使用 75 W TAS6424-Q1 D类音频放大器进行直流和交流负载诊断

欢迎各位，我是 Gregg Scott。 我是中等功率音频放大器产品线的 一名高级应用工程师。 今天，我们将使用TAS6424-Q1 汽车放大器， 探讨一下直流和交流负载诊断。 具体来说，今天我们的主要任务是了解 客户对交流和直流负载诊断的 需求。 我们将详细介绍直流诊断 及其与交流诊断的区分。 然后，我们还将介绍一下它的测量方法。 我们需要了解如何自行测量 直流诊断以及交流诊断。 此外我们还将讲解一下电路， 以便您能够了解其搭建方法。 那么，什么是负载诊断？ 首先让我们来看一下它的定义。 音频系统中的负载诊断 旨在检测扬声器连接和 连接放大器与扬声器的电线是否连接到位。 它可以检测并报告断连的扬声器、 短接在一起的电线，以及 对汽车底盘或电池连接线短路的电线。 那么，我们为什么需要进行负载诊断呢？ 今天，汽车制造商或 OEM 需要 一个能够检测扬声器连接是否到位的系统。 工厂内非常嘈杂，很难听辨 扬声器是否连接到位。 如果是多扬声器系统，那就更难判断 它是否连接到位了。 另外，借助该系统还可以轻松诊断和 维修系统。 在售后汽车维修方面，当汽车被送至经销商处时， 可以轻松诊断和维修音频 系统。 今天，我们需要了解负载诊断的 各种不同需求。 汽车系统中的扬声器一般是双向系统。 此处的高频扬声器与一个低音扬声器并联。 高频扬声器利用串联电容器 来过滤负载频率。 低音扬声器采用直流连接，而高频扬声器 采用交流连接。 因此，我们拥有两种不同类型的诊断。 第一种是直流诊断。 直流诊断可以快速测量 四个不同的参数： 接地短路、接电源短路、开路负载， 以及短路负载。 直流诊断需要在每个通道上执行。 另外一个便是交流诊断。 交流诊断是一个更为复杂的流程， 可用作交流音频正弦波， 用于测量电容器耦合扬声器，例如高频扬声器。 交流诊断可在测试信号频率下测量负载阻抗 和相位。 直流诊断有一个附加模式，叫做“线性输出”模式。 一个放大器的线性输出模式能够驱动 另一个放大器的高阻抗输入。 该模式可诊断高阻抗负载 输出。 线性输出负载诊断是一个可以 更改开路负载诊断电阻灵敏度的 设置。 并且可以将开路负载阈值提高到 4.9K 欧姆。 设计系统时，应该弄清楚 是否可能存在线性输出条件。 在进行自动开启诊断时， 先设置寄存器 9 中的位数，然后再启动 STANDBY 引脚。 由此可避免在高阻抗负载上显示开路负载。 进行定期诊断时，一个放大器应 具有高阻抗开路负载， 以便另一个放大器运行线性输出模式，以确定是否连接到 放大器输入。 请注意，此测试含爆裂音。 因此，如果连接了外部放大器，应将其设为静音模式。 此外，直流诊断还需要进行一些I²C 寄存器设置。 直流诊断旁路能够 绕过自动开启诊断。 可在寄存器 09 中完成该项操作。 短路负载电阻阈值。 现在可以使用该功能将短路负载阈值 从 0.5 欧姆调到 4.5 欧姆。 并且可以在用于通道 1 和通道 2 的寄存器 A 中调节该值。 也可以在用于通道 3 和通道 4 的寄存器 B 中 调节该值。 正如我们之前所讲，线性输出模式可在寄存器 9 中进行设置。 使用负载诊断中止功能，可以 随时终止诊断序列。 也可以在寄存器 09中进行该项设置。 直流负载诊断流程图看似复杂， 实际非常简单。 在此幻灯片的左边，我们可以看到在上一张幻灯片中 设置的四个参数， 然后我们可以在A、B 和 C 部分监控这些参数， 如幻灯片左侧至底部显示所示。 实际上 D 才是我们真正 运行负载诊断的地方。 