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德州仪器升压变换器及音频放大器，助力拉杆音箱长续航

Date：January 12, 2023 Views：1617

描述

Other Parts Discussed in Post: LM5155, TAS5825P

By Eileen Zhang

拉杆音箱通常为一种带有拉杆和轮子的无线音箱，如图1所示。由于拖拉方便，易于移动，并且在室外可以提供足够的响度，拉杆音箱广泛应用于各种户外活动中，如广场舞、演唱会、婚礼、会议、瑜伽练习等。拉杆音箱的主要消费市场在中国，也出口到东南亚，欧美等地区。

拉杆音箱有多种功率等级，从数十瓦到数百瓦不等。影响拉杆音箱功率等级的因素有音量的大小，低音炮的功率等。举例来说，一款20W的拉杆音箱，通常带有一个5英寸的低音喇叭；而一款100W的拉杆音箱，通常带有一个18英寸的低音喇叭。图2所示为一款带有屏幕的中高端拉杆音箱。

图1. 拉杆音箱（基本款）图2. 拉杆音箱（带屏幕）

为同时满足便携性需求并提供足够的功率，拉杆音箱通常配备了12V铅酸电池。对于30W以上的拉杆音箱，12V电池不足以给后级的音频功放提供足够的功率，需要升压电路将电池电压升压至15V~48V以满足不同功率需求。图3所示为典型的拉杆音箱电源系统示意图。

图3. 拉杆音箱电源系统示意图

升压控制器LM5155在拉杆音箱中的应用

LM5155是德州仪器的全新一代升压控制器，在拉杆音箱的应用中具有以下优势：

支持3.5-V 到45-V宽范围输入，适用于不同种类电池

内置1.5A的门极驱动电路，可驱动大电流MOSFET，适用于大功率音箱的设计。相比市面其他升压方案，LM5155可显著提升效率，降低功耗，从而延长拉杆音箱续航时间。

整体方案尺寸小，设计简单，BOM成本低：

芯片采用小尺寸的WSON封装，仅为3mm×2mm，如图4所示。

支持高开关频率（100 kHz to 2.2 MHz），可有效减小外部电感电容的尺寸，降低成本。

工作频率可编程，同时提供外部时钟同步， EMI设计更为灵活

支持可编程欠压保护(UVLO)及软起动，并具有完善的过压、过流及热保护，为整个系统提供多重保护。

图5为LM5155的典型应用电路图。

图4. LM5155封装示意图图5. LM5155升压应用电路图

德州仪器音频功率放大器在拉杆音箱中的应用

基于最新的半导体制造工艺以及丰富的音频功率放大器设计经验，德州仪器推出一系列D类功放产品，性能出色，性价比高，产品选择多，可满足不同功率等级拉杆音箱的需求。

功率等级	50- 100W	200- 600W
模拟输入D类功放	TPA3128	TPA3126	TPA3220	TPA3221	TPA3251	TPA 3255
数字输入D类功放	TAS5825P	TAS3251

拉杆音箱应用中，D类功放的电源电压 (PVDD) 通常由升压型DC/DC变换器提供。与固定 PVDD 相比，基于音频信号大小而调整的可变 PVDD 可显著提高系统效率，降低损耗，减少发热，延长电池续航时间。

TAS5825P为德州仪器2019年新推出的数字输入D类功放芯片。该芯片内置强大的音频 DSP 内核，实现了一种称为 Hybrid-Pro 的专有算法。Hybrid-Pro算法可检测即将发生的音频功率需求，并通过反馈引脚 (HPFB) 为DC/DC变换器提供 PWM 控制信号来调整输出电压（即D类功放的电源电压 PVDD）。TAS5825P 支持高达 4ms 的延迟缓冲器（Delay Buffer），以提前查看音频信号并防止音频削波失真。

图6为使用LM5155 及TAS5825P实现的动态调压的音频功放解决方案TAS5825PEVM的系统框图。如图所示，音频信号经Hybrid-Pro 算法处理后反馈给升压控制器LM5155的反馈（FB）端，从而实现音频信号的包络检测及控制LM5155输出电压。TAS5825P内置的延迟缓冲器（Delay Buffer）可以将音乐信号延时输入到功放部分，从而避免音频输出失真。从图7的实验波形可以看到，电源电压PVDD会跟随音频输入信号的包络幅值进行调节，并且确保音频输出无失真。