美国ARC总设计师罗伯特.哲夫剖析汽车功放

美国ARC总设计师ROBERTZEFF是美国汽车音响界功率放大器设计大师之一。他以前是美国ZAPCO的功放设计师，自从创立ARC汽车音响品牌以来，其产品尤其是功率放大器深受大众喜爱。这篇文章，是ROBERTZEFF应美国CA&E杂志邀请，介绍汽车音响功率放大器的最新技术与具体应用。

在汽车音响功率放大器方面，以前多用两种电路，AB类与A类。现在的功放电路有A类，AB类，D类，G类，H类与T类，还有许多新的没有定义的技术名称。这些新技术带来的变化就是更小的体积，更低的价格，同时提高性能和效率。今天，在这里我们来对各种新技术进行系统性的分析，而且重点要有更高的效率，在效率方面，表现突出的电路类型是D类，G类，H类和T类。另外还会对汽车功放的设计与声音的处理方面来交流一下看法，让大家更加明白功放的设计与声音的取向，并消除一些误解和错误的认识。

汽车功率放大器，需要的线路有许多，如短路保护，热保护，风扇转速控制，开机延时启起动以及过压保压等电路。过去，需要许多的元件来组成这样的控制电路。而科技高速发展的今天，我们只需要一个微处理芯片就可以处理这一切，另外在不增加成本的基础上，还可以增加更多的功能。微处理器可以监控电池的电压，内部电压，温度，控制音量和分频网络，和驱动控制的外部显示。它还可以直接与运算电路组合，从而进行输出功率限制或限幅，增加的成本也不会多。下面我们从功放的各部分来说一下电路的设计。

电源供应部分

汽车功放的电源部分的主要作用就是将汽车蓄电池也就是电瓶的电量转化为更高的电压。例如，如果一个功率放大器需要在四欧的状态下，输出100W的功率，那么我们需要的RMS额定电压为20V。这时其时我们需要的电压值为+/-28V，因为20V的额定电压，其峰值电压为28V。我们称其为临界电压，是因为功率放大器的功率放大管的电压最大达到这里，但实际设计时，会稍微更高一点，而保有余量。

具体的处理过程是将12V的直流电变成交流电，输出给变压器然后再整流成直流电。将12V的直流电转化为交流电比较简单，一个PWM（脉冲调制）IC输出给场效应管MOSFET处理就可以了，MOSFET是开关型晶体管，非常适合做这种处理。

12V电压以一个极高的频率进行开与关，这个频率通常为40–150kHz。较慢的开关速度要求更大的变压器，过快则会造成损耗。优质的变压器磁环材质，高整的整流器，合适的绕组方式可以应用较高的开关频率。现在许多优质的功率放大器，都因此而可以用较小的电源处理输入，而产生非常大的功率。

稳压式电源供应

早期许多的汽车功率放大器都有非稳压式的电源供应方式。稳压式的电源供应要求有非常高品质的滤波电容，即低ESR内阻的电容；输出扼流圈；和优化设计独立的电压反馈电路。稳压是通过控制脉冲调节带宽0-100%去补偿电瓶与输出电压。稳压电压线路感应到电压的变化与响应而改变脉冲的带宽。

高频的PMW脉冲调制波形经整流而转化为直流，再经输出扼流圈与电容处理。这时输出的电流就是正与负的大电流提供给功率放大部分。

非稳压式电源供应

相对于稳压式电源供应，非稳压式电源供应较便宜，它不需要输出扼流圈，电压感应器，独立反馈电路等。这是因为其工作负载系数将近100%，电容的波动电流值也非常低，因此对电容的要求也不会那么高。

我们常常听说过非稳定式电源供应有更加多的电压余量空间，这其实意味着功放在瞬间可以产生更多的电量。许多的家用音响的功率放大器都是应用非稳定式电压供应线路设计，功放的电源是交流是50Hz，因此开关电源所用的滤波电容必须大200-500倍，这种额外的容量导致家用音响功率放大器有更多的电压余量。但其实在非稳定式电源供应，电压余量的空间指的是瞬态的电流供应量，而不会有更多的电压余量空间。接下来我们可以看看稳压式电源供应与非稳压式电源供应的对比参数。

从中可以看出，非稳压式电源供应有着在低功率时有较高的输出电压，功率放大部分会有更高的输出电压，但这降低了功放的效率。较小的功率放大器，如小于100W，相对于稳压式电源，非稳压式电源有成本优势。

稳压/非稳压式电源的优点和缺点

有些设计师尝试将功放的输入电压最低可以让电池电压低至9.5伏特，然后通过增加电流供应来补偿。下面的表格列出了一个500W的功放在满功率状态下工作的电压和电流。在较低的电压时，电流急剧增大。由于较低电压与更高的电流，供电效率进一步下降，这需要更大的电流。

电压越高，脉冲宽度减少，导致纹波电流增加。这种高电流使滤波电容产生热量，这种热量可能损害电容器的电解液。有许多的生产厂商所用的电容的这些指标不过关，功放在安装之后一年左右就会出现故障，这也就是电容的品质问题。还有在低电压需要大电流时，这个大电流有时超过汽车电瓶值也无法供应上大电流。因此，我们ARC的做法是，将功放的电压稳压在11-11.5伏，这样所有的汽车的电瓶与发电机系统在正常工作时，都可以很容易地保持高出这个电池的电压。