DC变换器重出江湖

之所以说DC变换器“重出江湖”，是因为上世纪40年代的电子管收音机时代，为了向汽车收音机中电子管提供高电压供电，曾广泛采用一种“振动子”变流器，这种变流器的原理是利用机械触点组成双向开关，将12V直流电变换为双向方波，然后通过变压器将脉冲波电压升高，再整流、滤波成为高压直流电，其电路基本原理与现有的晶体管直流变换器是相同的，区别是由机械开关换向，其脉冲频率只在1kHz以下，而且频率也较低。这种机械式振动子变换器一直延用到半导体器件相当成熟，即电子管收音机改为晶体管后，才从汽车音响中消失。

由于小汽车音响受到12V供电的制约，无论输出功率还是音场效果都难以进一步提高。在此情况下，从上世纪末，欧洲生产的汽车音响中开始采用DC-DC变换器，将12V蓄电池供电变换为±24～±50V，向汽车音响提供电源。目前，DC-DC变换器与机械变流器相比，已今非昔比，其开关频率可达100kHz以上，效率接近90%。

汽车音响供电电源中采用DC-DC变换器，而不用升压式开关电源，是经过缜密考虑的。现代的晶体管放大器大部分仍为AB类放大，其工作电流随信号的波动成正比地变化，所以功放实际上构成变动范围极大的负载。为了避免功放输出信号产生削顶失真，要求供电电源有足够的能量储备，当信号峰值瞬间能立即提供较大的电流(一般PMOP即为对功放瞬间峰值功率的标称)。显然，也包括了电源瞬间输出电流的能力。

开关电源无论采取PWM还是PCM，其能量输出是由脉冲变压器电磁转换形成的，开关管导通时，向脉冲变压器存储磁能，开关管截止时，磁能转换为电能，向负载提供电压。即使负载电流瞬间增大使输出电压下降，稳压控制系统也只能控制开关管在下一个导通周期延长导通时间，待开关管截止后，输出电压上升，以图补偿负载电流增大的影响。但是，音乐的波动是千变万化的，有时大幅度的冲击信号只是瞬间的事，若信号冲击到来时，开关电源不能及时提供大电流，输出电压必然形成随大信号下降的波形，使信号上冲受限，产生波形失真，等冲击信号过后，PWM电路才使输出电压上升，开关电源再降低其输出电压，以使其输出电压稳定。可惜，这一切为时已晚，在此过程中输出信号难免失真，同时也增大了电源纹波脉冲，使放大器的噪声增大。

直流变换器则不同，变换器的开关管始终以设定脉宽工作，只要开关管有足够的开关电流，它能随时提供其额定功率以内的电压。从此点来说，直流变换器和变压器整流电源没有区别，而且直流变换器的内阻更低，对瞬间大电源的适应能力更强。实际上变换器是不用稳压系统的开关电路，任何开关电源除去脉冲调制，取样误差放大部分实质即为直流变换器。

根据上述原理，上世纪末，欧洲开始在轿车音响上配置直流变换器，与汽车功放配套。1980年，德国生产的Monacor HPB150汽车功放，配备了12V与±25V直流变换器，输出最大电流可达10～15A，使功放有效输出功率可达2×40W，或BTL接法，使输出功率为150W。另一名为“Jensen”的汽车功放所配用变换器，则可将12V电压变换为双电源±30V/15A的输出，可以向四声道放大器供电，输出4×60W的有效功率。其中Monacor HPB150为最早的产品，其功放变换器采用分立件组装成自激推挽式变换器，共采用13只三极管，电路较复杂，装调也不方便。此外，由于自激式振荡电路其工作频率随负载电流变化，脉冲干扰抑制也比较困难。

