(57)【要約】【課題】回路サイズが小さい電源装置を提供すること。【解決手段】電源装置は、直列接続された２つのスイッチング部と、所定電圧の電源供給によって動作して２つのスイッチング部を交互にオンオフする駆動部と、を有し、外部電源から得られた交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源部と、外部電源から得られた交流電力を直流電力に変換して出力する電源部と、スイッチング電源部の駆動部が２つのスイッチング部の動作を制御するための制御信号を出力する制御部と、電源部の出力電力及び制御信号をスイッチング電源部の駆動部に伝送すると共に、入力側と出力側を絶縁する伝送部とを備える。【選択図】図１
2011160538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング部および所定電圧の電源供給によって動作して前記スイッチング部をオンオフする駆動部を有し、外部電源の交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源部と、
前記外部電源の交流電力を直流電力に変換して出力する電源部と、
前記スイッチング電源部の前記駆動部が前記スイッチング部を制御するための制御信号を出力する制御部と、
前記電源部の出力電力及び前記制御信号を前記スイッチング電源部の前記駆動部に伝送すると共に、入力側と出力側を絶縁する伝送部と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記スイッチング部は直列接続された２つのスイッチング部を有し、前記駆動部が該２つのスイッチング部を交互にオンオフすることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源装置であって、
前記伝送部は、
前記電源部の出力電力に前記制御信号を重畳する信号重畳部を有し、
前記信号重畳部によって前記制御信号が重畳された前記電源部の出力電力を伝送することを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電源装置であって、
前記伝送部は、
前記制御信号に前記電源部の出力電力を重畳する信号重畳部を有し、
前記信号重畳部によって前記電源部の出力電力が重畳された前記制御信号を伝送することを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の電源装置であって、
前記伝送部は、前記電源部の出力電力を伝送する電力伝送部と、前記制御信号を伝送する信号伝送部と、を有することを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源装置と、
前記電源装置が備える前記スイッチング電源部から得られた直流電力を用いた信号増幅部と、
を備えたことを特徴とするデジタルアンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及びデジタルアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来のデジタルアンプの構成を示す回路図である。図３に示すデジタルアンプは、スイッチング電源部１０１と、デジタルアンプ部１０３と、電源トランス部１０５と、制御部１０７と、フォトカプラ１０９とを備える。なお、図３中の実線の矢印は電力供給の流れを示し、一点鎖線の矢印は制御信号の流れを示す。
【０００３】
スイッチング電源部１０１は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換してデジタルアンプ部１０３に供給する。スイッチング電源部１０１は、入力側の整流回路１５１と、第１の電源部１５３と、ドライバ１５５と、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂと、スイッチングトランス１５９と、第２の電源部１６１と、出力側の整流回路１６３とを有する。以下、スイッチング電源部１０１を構成する各構成要素について説明する。
【０００４】
入力側の整流回路１５１は、商用電源からの交流電圧を整流して直流電圧に変換する。第１の電源部１５３は、例えばシリーズレギュレータであり、入力側の整流回路１５１の出力電圧（例えば４００Ｖ）をドライバ１５５のための電圧（例えば１０Ｖ）に降圧する。なお、第１の電源部１５３は、高抵抗であって、例えば４００Ｖといった高電圧から例えば１０Ｖといった低電圧に降圧するために損失が大きく、発熱も多い。また、第１の電源部１５３は、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５を起動するためだけに用いられる。
【０００５】
スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂは、直列接続されたパワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴである。ドライバ１５５は、第１の電源部１５３からの供給電力によって起動し、その後、後述する第２の電源部１６１からの電力供給によってスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂを交互にオンオフする。なお、ドライバ１５５は、フォトカプラ１０９を介した制御部１０７からの制御信号に基づいて、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ動作を制御する。ドライバ１５５によってスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂがオンオフ制御されることによって共振型を代表とした各種コンバータに最適なスイッチング制御が行われ、入力側の整流回路１５１の出力電圧がコンバートされる。
【０００６】
スイッチングトランス１５９は、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ制御によってコンバートされた電力を伝送する。なお、スイッチングトランス１５９は、スイッチング電源部１０１の一次側と二次側を絶縁する機能も有する。スイッチングトランス１５９の一次側には、第２の電源部１６１が設けられている。第２の電源部１６１は、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ制御によってコンバートされた電圧をドライバ１５５に供給する。出力側の整流回路１６３は、スイッチングトランス１５９の出力電圧を整流する。出力側の整流回路１６３としては、例えばショットキーダイオードが用いられる。
【０００７】
デジタルアンプ部１０３は、入力された信号を増幅する。デジタルアンプ部１０３では、例えばアナログ・オーディオ信号がデジタルパルス信号に変換された後、それぞれ上下２段に構成されたスイッチング素子１７１ａ，１７１ｂ及びドライバ１７３ａ，１７３ｂを有する増幅回路がデジタルパルス信号を増幅し、ＬＣ回路で構成された復調回路１７５が当該増幅されたデジタルパルス信号をアナログ信号に復号する。なお、デジタルアンプ部１０３の増幅回路は、ブートストラップ回路１７７によって起動される。また、オーディオ信号は、アナログに限らずデジタルであっても良い。
【０００８】
電源トランス部１０５は、商用電源からの交流電圧を所望の直流電圧に変換する。電源トランス部１０５の出力電圧は、デジタルアンプ部１０３のドライバ１７３ａ及びブートストラップ回路１７７、並びに、制御部１０７に供給される。なお、電源トランス部１０５のコアには、例えば珪素鋼板が用いられる。また、電源トランス部１０５は、制御部１０７及びデジタルアンプ部１０３への電力供給をオンオフするためのスイッチ１０６を有する。ユーザがスイッチ１０６をオンすることによってデジタルアンプが起動する。さらに、電源トランス部１０５は、出力電圧を整流する整流回路１０８を有する。
【０００９】
制御部１０７は、例えば、ＣＰＵ又はＤＳＰであり、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５がスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂをオンオフ制御するための制御信号を出力する。フォトカプラ１０９は、制御部１０７からの制御信号をスイッチング電源部１０１のドライバ１５５に伝送する。なお、フォトカプラ１０９は、入力側と出力側を絶縁する機能も有する。
【００１０】
なお、スイッチングトランス１５９の二次側には、図４に示すように、第３の電源部１６５を設けても良い。第３の電源部１６５は、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ制御によってコンバートされた電圧を後述するデジタルアンプ部１０３のドライバ１７３ａ及びブートストラップ回路１７７に供給する。このため、電源トランス部１０５の出力電圧は、制御部１０７のみに供給される。
【００１１】
特許文献１には、スイッチング電源部及びデジタルアンプ部で必要な発振子を共用化することで、デジタルアンプのスイッチング周波数とＤＣＤＣコンバータのスイッチング周波数との関係に起因したビートノイズの低減に有効なデジタルアンプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−６０５８０号公報
【特許文献２】特開２００９−２０６６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図３に示したデジタルアンプでは、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５を駆動するための電源回路として、第１の電源部１５３、第２の電源部１６１及び電源トランス部１０５が必要である。これら３つの電源部を含む電源回路のサイズは大型化すると共に、コストも増加する。
【００１４】
