(57)【要約】      （修正有）【課題】  電流増幅後のパルス信号の波高値を一定に保ち、音質を良好にすることができるオーディオアンプ装置およびオーディオアンプ用電源装置を得ることを目的とする。【解決手段】  このオーディオアンプ装置は、Ｄクラスアンプとしてのオーディオアンプ部１と、オーディオアンプ部１における電流増幅部１２のパルス変調された信号の出力電圧のピーク値を一定に近づけるように電流増幅部１２への電源電圧を制御する電源部２とを備える。【選択図】  図１
2006217109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｄクラスアンプと、
上記Ｄクラスアンプにおける電流増幅部の出力電圧のピーク値を一定に近づけるように上記電流増幅部への電源電圧を制御する電源部と、
を備えることを特徴とするオーディオアンプ装置。
【請求項２】
オーディオ信号をパルス変調するパルス変調部と、
上記パルス変調部によりパルス変調された信号を電流増幅する電流増幅部と、
上記電流増幅部の後段に配置されたフィルタと、
上記電流増幅部へ電源電圧を印加する電源回路と、
上記電流増幅部から上記フィルタへの出力電圧のピーク値を検出するピーク値検出部と、
上記ピーク値検出部による検出値に応じて上記電流増幅部への電源電圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするオーディオアンプ装置。
【請求項３】
前記ピーク値検出部は、前記電流増幅部からのパルス状の出力電圧をピークホールドおよび／またはボトムホールドして、ピーク値を検出することを特徴とする請求項２記載のオーディオアンプ装置。
【請求項４】
前記ピーク値検出部におけるピークホールドおよび／またはボトムホールドの時定数の逆数は、必要とするオーディオ周波数帯域の上限より高いことを特徴とする請求項３記載のオーディオアンプ装置。
【請求項５】
前記電源回路は、シンク動作およびソース動作のいずれも可能なＰＷＭ電源回路であり、
前記制御部は、前記電流増幅部の出力電圧のピーク値に基づいて上記ＰＷＭ電源回路のデューティを設定する制御信号を生成すること、
を特徴とする請求項２記載のオーディオアンプ装置。
【請求項６】
Ｄクラスアンプにおける電流増幅部の出力電圧のピーク値を検出するピーク値検出部と、
上記ピーク値検出部により検出されるピーク値を一定に近づけるように上記電流増幅部への電源電圧を制御する電源部と、
を備えることを特徴とするオーディオアンプ用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオアンプ装置およびオーディオアンプ用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来のオーディオアンプ装置の一例を示すブロック図である。図３に示す従来のオーディオアンプ装置は、Ｄクラスアンプであるオーディオアンプ部１０１と、オーディオアンプ部１０１の電流増幅部１１２に電力を供給する電源部１０２とを有する。
【０００３】
オーディオアンプ部１０１では、ＰＷＭ回路１１１が、アナログまたはデジタルのオーディオ入力信号に対してＰＷＭ変調（パルス幅変調）を施し、電流増幅部１１２が、ＰＷＭ変調後のパルス状の信号を電流増幅し、ローパスフィルタ１１３が、電流増幅後のパルス状の信号の高周波成分を除去して、オーディオ周波数帯域のアナログ信号を出力する。
【０００４】
そして、電源部１０２は、商用電源から直流電力を得る直流電源装置、電池などの図示せぬ電源から電圧Ｖｃｃを印加され、その電圧Ｖｃｃ以下の所定の定電圧で電流増幅部１１２に電源電圧を印加する。
【０００５】
図３に示す装置の他、パルス信号ではなくアナログ信号を電流増幅する電流増幅部を有する電力増幅器であって、電流増幅部の出力電圧値を監視して、出力電圧値が所定の閾値を超えると電流増幅部に印加される電源電圧を切り替えるものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
また、電流増幅部を構成するスイッチング素子の電源側端子から直接的に電源電圧を検出し、そのスイッチング素子に印加される電源電圧を正確に一定にする電力増幅装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１５０３２５号公報（要約、図１，２）