Jensen功放变换器，则采用传统开关电源它激式驱动器驱动四只MOS FET开关管组成并联推挽电路，其功放变换器电路如附图所示。该汽车功放中利用MOS FET管作为开关管，可以提高电源变压器的工作频率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器体积。变换器的振荡器和控制系统全部集成在IC1(TL494)内部。TL494原设计为它激式开关电源驱动控制器，内部除含有振荡器、脉宽调制器以外，还有基准电压稳压电路、死区时间控制电路和两组比较器组成的误差检测电路。TL494在该电路中构成它激式变换器，只利用了其振荡器和驱动电路，用作驱动开关管的脉冲信号源，因而与常规用法有所不同。在该电路中，TL494第5、6脚外接时间常数电路(C3、R5)，振荡器产生80kHz的脉冲信号，经TL494内部双稳态触发器控制，变成两路时序不同的驱动脉冲，驱动两组驱动放大器。TL494内部两组驱动级，由第9、10脚输出时序不同的正向驱动脉冲。为了避免在两路脉冲交替处推挽开关管VT3、VT5和VT4、VT6同时导通，TL494第4脚外接R6、C2、R4设定死区时间。一组驱动脉冲使推挽电路一臂导通后，相隔一死区时间，才发出另一组驱动脉冲，使另一臂导通(第4脚电压值越高，死区时间越长)。TL494第1、2脚为两组取样放大器的同相和反相输入端，可控制内部比较器组成的脉宽调制器设定占空比。在该变换器中，TL494的各脚功能及应用如下：

第1脚为第一组误差放大器的同相输入端。电路中以R2接地，使之为低电平。

第2脚为第一组误差放大器的反相输入端，由R7接入5V基准电压。当第2脚输出高电平时，误差放大器输出端(第3脚)输出恒定的低电平，该电平在TL494内部控制比较器组成的PWM调制器，输出最大脉宽45%，其余5%作为死区时间。另外，第2脚外接C4为软启动电容器，开机瞬间C4充电使第2脚瞬间为低电平，误差放大器输出高电平，随C4充电电压升高，第2脚电压升高，第3脚电压降低，使PWM比较器输出脉宽缓慢增大到额定脉宽，避免开机冲击电流损坏开关管。

第3脚为误差放大器输出端，外接R3、C1为避免误差放大器振荡而设。

第4脚为死区时间控制端，通过R6、R4从5V基准电压分压得到0.05V死区时间控制电压，使两组驱动脉冲之间有占脉宽5%的间隙。第4脚电平达到0.3V时，驱动脉冲被关断。

第5、6脚为振荡频率控制端，外接R5、C3设定振荡器产生约80kHz的振荡脉冲，微调R5可使振荡频率为100kHz。C3、R5与振荡频率的关系为：ｆ(kHz)＝1.2/R(kΩ)·C(μF)。

第7脚为共地端。

第8、11脚为内部两路驱动放大管的集电极开路输出端，接12V供电正极。该变换器中，为了得到两路时序不同的正向驱动脉冲，驱动信号由两管发射极(第9、10脚)输出。

第9、10脚为内部两路驱动放大管的发射极输出端。

第12脚为供电端，接汽车12V电源。

第13脚既为输出模式控制端，又为内部双稳态触发器供电端。当该端为高电平5V时，双稳态触发器随触发电平翻转，驱动放大器得到两路时序不同的输出脉冲，用于驱动推挽开关。当该端为低电平0V时，双稳态电路停止工作，输出时序相同的、连续的驱动脉冲，用于驱动单端开关，此时最大脉冲宽度可达90%。该变换器为推挽电路，第13脚接5V基准电压。

第14脚为IC内部基准稳压电路输出端，输出5±0.25V基准电压，最大电流为50mA。该基准电压除向集成电路振荡器、误差放大器提供基准电压外，还引出变换器，向放大器过载保护电路提供工作电压。

第15、16脚为第二组误差放大器的反相、正相输入端。该变换器用其控制脉冲的功能作为功放过载、机内超温保护电路。反相输入端(第15脚)接入5V基准电压，正相输入端(第16脚)作为保护高电平输入。正常状态下，第16脚由R8接地为低电平，第15脚为高电平，其放大器输出低电平，对脉宽调制比较器无影响，比较器输出第一组误差放大器设定的最大脉宽。当任何一组保护电路动作时，输出的高电平经隔离二极管VD1或VD2加到第16脚，第二组误差放大器输出5V高电平，关断PWM比较器，输出驱动脉宽为零，变换器无输出电压。