本発明の目的は、回路サイズが小さい電源装置及びデジタルアンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の電源装置は、スイッチング部および所定電圧の電源供給によって動作して前記スイッチング部をオンオフする駆動部を有し、外部電源の交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源部と、前記外部電源の交流電力を直流電力に変換して出力する電源部と、前記スイッチング電源部の前記駆動部が前記スイッチング部を制御するための制御信号を出力する制御部と、前記電源部の出力電力及び前記制御信号を前記スイッチング電源部の前記駆動部に伝送すると共に、入力側と出力側を絶縁する伝送部と、を備えた構成を有している。
この構成により、電源装置を小型化できる。
【００１６】
また、本発明の電源装置において、前記スイッチング部は直列接続された２つのスイッチング部を有し、前記駆動部が該２つのスイッチング部を交互にオンオフする構成を有している。
この構成により、同じく電源装置を小型化できる。
【００１７】
また、本発明の電源装置において、前記伝送部は、前記電源部の出力電力に前記制御信号を重畳する信号重畳部を有し、前記信号重畳部によって前記制御信号が重畳された前記電源部の出力電力を伝送する構成を有している。
この構成により、伝送部を１箇所のみ絶縁するだけで良い。
【００１８】
また、本発明の電源装置において、前記伝送部は、前記制御信号に前記電源部の出力電力を重畳する信号重畳部を有し、前記信号重畳部によって前記電源部の出力電力が重畳された前記制御信号を伝送する構成を有している。
この構成により、伝送部を１箇所のみ絶縁するだけで良い。
【００１９】
また、本発明の電源装置において、前記伝送部は、前記電源部の出力電力を伝送する電力伝送部と、前記制御信号を伝送する信号伝送部と、を有する構成を有している。
この構成により、容易な技術で電源装置を構成できる。
【００２０】
本発明のデジタルアンプは、前記電源装置が備える前記スイッチング電源部から得られた直流電力を用いた信号増幅部と、を備えた構成を有している。
この構成により、デジタルアンプを小型化できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る電源装置及びデジタルアンプによれば、回路を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態の電源装置の構成を示す回路図
【図２】第２の実施形態の電源装置の構成を示す回路図
【図３】従来のデジタルアンプの構成を示す回路図
【図４】従来のデジタルアンプの他の構成を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のデジタルアンプの構成を示す回路図である。なお、図１では、図３と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図１に示すデジタルアンプは、スイッチング電源部２０１と、デジタルアンプ部１０３と、電源トランス部１０５と、制御部１０７と、トランス駆動部２０３と、パルストランス２０５とを備える。スイッチング電源部２０１は、入力側の整流回路１５１と、ドライバ１５５と、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂと、スイッチングトランス１５９と、出力側の整流回路１６３とを有する。なお、図１中の実線の矢印は電力供給の流れを示し、一点鎖線の矢印は制御信号の流れを示す。
【００２５】
本実施形態のデジタルアンプが図３に示したデジタルアンプと異なる点は、図３に示したデジタルアンプのスイッチング電源部１０１には設けられていた第１の電源部１５３及び第２の電源部１６１がスイッチング電源部２０１に設けられておらず、かつ、パルストランス２０５及びパルストランス２０５のためのトランス駆動部２０３が設けられていることである。以下、本実施形態のデジタルアンプが備える各構成要素について説明する。
【００２６】
スイッチング電源部２０１は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換してデジタルアンプ部１０３に供給する。以下、スイッチング電源部２０１を構成する各構成要素について説明する。入力側の整流回路１５１は、商用電源からの交流電圧を整流して直流電圧に変換する。スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂは、直列接続されたパワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴである。ドライバ１５５は、パルストランス２０５からの供給電力によって駆動し、かつ、パルストランス２０５を介してトランス駆動部２０３から送られた制御信号に応じてスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂを交互にオンオフする。なお、ドライバ１５５によってスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂがオンオフ制御されることによって共振型を代表とした各種コンバータに最適なスイッチング制御が行われ、入力側の整流回路１５１の出力電圧がコンバートされる。
【００２７】