【特許文献２】特開２００２−９４３４０号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、Ｄクラスアンプといったアナログオーディオ信号をパルス信号に一旦変調して増幅しその後ローパスフィルタによりアナログオーディオ信号に戻すアンプ装置では、ローパスフィルタ内のインダクタに起因する逆起電流、電流増幅段のスイッチング素子のサチレーションおよびオン動作時の抵抗などに起因して、電流増幅段のスイッチング素子の出力信号の波高値が変動してしまい音質を劣化させてしまうという問題がある。
【０００９】
上記の問題に対して、電流増幅段のスイッチング素子に、オン動作時の抵抗の小さいパワーＭＯＳＦＥＴを使用することも考えられるが、コストが増大してしまう。また、上記の問題に対して、電流増幅段の電源電圧の変動を抑制するために大容量のキャパシタを設けることも考えられるが、コストが増大してしまう。
【００１０】
また、上記特許文献１に記載の電力増幅器は、アナログ信号をそのまま増幅する増幅回路であり、Ｄクラスアンプといったアナログオーディオ信号をパルス信号に一旦変調して増幅しその後ローパスフィルタによりアナログオーディオ信号に戻すアンプ装置に適用することは困難である。
【００１１】
また、上記特許文献２に記載の電力増幅装置では、スイッチング素子の電源側端子の電圧を検出して電源電圧を調節しているため、依然として、ローパスフィルタ内のインダクタに起因する逆起電流、電流増幅段のスイッチング素子のサチレーションおよびオン動作時の抵抗などに起因して、電流増幅段のスイッチング素子の出力信号の波高値が変動してしまう。
【００１２】
本発明は、電流増幅後のパルス信号の波高値を一定に保ち、音質を良好にすることができるオーディオアンプ装置およびオーディオアンプ用電源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。
【００１４】
本発明に係るオーディオアンプ装置の１つは、Ｄクラスアンプと、Ｄクラスアンプにおける電流増幅部の出力電圧のピーク値を一定に近づけるように電流増幅部への電源電圧を制御する電源部とを備える。
【００１５】
また、本発明に係るオーディオアンプ装置の１つは、オーディオ信号をパルス変調するパルス変調部と、パルス変調部によりパルス変調された信号を電流増幅する電流増幅部と、電流増幅部の後段に配置されたフィルタと、電流増幅部へ電源電圧を印加する電源回路と、電流増幅部からフィルタへの出力電圧のピーク値を検出するピーク値検出部と、ピーク値検出部による検出値に応じて電流増幅部への電源電圧を制御する制御部とを備える。
【００１６】
さらに、本発明に係るオーディオアンプ装置は、上記のオーディオアンプ装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。つまり、この場合、ピーク値検出部は、電流増幅部からのパルス状の出力電圧をピークホールドおよび／またはボトムホールドして、ピーク値を検出する。
【００１７】
さらに、本発明に係るオーディオアンプ装置は、上記のオーディオアンプ装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。つまり、この場合、ピーク値検出部におけるピークホールドおよび／またはボトムホールドの時定数は、その時定数の逆数が必要とするオーディオ周波数帯域の上限より高くなるように設定される。
【００１８】
さらに、本発明に係るオーディオアンプ装置は、上記のオーディオアンプ装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。つまり、この場合、電源回路は、シンク動作およびソース動作のいずれも可能なＰＷＭ電源回路であり、制御部は、電流増幅部の出力電圧のピーク値に基づいてＰＷＭ電源回路のデューティを設定する制御信号を生成する。
【００１９】
本発明に係るオーディオアンプ用電源装置は、Ｄクラスアンプにおける電流増幅部の出力電圧のピーク値を検出するピーク値検出部と、ピーク値検出部により検出されるピーク値を一定に近づけるように電流増幅部への電源電圧を制御する電源部とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電流増幅後のパルス信号の波高値を一定に保ち、音質を良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係るオーディオアンプ装置の構成を示すブロック図である。図１において、オーディオアンプ部１は、オーディオ信号を増幅して出力するＤクラスアンプである。電源部２は、オーディオアンプ部１、特にその電流増幅部１２に直流で電力を供給する回路群である。
【００２３】
