(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも出力増幅器の電源電圧が可変となる電力増幅装置において、
コイルを含み、外部電源からの固定電圧を昇圧した第１電圧を発生する昇圧チョッパー回路と、前記コイルを含み、前記固定電圧を降圧した第２電圧を発生する降圧チョッパー回路とから成る電源電圧回路とを備え、
前記出力増幅器の出力信号のレベルが大きいとき、前記第１電圧を前記出力増幅器に出力し、
前記電力増幅装置の出力信号のレベルが中のとき、前記電源電圧回路を介して外部電源の固定電圧をそのまま前記出力増幅器に出力し、
前記出力増幅器の出力信号のレベルが小にあるとき、前記第２電圧を前記出力増幅器に出力することを特徴とする電力増幅装置。
【請求項２】
前記電源電圧回路は、
前記コイルと、前記コイルの一端にカソードが接続された第１ダイオードと、前記コイルの他端にアノードが接続された第２ダイオードと、該第２ダイオードのカソードに接続されたコンデンサーと、前記コイルの一端及び前記外部電源の間に接続された第１スイッチング手段と、前記コイルの他端に一端が接続された第２スイッチング手段と、前記出力増幅器の出力信号のレベルに応じて前記第１及び第２スイッチング手段を制御する第１及び第２スイッチング制御信号を発生する制御回路と、前記制御回路からの第１スイッチング制御信号または出力増幅器に供給される出力電圧と第１基準電圧とを比較し前記第１スイッチング手段を制御する第１比較回路と、前記制御回路からの第２スイッチング制御信号または出力増幅器に供給される出力電圧あるいは第１基準電圧より大きい第２基準電圧と発振器からの発振出力とを比較し前記第２スイッチング手段を制御する第２比較回路とから成ることを特徴とする請求項１記載の電力増幅装置。
【請求項３】
前記出力増幅器のレベルが第１比較回路に加えられる第１基準電圧より小さいとき、前記制御回路からの前記第１スイッチング制御信号に関係がなく第１比較回路で前記出力電圧と第１基準電圧とを比較し前記第１スイッチング手段をスイッチングさせるとともに、第２スイッチング制御信号で前記第２スイッチング手段をオフさせ、前記電源電圧回路を降圧チョッパー回路として動作させ、
前記出力増幅器のレベルが第２比較回路に加えられる第２基準電圧より大にあるとき、前記制御回路からの前記第１スイッチング制御で前記第１スイッチング手段をオンさせるとともに、第２スイッチング制御信号に関係がなく、前記第２比較回路で出力増幅器に供給される出力電圧あるいは第２基準電圧と発振器からの発振出力と比較とを比較し、前記電源電圧回路を昇圧チョッパー回路として動作させ、
前記出力増幅器のレベルが第１基準電圧より大きく第２基準電圧より小さいとき、前記制御回路からの前記第１スイッチング制御で前記第１スイッチング手段をオンさせるとともに、第２スイッチング制御信号で前記第２スイッチング手段をオフさせることを特徴とする請求項２記載の電力増幅装置。
【請求項４】
前記降圧チョッパー回路は第１比較回路で前記出力電圧と第１基準電圧とを比較し第１スイッチング手段をスイッチングさせ、外部電源の電源電圧をコンデンサーに充放電させることにより、外部電源の電源電圧より低い降圧電圧を出力増幅器に出力し、