该功放变换器中，TL494第9、10脚输出时序轮换的正向驱动脉冲，经VD3、VD4分别驱动两臂并联的MOS FET开关管，C5、C6、R15和R16作为开关管截止时反向尖峰脉冲的吸收电路。R11～R14用以隔离MOS FET管栅-源极输入电容器，VT1、VT2为开关管灌电流通路，以加快截止时间。当开关管导通时，其栅-源极被充电，驱动脉冲进入截止期时，输入电容器放电使VT1、VT2导通，其集-射极为放电通路，以使开关管迅速截止。为了控制变换器的开/关，TL494第8、11、12的12V供电经音响开关SW接入蓄电池，SW接通，TL494才开始进入工作状态，这种关闭方式使开关电流极小。为了降低汽车点火系统对变换器的干扰，变换器12V输入电压经L1、C7组成的滤波器。VD5作为电源的反接保护。

脉冲变压器T1的次级，由四只肖特基二极管作大电流桥式整流，正负输出端同时接入π式滤波器，以滤除开关脉冲纹波。T1可选用相对导磁率为2000、42×28×10 (mm) 的磁芯， 初级用Φ1.2mm的漆包线绕2×7匝，次级用4根Φ1mm漆包线并绕2×15匝。L1用Φ2mm的漆包线在Φ16mm的骨架上绕10匝，旋入相对导磁率不小于800的M10磁芯。L2、L3在Φ10mm骨架上用Φ1mm的漆包线绕10匝，绕组的占宽不超过20mm，骨架内旋入M6的磁芯。

大功率的直流变换器，初级12V供电电流也极大，当次级±30V负载电流为10A时，其输出功率约600W，12V电源的最大电流约50A。所以四支开关管选用IDs为30A，VDs为60V的MOSFET管。两管并联运用时，推挽每臂开关电源最大值为60A。实际应用时，由于功放并非一直处于最大电流，因此供电保险丝用30A已足够。

Jensen功放的变换器具有独立的双层屏蔽外壳，安装时与功放各自独立，变换器应装在蓄电池附近，其输入端与蓄电池之间用3～5平方毫米的铜条连接，中间不经任何开关、继电器之类，由SW端控制TL494的启闭。该变换器与功放间供电电路的三根连线也采用较大截面积，以降低大电流损耗。

国外汽车音响的功放电路

解决供电电源以后，功放电路的设计基本上都采取正负双电源供电的OCL放大器，放大器电路与通常OTL电路无什么区别。从Monacor HPB150、Power Amper250以及Jensen、PP14240等欧洲最新大功率汽车功放电路看出，都具有以下特点：

1.多声道设置均采用四声道系统，前后左右四只全频带音箱由四组相同的功放驱动。由于受汽车内空间限制，中置声道显得多余，前面左右两只扬声器的声场完全可以对称节目内容(如歌声和声场中部乐器)形成虚拟的中置声场。同时，四只全频带音箱均采用6.5英寸中、低音单元，故不设置重低声道，如此将一般的5.1声道压缩为汽车音响专用的四声道系统。

2.为了适应多种播放软件的声场格式，有的功放前级电路有声场处理电路，可以将单声道信号转换为虚拟双声道，或者将普通双声道立体声处理成模拟环绕声、SRS等环绕声场。

3.为了扩展汽车音响的功能，功放输入端还设有0.5～1.5V的外输入端口和2.5～10V的高电平线路输入端，其输入阻抗一般为10～20kΩ。有的功放还设有50～200Ω的低阻抗输入端。

4.高级汽车的功放除采用多声道系统以外，还采用前级电子分频电路，经12～18dB/OCT的分频电路输出高、中、低音驱动信号，分别经独立的功放末级驱动相应的单元。

5.四声道或两声道的汽车功放在前级都设有切换开关，可以将两声道放大器改接成BTL输出，使输出功率更大，以便采取BTL放大单元作为独立的重低音放大器。

汽车音响加入变换器以后，将使汽车音响和家用音响功放并轨，只要有足够容量的蓄电池，便可以随心所欲地进行多声道组合以及前级电子分频的组合。据国外资料称，汽车音响还和防盗、GP5导航设备成为一体，对汽车音响的控制也减化到最低程度，更多的功放是自动调整，如根据车速、外界噪音自动控制合适的音量，遇到紧急状态时自动关闭等功能。■