オーディオアンプ部１において、ＰＷＭ回路１１は、オーディオ信号をパルス変調するパルス変調部として機能する回路である。ＰＷＭ回路１１は、オーディオ入力信号の振幅に応じたデューティのパルスを時系列に沿って出力する。
【００２４】
また、電流増幅部１２は、ＰＷＭ回路１１の出力電圧に応じてスイッチング動作する電流増幅用スイッチング素子を有し、ＰＷＭ回路１１の出力信号を電流増幅する回路である。例えば、電流増幅部１２は、コンプリメンタリ接続された一対のパワーＭＯＳＦＥＴなどで構成される。
【００２５】
また、ローパスフィルタ１３は、入力端と出力端との間のインダクタＬ、および出力端とグランドとの間のキャパシタＣで構成されるフィルタ回路である。ローパスフィルタ１３は、オーディオ周波数帯域の信号を透過し、オーディオ周波数帯域より高い周波数の信号を減衰させる。
【００２６】
電源部２において、電源回路２１は、オーディオアンプ１における電流増幅部１２の出力電圧のピーク値を一定の基準値に近づけるように、電流増幅部１２への電源電圧を制御する電源回路である。この実施の形態では、電源回路２１は、シンク動作およびソース動作のいずれも可能なＰＷＭ電源回路である。
【００２７】
電源回路２１において、基準信号発生回路３１は、鋸波または三角波を基準信号として発生する回路である。また、比較器３２は、基準信号発生回路３１による基準信号と、誤差増幅器２４の出力とを比較し、比較結果に応じてハイ（スイッチング回路３３のスイッチング素子がオンする電圧値）またはロー（スイッチング回路３３のスイッチング素子がオフする電圧値）の出力電圧を発生する回路である。この基準信号発生回路３１および比較器３２によりパルス幅変調が実現される。
【００２８】
また、スイッチング回路３３は、比較器３２の出力電圧に応じてスイッチング動作し、電流増幅で直流電圧ＶｃｃとグランドＧＮＤを振幅とするパルスを発生するスイッチング素子を有する。また、平滑回路３４は、インダクタＬおよびキャパシタＣからなるローパスフィルタである。
【００２９】
また、ピークホールド回路２２は、電流増幅部１２とローパスフィルタ１３との接続位置の電圧、つまり電流増幅部１２の出力電圧のピーク値を検出するピーク値検出部として機能する回路である。ピークホールド回路２２は、電流増幅部１２から出力されるパルス状の電圧をピークホールドして、ピーク値を検出する。例えば、ピークホールド回路２２におけるピークホールドの時定数は、その時定数の逆数がオーディオ周波数帯域（可聴帯域）の上限（例えば２０ｋＨｚ）より高くなるように設定される。なお、ピークホールド回路２２におけるピークホールドの時定数は、その時定数の逆数が必要とするオーディオ周波数帯域の上限より高くなるように設定すればよく、例えば、可聴帯域が２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの場合でも、上限として１０ｋＨｚまでの音響特性を向上させたい場合には、ピークホールドの時定数は、その時定数の逆数が１０ｋＨｚより高くなるように設定すればよい。
【００３０】
また、基準電圧発生回路２３は、電流増幅部１２の出力電圧の目標電圧値に対応する基準電圧Ｖｒｅｆを発生する回路である。また、誤差増幅器２４は、ピークホールド回路２２により検出された電流増幅部１２の出力電圧のピーク値と基準電圧発生回路２３による基準電圧Ｖｒｅｆとの差に所定の増幅率を乗じた出力電圧を発生する回路である。基準電圧発生回路２３および誤差増幅器２４は、電源回路２１の出力電圧を制御する制御部として機能する。
【００３１】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００３２】
まず、オーディオアンプ部１の動作について説明する。
【００３３】
オーディオアンプ部１では、ＰＷＭ回路１１は、アナログのオーディオ入力信号に対してＰＷＭ変調（パルス幅変調）を施す。次に、電流増幅部１２が、ＰＷＭ変調後のパルス状の信号を電流増幅する。
【００３４】
電流増幅部１２の出力電圧はパルス状になり、パルスの波高値は、電源部２により印加される電圧値から、電流増幅部１２のスイッチング素子のオン動作時の抵抗（ＦＥＴの場合にはドレイン・ソース間の抵抗）に起因する電圧降下分だけ減少した電圧値となる。
【００３５】
そして、ローパスフィルタ１３が、電流増幅後のパルス状の信号の高周波成分を除去して、オーディオ周波数帯域のアナログ信号を出力する。
【００３６】
次に、電源部２の動作について説明する。
【００３７】