前記昇圧チョッパー回路は前記第２比較回路で出力増幅器に供給される出力電圧あるいは第２基準電圧と発振器からの発振出力とを比較し第２スイッチング手段をスイッチングさせ動作させ、外部電源の電源電圧より高い昇圧電圧を出力増幅器に出力することを特徴とする請求項２記載の電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ機器に用いて好適な電力増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力増幅装置において、無駄な電力損失を抑えるとともに、電力増幅装置の出力信号をひずまないようにするため、その出力レベルに応じて電力増幅装置の電源電圧を切り換える技術が知られている。電力増幅装置の入力または出力が小中レベルのとき電源電圧を低くしておき、電力増幅装置の入力または出力が大となった場合のみ電源電圧を高くするものである。図５は上記の如き従来の電力増幅装置を示す図である。
【０００３】
図５において、電力増幅装置の動作中、昇圧チョッパ回路２内部の発振器２Ａが作動して、スイッチングトランジスタＳＷ１１がオン／オフ動作することにより昇圧チョッパ回路２が動作し、これによりバッテリーからの定電圧Ｖｂが昇圧され、昇圧電圧が生成される。
【０００４】
この時点では、スイッチングトランジスタＳＷ２はオフしており、出力増幅器５には、定電圧Ｖｂがバイパス回路を経由して電源電圧として印加される。電圧Ｖｂを電源電圧とする出力増幅器５において、入力信号ＡＳは増幅されて、出力増幅信号ＺＳが生成される。
【０００５】
上記の如き動作の間、常にコンパレータ４Ａによって図５のａ点の電位Ｖａと、基準電圧Ｖｒｅｆとが比較されており、ａ点の電位Ｖａが基準電圧Ｖｒｅｆ以上か否か検出される。
【０００６】
出力増幅器５の出力増幅信号ＺＳが小または中レベルで図５のａ点の電位Ｖａが基準電圧Ｖｒｅｆ以下の場合、コンパレータ４Ａの出力信号はＬレベルとなり、スイッチングトランジスタＳＷ２はオフするので、バイパス回路３を介して定電圧Ｖｂが出力増幅器５に電源電圧として印加される。
【０００７】
また、出力増幅信号ＺＳが大レベルとなり、ａ点の電位Ｖａが基準レベル以上になった場合、コンパレータ４Ａの出力はＨレベルになるので、スイッチトランジスタＳＷ２はオンして昇圧チョッパ回路２からの昇圧電圧Ｖｕが電源電圧として出力増幅器５に印加される。
【０００８】
再び出力増幅信号ＺＳが小または中レベルになり、図５中の電位Ｖａが基準電圧Ｖｒｅｆより下回ると、コンパレータ４Ａの出力レベルがＬレベルになり、バッテリーの定電圧Ｖｂが出力増幅器５に印加される。
【０００９】
よって、出力増幅器５の出力レベルがＶｒｅｆより高くなった場合のみ、出力増幅器５の電源電圧として電圧Ｖｂより高い昇圧電圧Ｖｕが印加されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図５の電力増幅装置では、出力レベルが小または中レベルのとき出力増幅器５の電源電圧はバッテリーからの定電圧Ｖｂとなる。出力レベルが中レベルのときには損失電力を低減することはできる。しかし、出力増幅器５の出力レベルが小レベルのとき、前記出力レベルは定電圧Ｖｂより大きく下回るので、損失電力が大きくなっていた。そこで、本発明は、電力増幅装置の出力レベルが小レベルでの高効率化を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電力増幅装置の出力信号レベルを調整するボリュームを有し、少なくとも出力増幅器の電源電圧が可変となる電力増幅装置において、コイルを含み、外部電源からの固定電圧を昇圧した第１電圧を発生する昇圧チョッパー回路と、コイルを含み、前記固定電圧を降圧した第２電圧を発生する降圧チョッパー回路とから成り、前記出力増幅器の出力レベルに応じて、前記第１電圧または前記第２電圧を切り換えて、前記出力増幅器の電源電圧として出力する電源電圧回路を備え、前記昇圧チョッパー回路及び降圧チョッパーのコイルを共通化したことを特徴とする。
【００１２】