スイッチングトランス１５９は、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ制御によってコンバートされた電力を伝送する。なお、スイッチングトランス１５９は、スイッチング電源部２０１の一次側と二次側を絶縁する機能も有する。出力側の整流回路１６３は、スイッチングトランス１５９の出力電圧を整流する。出力側の整流回路１６３としては、例えばショットキーダイオードが用いられる。
【００２８】
デジタルアンプ部１０３は、入力された信号を増幅する。デジタルアンプ部１０３では、例えばアナログ・オーディオ信号がデジタルパルス信号に変換された後、それぞれ上下２段に構成されたスイッチング素子１７１ａ，１７１ｂ及びドライバ１７３ａ，１７３ｂを有する増幅回路がデジタルパルス信号を増幅し、ＬＣ回路で構成された復調回路１７５が当該増幅されたデジタルパルス信号をアナログ信号に復号する。なお、デジタルアンプ部１０３の増幅回路は、ブートストラップ回路１７７によって起動される。また、オーディオ信号は、アナログに限らずデジタルであっても良い。
【００２９】
電源トランス部１０５は、商用電源からの交流電圧を所望の直流電圧に変換する。電源トランス部１０５の出力電圧は、デジタルアンプ部１０３のドライバ１７３ａ及びブートストラップ回路１７７、制御部１０７、並びに、トランス駆動部２０３に供給される。なお、電源トランス部１０５のコアには、例えば珪素鋼板が用いられる。また、電源トランス部１０５は、制御部１０７及びデジタルアンプ部１０３への電力供給をオンオフするためのスイッチ１０６を有する。ユーザがスイッチ１０６をオンすることによってデジタルアンプが起動する。さらに、電源トランス部１０５は、出力電圧を整流する整流回路１０８を有する。
【００３０】
制御部１０７は、例えば、ＣＰＵ又はＤＳＰであり、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５がスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂをオンオフ制御するための制御信号を出力する。なお、制御部１０７の機能をアナログ回路によって実現しても良い。
【００３１】
トランス駆動部２０３は、電源トランス部１０５からの供給電力を、パルストランス２０５を介してスイッチング電源部２０１のドライバ１５５に供給する。また、トランス駆動部２０３は、制御部１０７から出力された、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５がスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂをオンオフ制御するための制御信号に、ドライバ１５５へ供給する電力を重畳する。なお、トランス駆動部２０３は、ドライバ１５５へ供給する電力を制御信号に重畳しても良い。
【００３２】
パルストランス２０５は、トランス駆動部２０３を介した電源トランス部１０５からの供給電力及びトランス駆動部２０３からの制御信号を伝送する。また、パルストランス２０５は、一次側のトランス駆動部２０３、制御部１０７及び電源トランス部１０５と二次側のスイッチング電源部２０１を絶縁する機能も有する。
【００３３】
上記のように構成されたデジタルアンプについて以下動作を説明する。本発明のデジタルアンプは電源トランス部１０５のスイッチ１０６をオンにすると電源トランス部１０５から制御部１０７へ電源電圧が供給されることで、制御部１０７のＣＰＵ等が起動する。次にトランス駆動部２０３が制御部１０７からのスイッチング電源部２０１制御信号および電源トランス部１０５からの供給電力によりパルストランス２０５を駆動する。ドライバ１５５は、パルストランス２０５からのパルス信号(例えば１０〜１２Ｖｐ−ｐ)によってスイッチング素子１５７ａおよび１５７ｂを駆動する。スイッチング素子１５７ａおよび１５７ｂによって入力のパルス信号が整流回路１５１によって変換された直流電圧(例えばＤＣ１４０Ｖまたは２８０Ｖ)まで増幅され、スイッチングトランス１５９の出力側のタップ位置によって所望の電圧を得るとともに絶縁され、ショットキーダイオード等の整流回路１６３により整流後に、デジタルアンプ部１０３への電源として供給される。
【００３４】
一方、制御部１０７からはデジタルアンプ部１０３へもスイッチング素子１７１ａおよび１７１ｂを駆動するための制御信号もドライバ１７３ａおよび１７３ｂに供給される。この制御信号は図示しないオーディオ入力信号がデジタルのＰＷＭ信号へと変換された信号であり、図示しないスピーカより拡声空間へ拡声または放送がなされるものである。
【００３５】
