包络追踪电源方案：使得音频功放更加高效省电！

大家好

我是 Helen Chen

来自德州仪器升压电源产品线的应用工程师

无线音箱由于易于携带、使用方便

受到消费者的青睐

而电池续航能力

由于直接影响到无线音箱的用户体验

因此一直是消费者所关注的一项重要指标

今天我将给大家介绍一种

可以有效延长无线音箱电池续航的

续航能力的电源解决方案

这是一个典型的无线音箱的系统框图

当 AC/DC 适配器接入时

通过 Charger IC 对音效内部的锂电池进行充电

当播放音乐时

锂电池电压会通过升压电路变化到更高的电压

来给 D 类音频功放供电

驱动喇叭产生音乐

在无线音箱的使用过程中

用户最大的困扰是什么呢

就是电池用的太快了

可以想象

当你沉浸在音乐中听到一半的时候

音响突然没电了

这是一个非常糟糕的体验

那有没有好的办法来延长电池续航时间呢

我们刚才已经介绍

无线音箱使用锂电池作为电源时

升压转换器会将电池电压升高给功放供电

而功放供电电压的设定

要在音频质量和系统功耗之间权衡

因为如果电压设定太低

峰值功率较高时

会造成音频信号的缺顶失真，影响音质

如果电压设定太高

在峰值功率较低的时候

会造成过多的损耗

如果升压转换器输出电压

能够根据功放的输出功率自动调节

也就是当信号升高的时候电压升高

当信号回落的时候电压降低

那么就可以在保证音质的前提下减少系统损耗

延长电池的续航时间

TI 参考设计 PMP9774 就是针对这一问题而设计的

它同时兼顾了系统效率和音频质量

通过在 TPS61088 反馈引脚

引入音频包络信号来调整输出电压

也就是音频功放的电源电压

从而提高电源和音频功放的工作效率

达到省电的目的

下面我给大家简单介绍一下 PMP9774 的工作原理

这是我们使用 PMP9774

和音频功放 TPA3118 Demo 板搭建的系统框图

我们使用了运算放大器 OPA4377 检测音频输入信号

由此产生包络信号

该包络信号驱动一个晶体管

来调节升压变换器 TPS61088 的输出电压

给音频放大器 TPA3118 供电

下面我给大家演示一下 PMP9774 的工作波形

为了方便演示

音频信号直接用的是电脑的音乐信号

将 PMP9774 的输出电压接到功放板的供电电源引脚

功放输出接电源

再上电之前

先把示波器探头接好

一通道检测音频信号

三通道检测升压变换器 TPS61088 的输出电压

然后上电

在没有打开音乐之前我们可以看到

一通道音频信号为零

三通道 TPS61088 的输出是个 5.5V 左右的直流电压

然后打开音乐

我们可以看到三通道 TPS61088 的输出电压

跟随音频信号的变化而变化

与我们预想的一致

如果我们把音乐声音调大一点

采到的音频信号幅值变高

相应的 TPS61088 的最高输出电压也会变高

如果我们把音乐的声音调低一点

采到的音频信号幅值变低

相应的 TPS61088 的最高输出电压也会变低

这是我们对刚刚演示的结果的一个总结

我们对采用 PMP9774 包络追踪电源方案

和普通固定电压方案分别进行了效率测试

从测试结果可以看到

蓝色的效率曲线及 PMP9774 方案的效率

在全负载范围内都高于红色曲线

固定电压方案

特别是在轻载条件下

音频信号为 50mV 时

PMP9774 方案的效率可以提升 20% 以上

在无线音箱的日常使用过程中

音频功放通常更多时间工作在负载较轻的状态

因此轻载效率的提高对无线音箱的设计有重要意义

因此采用 PMP9774 包络追踪电源方案

可以显著减少电源 IC 和音频功放的损耗

提高系统的整体效率

从而延长无线音箱的电池续航时间

以上是 TI 参考设计 PMP9774 的简单介绍

大家也可以在 TI 网站上搜索 PMP9774

获取更加完整的设计资料

