保证汽车发动机启动/停止时音频放大器正常工作

2009年06月21日 16:06    李宽
关键词: 发动机 , 放大器 , 汽车 , 音频
在当今越来越追求享受的时代,汽车驾驶者对汽车音响的要求也越来越高。世界汽车的潮流领导者宝马、奔驰在汽车娱乐系统方面最近向OEM厂家又提出了新的要求,那就是在汽车启动/停止时,汽车的音频输出仍然能正常工作。
  汽车启动/停止时给音频输出造成的影响

  通常汽车为了降低二氧化碳的排量,在汽车遇到交通红灯或者交通事故时发动机都会停下来。在发动机停下来时,高负载将直接加到了汽车的电池上了,这个时候电池电压有一个快速下降的过程。汽车发动机启动时,汽车又会根据它自身的状态(比如电池的欠压,马达温度,空调,踩离合,挂挡等等)来定义自身的工作。这两个时候汽车的娱乐系统的供电都来自于汽车电池。图1为汽车在以上行为中,汽车电池的表现过程。0-t1时间被定义为汽车正常工作状态,发动机正常运作并且给电池充电,电压维持在14.4V,这个时候汽车音频放大器在工作在14.4V。在t1时刻,发动机停止,电池开始有个快速放电的过程。最终电池电压降到大约U2。 在t2时刻发动机开始启动,这个时候电池有几个毫秒的短路过程,在这个过程电池电压会快速降到6V左右。通常6V为最坏情况。时间t3以后的时间是发动机启动并运行后电池的变化。

  通常以前的汽车音频功率放大器在汽车停止和启动时,汽车音频发大器会进入mute状态。即没有声音输出。其根本原因是当汽车发动机处于停止和启动状态时。外围电路建立静态工作点的电容都有一个快速放电的行为,快速放电导致了电路不再正常工作。目前市面上的汽车音频放大器在电池快速放电和低电压都会进入mute状态,这是由于放大器的电路结构决定的。
  解决方法
  外围电路解决方法
  图2是通常OEM厂商为了解决发动机停止启动问题所采用的方案。
  此电路是使用DC—DC以及一些外围器件做的一个稳压源。对于音频功率放大器的最大峰值电流供电可以达到25A. 这种结构可以解决汽车在启动/停止过程电池的变化导致音频功率放大器停止工作的缺陷。但是其缺点是外围器件的增加直接导致了成本的增加和系统的复杂性。意法半导体作为汽车车载娱乐方面的行业领导者,TDA7850LV为世界的OEM厂商在汽车音频放大器方面提供了解决方法。在讲述新的解决方法之前,先了解一下传统汽车功率放大器的系统偏置方法。
  芯片内部电路结构的解决方法

  图3为传统汽车音频放大器电路的简单结构。从图中可以看出,该放大器在工作时输入和输出都被偏置VCC/2。这种结构在电池快速掉电的过程中,电路的SVR处必须有个快速放电过程。在快速放电的过程,电路是不能正常进行音频输出的。所以电路就进入了MUTE状态。比如电池短时间从12V到6V,如果不快速放电,那么SVR会在一定时间内保持VCC/2,即6V。这时候前级放大器Pre也都保持在6V电压状态下。显然电路是不能正常工作了。通常在进行音频放大器的设计过程中,7V一般为芯片的最低工作电压。所以在电源下降到6V时,芯片实际上已经自动关断了。

  TDA7850LV新的解决方法
  TDA7850LV是基于客户的要求研发的一款IC. 其最低工作电压为6V,在汽车启动/停止过程中,其仍然能正常工作。其结构如图4所示。电路输入端被偏置在VCC/4。输出被偏置在VCC/2。比如电池短时间从12V到6V, SVR点处不再快速放电,那么SVR会在一定时间内保持VCC/4,即3V. 这时候放大器的输入端也都保持在3V电压状态下。图中的前级放大器Pre这时候的供电电源虽然变成了6V,输出变成了3V,电路仍然能正常工作。在这种结构中共模反馈放大器备必须引入到结构中来吸收静态偏置时产生的静态电流。


  设计结果
  图5是TDA7850LV电路的仿真波形,电源电压从16V在2ms内降到6V. 输出OUT1DIFF显示为正常。结果证明设计是符合客户的要求。
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