负载诊断将利用从 A、B 和 C 处 收集到的信息在 D 处运行。 我们将在下张幻灯片中对此进行详细探讨， 以为您展示负载诊断的工作原理。 在本张幻灯片中，我们将讨论电源短路和 接地短路诊断。 首先，我们要关闭开关 1 和开关 2， 并打开开关 3。 然后将输出 N 和输出 P 施加到 DVDD电源的一半。 在本例中为 1.65 伏特。 然后获取该信息，并将其发送到 ADC。 然后计算1.65 伏特条件下， 输出 N 和输出 P之间的差值， 并在检测到短路时报告故障。 现在，让我们来探讨一下开路和短路负载直流诊断。 使用在电源短路和接地短路用例中使用的同一个电路， 可以对某些开关设置进行更改， 以便测量开路和短路负载。 在本例中，我们将打开 S1、关闭 S3，并让 S2 始终处于关闭状态。 我们将直流电压施加到输出 P 上。 然后通过电流驱动输出 N。 然后再用 ADC测量输出 N。 如果结果高于阈值，则为开路。 如果低于阈值，则为短路。 该值还将被报告至I²C 寄存器。 现在，让我们来看一个成功的直流诊断。 如图所示，这里有四个通道。 如您所见，首先将从 接地短路和对电源短路测试开始。 接着将进行开路和短路负载测试。 如果均成功通过测试，则将跳到播放模式。 请注意，将在 接地短路和电源短路，以及开路负载和短路负载条件下对每个通道 单独进行测试。 因此，完成一项成功测试的总时间 约为224 毫秒。 即每个通道有 2 毫秒的时间 运行接地短路和电源短路测试，一共用时 8 毫秒，然后 用大约 40 毫秒的时间在各通道上进行 各项开路负载和短路负载测试，总共用时 160 毫秒。 但在进行任何一项测试前，还有 52 毫秒的 放电时间。 因此，想要让系统支持音乐播放，先要用大约 224 毫秒的时间完成各项测试。 现在，让我们放大一下我们的直流诊断波形。 我增加了时基，以便您 更好地了解用于每个通道的 2 毫秒 测试时间。 如您所见，它们确实彼此相随， 但不具有同时性。 振幅正如之前我们所讨论的， 约为 1.65 伏特直流。 如您所见，测试后出现了衰减。 现在，基本上处于 LC 滤波器 中电容器的自然放电状态。 因此无需担心。 测试未涉及这部分内容。 成功测试通道 4 后， 如您所见，将启动对通道 1 的测试， 以便进行开路负载和短路负载测试。 现在，让我们来看一下通道 1 上 显示电源短路故障的直流诊断。 如您所见，我们首先将打开通道 1， 以测试是否发生短路。 然后我们确实检测到了短路现象。 在本例中，我们需要等待 52 毫秒 才能重新进行测试，以确保故障有效。 如您所见，故障有效， 并且通道 1 将不再执行任何其他测试。 然后通道 2、通道 3 和通道 4 将相继进行测试。 在完成本测试后，还将继续测试 开路负载和短路负载。 为确保内容清楚直观，就不在这里展示了。 因此，在此总时间增加到大约 238 毫秒。 现在，让我们来看一下通道 1 上 显示开路负载故障的直流诊断。 如您所见，电源短路和接地短路 测试执行正确。 接着我们立即在通道 1 上 开始测试开路负载或短路负载。 如您所见，出现了故障。 然后等待了52 毫秒， 便重新进行了测试。 完成第二次测试后，确认了开路负载条件， 并且证实正是开路负载条件导致通道 1 测试中断。 但通道 2、通道 3 和通道 4 测试继续。 如您所见，通道 2、3 和 4 成功通过测试， PWM 也顺利启动。 通道 1 测试失败。 因此，此处的测试总时间为 316 毫秒。 