特に、前記出力増幅器の出力レベルが大レベルのとき前記第１電圧を前記出力増幅器に印加させ、前記出力増幅器の出力レベルが小レベルのとき前記第２電圧を前記出力増幅器に印加させることを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記出力増幅器の出力レベルが中レベルのとき、前記電源電圧回路は、外部電源の固定電圧をそのまま出力することを特徴とする。
【００１４】
また、前記電源電圧回路は、共通化コイルと、前記共通化コイルの一端にカソードが接続された第１ダイオードと、前記共通化コイルの他端にアノードが接続された第２ダイオードと、該第２ダイオードのカソードに接続されたコンデンサーと、前記共通化コイルの一端及び前記外部電源の間に接続された第１スイッチング手段と、前記共通化コイルの他端に一端が接続された第２スイッチング手段と、ボリュームの位置に応じて前記第１及び第２スイッチング手段を制御する第１及び第２スイッチ制御回路とから成ることを特徴とする。
【００１５】
特に、前記出力増幅器の出力レベルが小レベルのとき前記第１スイッチ制御回路は前記第１スイッチング手段をスイッチングさせるとともに、前記第２スイッチ制御回路は前記第２スイッチング手段をオフさせ、前記出力増幅器の出力レベルが大レベルのとき前記第１スイッチング手段をオンさせるとともに、前記第２スイッチング手段をスイッチングさせることを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記出力増幅器の出力レベルのとき前記第１スイッチング手段をオンさせるとともに、第２スイッチング手段をオフさせることを特徴とする。
【００１７】
本発明に依れば、出力増幅器の出力レベルが大レベルになると、昇圧チョッパー回路として動作する電源電圧回路から発生する固定の昇圧電圧が前記出力増幅器に印加され、出力増幅器の出力レベルが小レベルになると、降圧チョッパー回路として動作する電源電圧回路からの降圧電圧を前記出力増幅器に印加させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す図であり、６は定電圧Ｖｂを提供するバッテリー、７は電源電圧回路であって、共通化されるコイルＬと、コイルＬの一端にカソードが接続された第１ダイオードＤ１と、コイルＬの他端にアノードが接続された第２ダイオードＤ２と、第２ダイオードＤ２のカソードに接続されたコンデンサーＣと、コイルＬの一端及びバッテリー６の間に接続された第１スイッチング手段Ｓ１と、コイルＬの他端に一端が接続された第２スイッチング手段Ｓ２と、後述されるボリュームの位置に応じて前記第１及び第２スイッチング手段Ｓ１及びＳ２を制御する第１及び第２スイッチ制御回路となる比較回路ＯＰ１及びＯＰ２から構成される。さらに、８は入力信号ＡＳのレベルを調整するボリューム、９は出力増幅器５の出力信号に基づいて第１及び第２比較回路ＯＰ１及びＯＰ２を制御する制御回路である。尚、図１において、図５と同一の回路については、同一符号を付し、説明を省略する。
【００１９】
図１の電力増幅装置において、出力増幅器５は入力信号ＡＳを増幅し、増幅された入力信号ＡＳに対して反転及び非反転された増幅出力信号をスピーカＳＰに印加する。つまり、スピーカＳＰはＢＴＬ接続され、出力増幅器５はスピーカＳＰをＢＴＬ駆動する。
【００２０】
ここで、本発明の特徴は、出力増幅器５の出力レベルに応じて出力増幅器５の電源電圧Ｖｃｃを変更することにある。以下、図１の動作を、図２を参照して説明する。
【００２１】
図１の制御回路９において、出力増幅器５の出力信号を基準電圧Ｖ１及びＶ２（Ｖ１＜Ｖ２）と比較する。これにより、出力増幅器５の出力レベルを検出して、出力レベルに基づいて比較回路ＯＰ１及びＯＰ２を制御するスイッチ制御信号ＳＳ１及びＳＳ２が制御回路９から発生する。つまり、出力増幅器５の出力レベルをＶｏｕｔとすると、前記出力レベルに応じたスイッチ制御信号ＳＳ１及びＳＳ２は、
