应用于汽车的D类放大器设计方案

不过，在车前单元的应用中，AB类放大器又引发了一个新问题：源於不断增加的功耗，当电源电压高於18V时，无法用AB 类放大器产生更高输出功率。

除了90%的工作效率外，D类音频放大器还可透过与处理音频之数位讯号处理器（DSP）的互连来进 行设计，此举节省了在DSP内整合一个类比/数位转换器的成本（AB类放大器有一个基本的类比连接；但将D类音频放大器称为‘数位’放大并不恰当。）最 後，D类音频放大器可整合到60V的电源线路之中。

3 六声道设计范例

目前，许多量产型汽车具有4声道及8个喇叭。另外，放大器必须能支援整个音频谱域，且低音和中音（mid-tone）喇叭通常共用同一声道和放大器。对这种4声道配置的一味迁就将可能在车门产生共振（见图2）。

图2 4声道与6声道音响架构比较

增加两个声道将解决几个问题。首先，它允许用两个新增声道独立地驱动大功率的低音喇叭，以排除车门共振。另外，由於全部喇叭都不必工作在整个频率范围，还有可能实现高传真音质。

但如同每位汽车音响设计师所说的，空间和发热的限制使车前单元功耗不得高於20W。规避该问题的传统作法是用安置在车身上的外接放大器单元驱动某些喇叭。该方案虽然可行，但也增加了整体系统复杂性和成本。

明智地使用D类音频放大器为解决该问题提供了一个具成本效益的答案。依正常放大器值计算，一款效率55%的AB类放大器功耗是4.5 W，而一款效率94%的D类音频放大器功耗是0.6 W。

采用6个AB类放大器声道将总共产生27W功耗，比车前单元一般认为可承受的功耗高7W（见图3， 情况A）。但若将AB和D类音频放大器整合在一起，则即使仅采用两个D类音频放大器（最可能用於低音喇叭驱动），也将满足功耗预算。图3的最下行显示了 20W与该特定配置的整体功耗区别。

图3 仅使用两个D类音频放大器，就可使一个6声道系统具有理想的性价比，适用於车前单元

D类音频放大器的成本大概会使情况B最可能成为中阶车款的选择。但着眼未来，特别是‘优质音响系统’市场（更高电源等级）的情况，D类音频放大器有可能扩大其市场占有率。

高阶车音响系统可能最少支援8个声道、最多达22个声道，其中许多声道会放在车身单元。若不在系统中采用D类音频放大器，则支援多个声道可能几乎无法实现。

在对成本和品质目标间不懈的权衡过程中，设计工程师会找到AB类和D类音频放大器的许多种组合。D 类音频放大器最初会在低功耗至关重要以及（有些意外）需要很高功率输出的应用中找到用武之地。这些应用包括功率大於90W的系统，其中立体声D类音频放大 器是最佳选择。但其应用可归类为4种系统：

高阶：由AB和D类音频放大器联合驱动的8到22声道系统、每声道功率大於28W。 对功耗进行最佳化设计的中阶音响系统：由纯D类音频放大器驱动的4到6声道系统、每声道功率大於25W。 对成本进行最佳化设计的中阶音响系统：由AB和D类音频放大器联合驱动的4到6声道系统。 基本音响系统：全由AB类放大器驱动的2到4声道系统、每声道功率小於28W。

4 汽车应用的D类放大器

汽车环境对D类音频放大器应用提出了挑战。为设计一款出众的产品，半导体供应商必须提供其知识、技巧及关於D类音频放大器和汽车应用的丰富经验。

对启动器来说，由於汽车设计的需求，I2C控制已被纳入其中。此外，挑战也正变得益发困难。例 如，D类音频放大器的输出电压受电源电压的影响，且车内的电源电压是不稳定的。为抑制电源纹波电压，已采取了若干措施。抑制电压波动的最好方法是采用负反 馈环。一个二阶反馈环可提供优异的纹波抑制。

由开关导致的EMI是D类音频放大器最严重的问题之一，且非常难以解决。在设计层面，可透过相位混合（phase staggering）、跳频和AD/BD调变来减轻EMI。

提高EMI的突波电流是由放大器开关时在其内部电晶体间导入的死区时间产生的。在死区时间，电流在体二极体上积聚，且该电荷作为电流突波被泄放（图4所示，红线指示该突波）。

图4 死区时间导入的电流突波产生EMI

消除死区时间是个明显的解决方案。为达到此目标，恩智浦诉诸了其半导体制造专长。由於绝缘层上覆矽（SOI）的全部元件被氧化物绝缘，所以SOI是理想技术。当输出电压低於地电压时，元件基层没有电荷积聚，缩短了反向恢复时间，且与其他声道之间没有串扰。

5 小结

D类音频放大器将在汽车音响应用中扩大其市场占有率。到2015年，它将占汽车放大器市场的30%。随着D类音频放大器进入汽车应用，NXP不仅将与该趋势齐头并进，还将引领该潮流的走向。