電源部２では、ピークホールド回路２２は、電流増幅部１２から出力されるパルス状の電圧をピークホールドして、電流増幅部１２の出力電圧の波高値を検出する。
【００３８】
そして、誤差増幅器２４は、ピークホールド回路２２により検出された電流増幅部１２の出力電圧のピーク値と基準電圧発生回路２３による基準電圧Ｖｒｅｆとの差に所定の増幅率を乗じた出力電圧を発生し、電源回路２１の比較器３２に印加する。
【００３９】
この実施の形態では、誤差増幅器２４の負側入力にピークホールド回路２２の出力電圧が印加され、正側入力に基準電圧発生回路２３による基準電圧Ｖｒｅｆが印加されるため、増幅率をＡとすると、誤差増幅器２４の出力電圧Ｖｅは、次式のようになる。
【００４０】
Ｖｅ＝Ａ×（Ｖｒｅｆ−Ｖｐ）
【００４１】
電源回路２１の比較器３２は、基準信号発生回路３１による基準信号と、誤差増幅器２４の出力とを比較し、比較結果に応じた出力電圧を発生し、スイッチング回路３３の図示せぬスイッチング素子のゲート信号とする。
【００４２】
この実施の形態では、比較器３２の負側入力に基準信号発生回路３１の出力電圧が印加され、正側入力に誤差増幅器２４の出力電圧Ｖｅが印加されるため、誤差増幅器２４の出力電圧Ｖｅが高くなると、比較器３２の出力電圧のデューティが高くなり、出力電圧Ｖｅが低くなると、比較器３２の出力電圧のデューティが低くなる。
【００４３】
スイッチング回路３３の図示せぬスイッチング素子は、そのゲート信号の電圧に応じてスイッチング動作する。スイッチング回路３３のパルス状の出力電圧が平滑回路３４により平滑され、直流の電源電圧がオーディオアンプ部１の電流増幅部１２に印加される。
【００４４】
ここで、電流増幅部１２の出力電圧のパルス波高値を一定に保つ制御について説明する。図２は、本発明の実施の形態における電流増幅部１２の出力電圧のピーク値と、基準電圧発生回路２３の基準電圧Ｖｒｅｆを示す図である。
【００４５】
電流増幅部１２の出力電圧のパルス波高値Ｖｐが基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合（図２（Ａ）の場合）、誤差増幅器２４の出力電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆとパルス波高値Ｖｐとの差分に応じた正の値となる。このため、比較器３２の出力電圧のデューティが高くなる。これにより、スイッチング回路３３のスイッチング素子のオン期間が増加し、電流増幅部１２への電源電圧が上昇する。そして、電流増幅部１２への電源電圧が上昇すると、電流増幅部１２のスイッチング素子がオン動作するときの電流増幅部１２の出力電圧が上昇する。
【００４６】
一方、電流増幅部１２の出力電圧のパルス波高値Ｖｐが基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合（図２（Ｂ）の場合）、誤差増幅器２４の出力電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆとパルス波高値Ｖｐとの差分に応じた負の値となる。このため、比較器３２の出力電圧のデューティが低くなる。これにより、スイッチング回路３３のスイッチング素子のオン期間が減少し、電流増幅部１２への電源電圧が低下する。そして、電流増幅部１２への電源電圧が低下すると、電流増幅部１２のスイッチング素子がオン動作するときの電流増幅部１２の出力電圧が低下する。
【００４７】
このようにして、電流増幅部１２の出力電圧のパルス波高値Ｖｐが基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合には、パルス波高値Ｖｐが上昇し、パルス波高値Ｖｐが基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合には、パルス波高値Ｖｐが低下する。これにより、電流増幅部１２の出力電圧のパルス波高値Ｖｐは一定に保たれる。
【００４８】
以上のように、上記実施の形態に係るオーディオアンプ装置は、Ｄクラスアンプとしてのオーディオアンプ部１と、オーディオアンプ部１における電流増幅部１２の出力電圧のピーク値を一定に近づけるように電流増幅部１２への電源電圧を制御する電源部２とを備える。
【００４９】
特に、上記実施の形態に係るオーディオアンプ装置は、オーディオ信号をパルス変調するパルス変調部としてのＰＷＭ回路１１と、ＰＷＭ回路１１によりパルス変調された信号を電流増幅する電流増幅部１２と、電流増幅部１２の後段に配置されたローパスフィルタ１３と、電流増幅部１２へ電源電圧を印加する電源回路２１と、電流増幅部１２からローパスフィルタ１３への出力電圧のピーク値を検出するピーク値検出部としてのピークホールド回路２２と、ピークホールド回路２２による検出値に応じて電流増幅部１２への電源電圧を制御する制御部としての誤差増幅器２４および基準電圧発生回路２３とを備える。