▲１▼Ｖｏｕｔ＜Ｖ１のとき、ＳＳ１＝「Ｌ」：ＳＳ２＝「Ｈ」
▲２▼Ｖ１＜Ｖｏｕｔ＜Ｖ２のとき、ＳＳ１＝「Ｈ」：ＳＳ２＝「Ｈ」
▲３▼Ｖ２＜Ｖｏｕｔのとき、ＳＳ１＝「Ｈ」：ＳＳ２＝「Ｌ」
となる。
【００２２】
図１において、出力増幅器５の出力レベルが小レベルのとき、制御回路９は「Ｌ」レベルのスイッチ制御信号ＳＳ１及び「Ｈ」レベルのスイッチ制御信号ＳＳ２を出力する。
【００２３】
スイッチ制御信号ＳＳ１は第１比較回路ＯＰ１の第１正入力端子に印加される。第１比較回路ＯＰ１は、第１正入力端子のほかに、第２正入力端子及び負入力端子を有する。第１及び第２正入力端子では、印加される入力のレベルが高い方の入力端子が優先される。スイッチ制御信号ＳＳ１は「Ｌ」レベルであるので、第２正入力端子の入力信号が優先される。ここで、第２正入力端子の入力は電源電圧回路７の出力電源電圧Ｖｃであるので、第１比較回路ＯＰ１では電源電圧＋Ｖｃと基準電圧Ｖｒｅｆ１との比較動作が行われ、比較結果に応じて第１スイッチ手段Ｓ１はオンまたはオフにスイッチングされる。
【００２４】
また、スイッチ制御信号ＳＳ２は第２比較回路ＯＰ２の第２正入力端子に印加される。第２比較回路ＯＰ２は、第１正入力端子のほかに、基準電圧Ｖｒｅｆ２が印加される第２正入力端子、電源電圧＋Ｖｃが印加される第３正入力端子及び発振器ＯＳＣからの三角波信号が印加される負入力端子を有する。第２比較回路ＯＰ２においても、第１比較回路ＯＰ１と同様、入力レベルの高い正入力端子が優先される。スイッチ制御信号ＳＳ２は「Ｈ」レベルなので、第１正入力端子が優先され、その結果第２比較回路ＯＰ２からは「Ｌ」レベルの出力信号が発生し、第２スイッチ手段Ｓ２はオフされる。よって、第２スイッチ手段Ｓ２はないものと見なされ、電源電圧回路７は降圧チョッパー回路を構成する。
【００２５】
降圧チョッパー回路となる電源電圧回路７において、第１比較回路ＯＰ１の出力信号により第１スイッチ手段Ｓ１がオンオフ制御され、コンデンサーＣが充放電される。降圧チョッパー回路は定電圧Ｖｂを降圧させるものであり、その基本動作は、第１スイッチ手段Ｓ１がオンオフ制御されることにより、図３（イ）の実線の如く第１ダイオードＤ１のカソード電圧が電圧Ｖｂと略０Ｖとが交互に切り換えられ、前記カソード電圧がコンデンサーＣで平滑されることにより降圧チョッパー回路の出力電圧が発生する。降圧チョッパー回路は、第１スイッチ手段Ｓ１のオンオフのデューティー比が５０％の場合図３（イ）の点線のようにＶｂ／２の電圧を発生する。また、デューティー比が５０％でない場合はデューティー比に応じた平均電圧が降圧チョッパー回路から発生し、オン期間が長ければ出力電圧ＶｃＬは図３（イ）の点線のように電圧Ｖｂ／２より高くなり、オフ期間が長ければ出力電圧ＶｃＬは逆に電圧Ｖｂ／２より低くなる。
【００２６】
第１比較回路ＯＰ１において、降圧チョッパー回路の出力電圧ＶｃＬが基準電圧Ｖｒｅｆ１より高いと「Ｌ」レベルの出力信号が発生し、第１スイッチ手段Ｓ１がオフする。その為、コンデンサーＣが放電され、コンデンサーＣの端子電圧ＶｃＬは低下する。また、電圧ＶｃＬが基準電圧Ｖｒｅｆ１より低いと「Ｈ」レベルの出力信号が発生し、第１スイッチ手段Ｓ１がオフし、コンデンサーＣが充電されるので、出力電圧ＶｃＬは高くなる。上記のような負帰還により、降圧電圧ＶｃＬは基準電圧Ｖｒｅｆ１に等しくなろうとするので、電源電圧回路７の出力電圧Ｖｃは降圧チョッパー回路の出力電圧ＶｃＬになる。よって、出力増幅器５の出力レベルに対して電源電圧ＶｃＬは、図２のように電源電圧回路７の電源電圧うち最も小さい電圧が発生する。