また電源トランス部１０５からはデジタルアンプ部１０３のブートストラップ回路１７７およびドライバ１７３ａへも電源が供給され、ドライバ１７３ａおよび１７３ｂに供給される制御信号をスイッチング素子１７１ａおよび１７１ｂを駆動するための信号へと変換する。この変換された駆動信号によりスイッチング素子１７１ａおよび１７１ｂが駆動され、整流回路１６３の出力電圧まで制御信号が増幅され、復調回路１７５によりアナログのオーディオ信号へと変換され図示しないスピーカによって拡声される。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態のデジタルアンプでは、ドライバ１５５に必要とされる電力および制御信号を電源トランス部１０５又は制御部１０７からパルストランス２０５を経由して供給することにより、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５を駆動するための電源回路として、電源トランス部１０５があればよい。一方、図３に示したデジタルアンプでは、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５を駆動するための電源回路として、第１の電源部１５３、第２の電源部１６１及び電源トランス部１０５が必要であった。このように、本実施形態では、従来は必要であった第１の電源部１５３及び第２の電源部１６１をデジタルアンプが備える必要はないため、電源回路の構成要素の数を減らすことができる。その結果、電源回路のサイズを小型化でき、かつ、コストも抑えることができる。
【００３７】
また本発明のデジタルアンプでは電源トランス部１０５の２次側からスイッチング電源部２０１の１次側ドライバ１５５を制御することもできる。
【００３８】
さらに、図４に示したデジタルアンプでは、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５を駆動するための電源回路として、第１の電源部１５３、第２の電源部１６１及び電源トランス部１０５が必要であり、デジタルアンプ部１０３のドライバ１７３ａ，１７３ｂを駆動するための電源回路として、第３の電源部１６５及び電源トランス部１０５が必要であった。しかしながら、本実施形態では、ドライバ１７３ａおよび１７３ｂが必要とする電源も電源トランス部１０５から供給することにより、従来では必要であった第１の電源部１５３、第２の電源部１６１のみならず第３の電源部１６５までもデジタルアンプが備える必要はないため、電源回路の構成要素の数を減らすことができる。その結果、さらに電源回路のサイズを小型化でき、かつ、コストも抑えることができる。
【００３９】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態のデジタルアンプの構成を示す回路図である。図２に示すデジタルアンプは、スイッチング電源部２０１と、デジタルアンプ部１０３と、電源トランス部１０５と、制御部３０１と、フォトカプラ３０３と、パルストランス３０５とを備える。スイッチング電源部２０１、デジタルアンプ部１０３及び電源トランス部１０５は、第１の実施形態と同様の構成要素であるため説明を省略する。
【００４０】
制御部３０１は、例えば、ＣＰＵ又はＤＳＰであり、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５がスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂをオンオフ制御するための制御信号を出力する。なお、制御部３０１の機能をアナログ回路によって実現しても良い。フォトカプラ３０３は、制御部３０１からの制御信号をスイッチング電源部２０１のドライバ１５５に伝送する。なお、フォトカプラ３０３は、入力側と出力側を絶縁する機能も有する。パルストランス３０５は、電源トランス部１０５からの供給電力を伝送する。また、パルストランス３０５は、一次側の電源トランス部１０５と二次側のスイッチング電源部２０１を絶縁する機能も有する。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態のデジタルアンプでは、第１の実施形態と同様に、電源回路の構成要素の数を減らすことができる。その結果、電源回路のサイズを小型化でき、かつ、コストも抑えることができる。また、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５に供給する電力に制御信号を重畳する処理が必要ないため、より容易な技術でデジタルアンプを構成できる。
【００４２】
なお、上記説明した実施形態のデジタルアンプが備える電源トランス部１０５は、トランスを用いた電力変換を行っているが、スイッチング素子を用いた電源部であっても良い。また、スイッチング電源部２０１のスイッチング素子は２素子の例で説明したが、１素子であっても４素子であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る電源装置は、デジタルアンプ等で用いられる電力変換装置として有用である。
【符号の説明】
【００４４】
２０１  スイッチング電源部
１０３  デジタルアンプ部
１０５  電源トランス部
１０６  スイッチ
１０７，３０１  制御部
１０８  整流回路
２０３  トランス駆動部
２０５，３０５  パルストランス
３０３  フォトカプラ
１５１  入力側の整流回路
１５５  ドライバ
１５７ａ，１５７ｂ  スイッチング素子
１５９  スイッチングトランス
１６３  出力側の整流回路
【図１】
2011160538.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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