感谢大家的观看

大家好

我是 Helen Chen

来自德州仪器升压电源产品线的应用工程师

无线音箱由于易于携带、使用方便

受到消费者的青睐

而电池续航能力

由于直接影响到无线音箱的用户体验

因此一直是消费者所关注的一项重要指标

今天我将给大家介绍一种

可以有效延长无线音箱电池续航的

续航能力的电源解决方案

这是一个典型的无线音箱的系统框图

当 AC/DC 适配器接入时

通过 Charger IC 对音效内部的锂电池进行充电

当播放音乐时

锂电池电压会通过升压电路变化到更高的电压

来给 D 类音频功放供电

驱动喇叭产生音乐

在无线音箱的使用过程中

用户最大的困扰是什么呢

就是电池用的太快了

可以想象

当你沉浸在音乐中听到一半的时候

音响突然没电了

这是一个非常糟糕的体验

那有没有好的办法来延长电池续航时间呢

我们刚才已经介绍

无线音箱使用锂电池作为电源时

升压转换器会将电池电压升高给功放供电

而功放供电电压的设定

要在音频质量和系统功耗之间权衡

因为如果电压设定太低

峰值功率较高时

会造成音频信号的缺顶失真，影响音质

如果电压设定太高

在峰值功率较低的时候

会造成过多的损耗

如果升压转换器输出电压

能够根据功放的输出功率自动调节

也就是当信号升高的时候电压升高

当信号回落的时候电压降低

那么就可以在保证音质的前提下减少系统损耗

延长电池的续航时间

TI 参考设计 PMP9774 就是针对这一问题而设计的

它同时兼顾了系统效率和音频质量

通过在 TPS61088 反馈引脚

引入音频包络信号来调整输出电压

也就是音频功放的电源电压

从而提高电源和音频功放的工作效率

达到省电的目的

下面我给大家简单介绍一下 PMP9774 的工作原理

这是我们使用 PMP9774

和音频功放 TPA3118 Demo 板搭建的系统框图

我们使用了运算放大器 OPA4377 检测音频输入信号

由此产生包络信号

该包络信号驱动一个晶体管

来调节升压变换器 TPS61088 的输出电压

给音频放大器 TPA3118 供电

下面我给大家演示一下 PMP9774 的工作波形

为了方便演示

音频信号直接用的是电脑的音乐信号

将 PMP9774 的输出电压接到功放板的供电电源引脚

功放输出接电源

再上电之前

先把示波器探头接好

一通道检测音频信号

三通道检测升压变换器 TPS61088 的输出电压

然后上电

在没有打开音乐之前我们可以看到

一通道音频信号为零

三通道 TPS61088 的输出是个 5.5V 左右的直流电压

然后打开音乐

我们可以看到三通道 TPS61088 的输出电压

跟随音频信号的变化而变化

与我们预想的一致

如果我们把音乐声音调大一点

采到的音频信号幅值变高

相应的 TPS61088 的最高输出电压也会变高

如果我们把音乐的声音调低一点

采到的音频信号幅值变低

相应的 TPS61088 的最高输出电压也会变低

这是我们对刚刚演示的结果的一个总结

我们对采用 PMP9774 包络追踪电源方案

和普通固定电压方案分别进行了效率测试

从测试结果可以看到

蓝色的效率曲线及 PMP9774 方案的效率

在全负载范围内都高于红色曲线

固定电压方案

特别是在轻载条件下

音频信号为 50mV 时

PMP9774 方案的效率可以提升 20% 以上

在无线音箱的日常使用过程中

音频功放通常更多时间工作在负载较轻的状态

因此轻载效率的提高对无线音箱的设计有重要意义

因此采用 PMP9774 包络追踪电源方案

可以显著减少电源 IC 和音频功放的损耗

提高系统的整体效率

从而延长无线音箱的电池续航时间

以上是 TI 参考设计 PMP9774 的简单介绍

大家也可以在 TI 网站上搜索 PMP9774

获取更加完整的设计资料

感谢大家的观看