升壓放大器讓設(shè)備兼具小身材和大音量
音樂和娛樂在我們的生活中無處不在。傳統(tǒng)的外置音響設(shè)備已經(jīng)在過去的100多年給消費(fèi)者帶來了極佳的體驗,從早期的電影娛樂到露天搖滾音樂會,再到家庭影院,這些都是消費(fèi)者從大型娛樂設(shè)備得到的優(yōu)良體驗.
但是對于當(dāng)今的移動消費(fèi)者而言,他們需要小尺寸設(shè)備也能提供響亮的音頻效果。在虛擬現(xiàn)實(shí)耳機(jī)上玩視頻游戲現(xiàn)已司空見慣,消費(fèi)者使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)太陽鏡、可穿戴式頸帶或藍(lán)牙揚(yáng)聲器收聽音樂,這些設(shè)備小巧便捷可以放進(jìn)口袋之中。以前的“靜音”設(shè)備或充其量能提供平平音頻效果的設(shè)備現(xiàn)被集成到智能家居中被重新構(gòu)想。諸如恒溫器、家庭保安攝像頭和電視遙控器之類的簡單設(shè)備現(xiàn)都配備了麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器,聽從語音指示并響應(yīng)用戶。通過集成揚(yáng)聲器和麥克風(fēng),即使是智能手表這樣最小體積的連接設(shè)備也可以提供差異化,用戶無需智能手機(jī)即可進(jìn)行語音通話。
隨著設(shè)備尺寸變得越來越小,電源也隨之變小。鋰電池因其使用壽命長和充電時間短而備受歡迎。例如通過USB連接的5伏電源也是一種流行的標(biāo)準(zhǔn)。但是這些電源能提供響亮的音頻效率嗎?在大多數(shù)情況下,答案是否定的。例如,使用標(biāo)準(zhǔn)的3.7 V鋰離子作為電源,驅(qū)動典型8Ω揚(yáng)聲器的高效放大器則提供不到1瓦的電能。當(dāng)電池電量不足或電池老化時,電池電壓會降低,而電池阻抗則會增加2-3倍。如圖1所示,這將導(dǎo)致傳遞到揚(yáng)聲器的輸出功率更少。為什么不只使用低阻抗揚(yáng)聲器呢?因為這將不僅增加輸出功率,還會在放大器和揚(yáng)聲器之間的走線或電纜上造成更高的負(fù)載電流和更大的功率損耗。
升壓音頻放大器的重要性與日俱增
用戶希望音樂效果響亮,同時也希望電池壽命長且設(shè)備小巧可以隨身攜帶。設(shè)計人員如何才能在不浪費(fèi)電源或空間、并不浪費(fèi)資金的情況下將優(yōu)質(zhì)音頻表現(xiàn)整合到他們的系統(tǒng)中?其實(shí)有一個簡單的答案,那就是升壓放大器。這些小巧的設(shè)備將DC-DC升壓調(diào)節(jié)器和高效的D類音頻放大器集成在一個小封裝中,并具有四大主要優(yōu)點(diǎn):
音量更為響亮 – 與非升壓系統(tǒng)相比,升壓功放系統(tǒng)能提供更高的輸出電平。
效率 – 通過將升壓和輸出級緊密耦合在一個集成控制回路中,與帶獨(dú)立DC-DC升壓和放大器的兩芯片解決方案相比,升壓放大器具有更高的效率(η = ηboost*ηamplifier)。
尺寸和成本 – 與帶獨(dú)立放大器和升壓轉(zhuǎn)換器的兩芯片系統(tǒng)相比,這一解決方案的尺寸更小,而且通常價格較低。典型的智能手表PCB尺寸可能約為3 in2,其中大部分都由處理器和無線通信模塊這樣的關(guān)鍵組件占據(jù)。在此類應(yīng)用中,最大化響度不能以犧牲尺寸為代價,而是需要高度集成的解決方案。
簡單性 – 集成兩個功能組塊可簡化系統(tǒng)集成,包括減少引腳數(shù),減少PCB走線和減少元器件。