【００２７】
また、出力増幅器５の出力レベルが中レベルのとき、制御回路１０は「Ｈ」レベルのスイッチ制御信号ＳＳ１及び「Ｈ」レベルのスイッチ制御信号ＳＳ２を出力する。
【００２８】
第１比較回路ＯＰ１において「Ｈ」レベルのスイッチ制御信号ＳＳ１が優先され、これにより第１比較回路ＯＰ１は常に「Ｈ」レベルの出力信号を発生する。その為、第１スイッチ手段Ｓ１はオンとなり、バッテリー電圧Ｖｂをそのまま導通させる。また、第２比較回路ＯＰ２には「Ｈ」レベルのスイッチ制御信号ＳＳ２が印加されるので、第２比較回路ＯＰ２の出力によって第２スイッチ手段Ｓ２はオフとなる。よって、電源電圧回路７はバッテリー電圧Ｖｂを加工せずに、そのまま出力する。出力増幅器５の出力レベルが中レベルの場合の電源電圧回路７の出力電圧は図２のように真ん中の電圧ＶｃＭ（＝Ｖｂ）となる。
【００２９】
さらに、出力増幅器５の出力レベルが大きくなると、制御回路１０は「Ｈ」レベルのスイッチ制御信号ＳＳ１及び「Ｌ」レベルのスイッチ制御信号ＳＳ２を出力する。
【００３０】
「Ｈ」レベルのスイッチ制御信号ＳＳ１により、第１比較回路ＯＰ１は「Ｈ」レベルの出力信号を発生する。その為、第１スイッチ手段Ｓ１はオンとなり、バッテリー電圧Ｖｂをそのまま導通させる。
【００３１】
一方、第２比較回路ＯＰ２では、第１正入力端子の入力レベルが「Ｌ」レベルになるので、第２比較回路ＯＰ２は、発振器ＯＳＣからの三角波信号と、基準電圧Ｖｒｅｆ２及び電源電圧回路Ｖｃとの比較動作を行うようになる。これにより、電源電圧回路７は昇圧チョッパー回路として動作開始する。
【００３２】
昇圧チョッパー回路となる電源電圧回路において、第２比較回路ＯＰ２の基準電圧Ｖｒｅｆ２はバッテリー電圧Ｖｂよりも高い電圧に設定される。出力電圧Ｖｃが第２比較回路ＯＰ２の基準電圧Ｖｒｅｆ２より低くなると、第２比較回路ＯＰ２の出力信号は「Ｌ」レベルになり、第２スイッチＳ２がオフする。その為、コイルＬに蓄えられていたエネルギーがコンデンサーＣに充電され、コンデンサーＣの端子電圧Ｖｃが図３（ロ）の実線のように上昇する。そして、出力電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆ２より高くなると、第２比較回路ＯＰ２の出力信号は「Ｈ」レベルになり、第２スイッチＳ２はオンし、コイルＬ及びダイオードＤ２の接続点は０Ｖになる。その為、コンデンサーＣは放電されて、その端子電圧Ｖｃは図３（ロ）のように低くなると共に、コイルＬにはエネルギーが蓄えられる。このように、昇圧チョッパー回路では、出力電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆ２に等しくなるように動作するので、電源電圧回路７の出力電圧Ｖｃはバッテリー６からの電圧Ｖｂよりも高い電圧ＶｃＨが得られる。
【００３３】
さらに、第２比較回路ＯＰ２には三角波発振信号が印加される。電源電圧回路７の出力電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆ２より高い場合、基準電圧Ｖｒｅｆ２が優先され、三角波信号と基準電圧Ｖｒｅｆ２とが比較される。その比較結果に応じて、第２スイッチ手段Ｓ２がオン／オフ制御され、それにより昇圧電圧ＶｃＨが得られる。
【００３４】
また、出力電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆ２より低いと、出力電圧Ｖｃが優先され、出力電圧Ｖｃと三角波信号との比較結果に応じて第２スイッチ手段Ｓ２がオン／オフ制御される。この場合、基準電圧Ｖｒｅｆ２と三角波信号との比較の場合よりも、オン期間が長くなるので、昇圧電圧ＶｃＨが低下すると昇圧電圧を素早く上昇させることができる。よって、昇圧チョッパー回路の出力電圧の著しい低下を防止することができる。