现在，我们来讨论一下在直流诊断中出现的最糟糕的状况， 即四个通道均出现 开路负载故障。 如您所见，每个通道将运行两次测试， 前后测试之间存在52 毫秒的延迟。 将这些都加起来，测试时间共计 592 毫秒， 在 4 个通道上均不会播放音频。 现在，让我们来设置四个通道，以便进行交流诊断测试。 首先，我们必须将四个通道都设置为 Hi-Z。 然后更新设置，从向全部的四个通道的输入 提供 0dBFS 正弦波的用户处 获取确认信息。 现在，我们需要将三个寄存器设置为上述值。 等待状态将持续 100 毫秒。 然后设置寄存器 15，再等待 100 毫秒的时间。 然后，重新为寄存器 15设置 100 毫秒等待时间。 然后，再重新为寄存器 15设置 100 毫秒等待时间。 测量各个通道时都将对寄存器 15 进行以上设置。 然后读取寄存器 17 和 1D， 从刚刚测试过的I²C 寄存器处 获取反馈信息。 然后，我们将从用户那里获取指示 正弦波已中断的确认信息。 既然我们已经运行了交流诊断， 现在是时候计算每个通道的 阻抗和相位了。 因此，我们将从寄存器 17至 1A 读取 阻抗设定值。 然后从寄存器 1B 至1B 读取相位值， 并使用下列方程式进行计算。 交流负载诊断流程图 看似非常复杂。 但其实和直流负载诊断一样，非常简单。 我们将对左边的各项进行设置。 然后分别查看各单独通道， 了解它们是否是初次设置。 然后在该通道上运行负载诊断， 至此就完成了。 这非常简单明了。 交流诊断和直流诊断使用的是 同一个电路，并在输出 N 上 采用了逆变器。 在本例中，我们关闭了 S2和 S3，并打开了 S1。 然后让当前的IDAC 产生斜坡， 等待 20 毫秒的趋稳时间， 然后向输出 N和输出 P 发送信号。 继而以差动方式进行测量， 以检测它们之间的峰值输出电压。 现在我们已将 IDAC 电流归零，该值将被 报告至寄存器。 这是交流诊断波形。 我们将沿用直流诊断时的做法，单独运行 每个通道。 如您所见，我们将电压升高到了直流电平。 随之产生猝发脉冲音频信号， 然后我们将其进行缓降。 首先，我必须对各通道执行持续 52 毫秒的放电操作。 然后我们有 117毫秒的测试时间 来进行交流诊断。 请注意，这与音频频率不相关。 我的意思是，用于测试的音频频率 不能决定测试 时长。 现在显示的是我们在 低音扬声器和高频扬声器上所做测试的一个示例， 首先将使用音频精度或 AP 测试程序。 如您所见，在这条蓝绿色的线上， 我们可以发现，19 千赫时的 测量值约为 7 欧姆。 单独使用高频扬声器时，测量结果如红线所示。 我们可以发现，19 千赫时的测量值远高于 10 欧姆， 很可能接近11 或 12 欧姆。 单独使用低音扬声器时，19 千赫时的 测量值略低于 20 欧姆。 现在，我们将使用上一张幻灯片中的 扬声器设置， 通过 TAS6424 交流负载诊断进行测量。 使用通道 4，我们可以通过 低音扬声器和高频扬声器测得数值大约为 7.34 欧姆。 仅使用低音扬声器时，或高频扬声器开路时， 测量值为 18.48 欧姆。 现在让我们对两个测量值进行比较。 请注意，在 AP 上，当频率为 19 千赫时， 测量值约为 7 欧姆，低音扬声器测量值约为 18 至 19 欧姆。 使用 TAS6424 时，测得的标称阻抗为 7.3 欧姆。 而测得的低音扬声器阻抗为 18.5 欧姆， 在本例中，该值非常精确。 为了让您尽快在 TAS6424-Q1 上 使用交流和直流负载诊断，现已推出相关器件。 您可以下载软件和开发工具， 并通过 TI Store订购 EVM。290