【００５０】
これにより、負荷側からの影響や電流増幅部１２のスイッチング素子の特性などに起因して電流増幅後のパルス信号の波高値が変動することを抑制でき、電流増幅後のパルス信号の波高値を一定に保つことができる。ひいては、電流増幅部１２のスイッチング素子や電源回路２１の平滑回路３４のキャパシタＣなどに多大なコストをかけなくても、オーディオ信号の増幅の際に歪が発生することを抑制して音質を良好にすることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態によれば、ピークホールド回路２２は、電流増幅部１２とローパスフィルタ１３との接続位置のパルス状の電圧をピークホールドして、電流増幅部１２の出力電圧のピーク値を検出する。
【００５２】
これにより、電流増幅部１２の出力電圧自体は矩形波のように変動しても、電流増幅部１２の出力電圧のピーク値に応じた電源電圧の制御を継続的に行うことができ、電流増幅後のパルス信号の波高値を、良好に一定に保つことができる。
【００５３】
また、上記実施の形態によれば、電源回路２１は、シンク動作およびソース動作のいずれも可能なＰＷＭ電源回路であり、誤差増幅器２４は、電流増幅部１２の出力電圧のピーク値に基づいて電源回路２１のデューティを設定する制御信号を生成する。
【００５４】
これにより、電源回路２１がシンク動作およびソース動作のいずれも可能であるため、電流増幅部１２の出力電圧のピーク値が、基準値より高い場合でも低い場合でも電流増幅部１２の出力電圧のピーク値を基準値へ良好に近づけることができる。
【００５５】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【００５６】
例えば、上記実施の形態では、ピーク値検出部としてのピークホールド回路２２は、ピークホールド動作をするが、ピークホールド回路２２の代わりに、ボトムホールド回路を設け、その検出値（つまり、負のピーク値）をピーク値としてもよい。あるいは、ピーク値検出部として、ピークホールド動作およびボトムホールド動作の両方を同時に行う回路を設けるようにしてもよい。その場合には、ピークホールド値とボトムホールド値との差分（つまり、ピーク・トゥ・ピーク値）が、差動アンプで検出され、ピーク値として使用される。
【００５７】
また、上記実施の形態では、電源回路２１は、ＰＷＭ電源回路であるが、別の方式の定電圧電源回路や安定化電源回路としてもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態では、オーディオアンプ部１は、ＰＷＭ回路１１によりパルス幅変調を行うが、ＰＷＭ回路１１の代わりに、パルス密度変調を行うパルス変調部を設けるようにしてもよい。
【００５９】
なお、上記実施の形態を応用して、Ｄクラスアンプにおける電流増幅部１２の出力電圧のピーク値を検出するピーク値検出部としてのピークホールド回路２２と、ピークホールド回路２２により検出されるピーク値を一定に近づけるように電流増幅部１２への電源電圧を制御する電源部２とを備えるオーディオアンプ用電源装置を構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、例えば携帯型オーディオプレーヤのアンプ装置または電源装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るオーディオアンプ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における電流増幅部の出力電圧のピーク値と、基準電圧発生回路の基準電圧を示す図である。
【図３】図３は、従来のオーディオアンプ装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  オーディオアンプ部（Ｄクラスアンプ）
２  電源部
１１  ＰＷＭ回路（パルス変調部）
１２  電流増幅部
１３  ローパスフィルタ（フィルタ）
２１  電源回路
２２  ピークホールド回路（ピーク値検出部）
２３  基準電圧発生回路（制御部の一部）
２４  誤差増幅器（制御部の一部）
【図１】
2006217109.tif 000003
【図２】
2006217109.tif 000004
【図３】
2006217109.tif 000005