【００３５】
出力増幅器５の出力レベルが大レベルのとき、図２のように電源電圧回路７の出力電圧ＶｃＨは出力増幅器５に電源電圧Ｖｃｃとして印加される。
【００３６】
以上説明してきたように、出力増幅器５の電源電圧は図２の如く出力増幅器５の出力レベルに応じて切り換わるので、出力増幅器５の出力レベルに適した電源電圧となり、その結果出力増幅器５での損失電圧を低減することが可能である。
【００３７】
尚、図１において、出力増幅器５の一方の増幅器の出力に応じて、電源電圧回路を制御しているが、これに限らず出力増幅器５の両方の出力信号に基づいて電源電圧回路７を制御することも可能であり、この場合には出力増幅器５の出力信号にクリップが発生するのを防止できる。
【００３８】
図４は、昇圧チョッパー回路の実際の回路例であり、第２比較回路ＯＰ２は、基準電圧Ｖｒｅｆ２と、出力電圧Ｖｃを抵抗１１ａ及び１１ｂにより抵抗分割された分圧電圧ＶｃＨ´と、発振器ＯＳＣからの三角波信号が印加され、その反転出力信号が第２スイッチ手段Ｓ２に印加されるように構成される。
【００３９】
実際の回路では、バッテリー電圧Ｖｂよりも高い基準電圧を作成することは困難である。そこで、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２をバッテリー電圧Ｖｂよりも低い電圧に設定し、電源電圧回路７の電圧ＶｃｃＨを抵抗１１ａ及び１１ｂの抵抗分割により、バッテリー電圧Ｖｂよりも低い値に分圧して、第２比較回路ＯＰ２に印加する。これによれば、バッテリー電圧Ｖｂよりも低い電圧で昇圧チョッパー回路を動作させることができ、バッテリー電圧Ｖｂよりも十分に高い電圧を発生させることが可能である。また、降圧チョッパー回路でも、電源電圧ＶｃＬを抵抗分割してから第１比較回路ＯＰ１に印加させるようにすることも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に依れば、出力増幅器の出力レベルによって、電力増幅装置の電源電圧を変更することができるので、損失電力を低減することができるとともに、出力波形のクリップを防止することができる。実用域では、損失電力が削減できることにより、放熱器の小型化が図られる。
【００４１】
特に、電源電圧回路を制御することによって、昇圧チョッパー回路及び降圧チョッパー回路の両方を動作させることができ、コイルを共通化させることができる。コイルの共通化により、電力増幅装置の小型化を図れるとともに、コストダウンを図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１の出力増幅器の出力波形と電源電圧Ｖｃｃとの関係を示す特性図である。
【図３】図１の電源電圧回路７の動作を説明するための特性図である。
【図４】昇圧チョッパー回路２の他の回路例を示す回路図である。
【図５】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
５        出力増幅器
６        バッテリー
７        電源電圧回路
８        ボリューム
９        可変抵抗
【図１】
0003604930.tif 000002
【図２】
0003604930.tif 000003
【図３】
0003604930.tif 000004
【図４】
0003604930.tif 000005
【図５】
0003604930.tif 000006