(57)【要約】  Ｄ級増幅器のようなスイッチング増幅器（２、３）を備え、さらに拡声器のような負荷（４）を備える装置（１）は、４つのそれぞれの状態で負荷（４）の両端間に４つのそれぞれの電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路（３）を制御するコントローラ（２）を備え、これらの４つの電圧信号は互いに異なっている。その結果として、負荷（４）で損失される高周波領域のスイッチング電力が低減される。全電力消費が低減され、このことにより、バッテリー１個当たりのより再生時間が長くなる。コントローラ（２）は、入力信号に依存して電圧信号をパルス幅変調するためにスイッチング回路（３）を制御し、さらに、スイッチング電力及び負荷（４）の損失及び全電力消費をさらに減少させ、バッテリー１個当たりの再生時間をさらに増すために、第５の状態で負荷（４）の両端間に第５の電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路（３）を制御する。
2008535433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング増幅器と負荷を備える装置であって、前記スイッチング増幅器は、第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの状態で前記負荷の両端間に第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路を制御するコントローラを備え、これらの第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号が互いに異なる装置。
【請求項２】
前記コントローラは、入力信号に依存して前記複数の電圧信号をパルス幅変調するために前記スイッチング回路を制御するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラは、第５の状態で第５の電圧信号を前記負荷の両端間に生じさせるために前記スイッチング回路を制御するように構成され、この第５の電圧信号が前記第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号と異なる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の電圧信号は正の第１の値を有し、前記第２の電圧信号は負の第１の値を有し、前記第３の電圧信号は正の第２の値を有し、前記第４の電圧信号は負の第２の値を有し、さらに前記第５の電圧信号は第３の値を有し、これらの第１及び第２及び第３の値が互いに異なる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記正及び負のそれぞれの第２の値は前記正及び負のそれぞれの第１の値の少なくとも２５％多くとも７５％であり、前記第３の値は前記正の第１の値の少なくとも−２５％多くとも２５％である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記スイッチング回路は、前記負荷の１つの側を３つのそれぞれの電圧端子に結合する３つのそれぞれのスイッチを備え、さらに、前記負荷の他の側を前記３つのそれぞれの電圧端子に結合する３つのそれぞれの他のスイッチを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記スイッチング増幅器はＤ級増幅器である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの状態で負荷の両端間に第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路を制御するコントローラを備えるスイッチング増幅器であって、これらの第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号が互いに異なるスイッチング増幅器。
【請求項９】
第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの状態で負荷の両端間に第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路を制御するコントローラを備えるスイッチング増幅器で使用するためのコントローラであって、これらの第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号が互いに異なるコントローラ。
【請求項１０】
第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの状態で負荷の両端間に第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路を制御するコントローラを備えるスイッチング増幅器で使用するためのスイッチング回路であって、これらの第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号が互いに異なるスイッチング回路。
【請求項１１】
第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの状態で負荷の両端間に第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路を制御するステップを備えるスイッチング増幅方法であって、これらの第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号が互いに異なるスイッチング増幅方法。
【請求項１２】
第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの状態で負荷の両端間に第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路を制御する機能を備えるスイッチング増幅プロセッサ・プログラム製品であって、これらの第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号が互いに異なるスイッチング増幅プロセッサ・プログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング増幅器及び負荷を備える装置に関し、また、スイッチング増幅器、スイッチング増幅器で使用するためのコントローラ、スイッチング増幅器で使用するためのスイッチング回路、スイッチング増幅方法及びスイッチング増幅プロセッサ・プログラム製品にも関する。
【０００２】
そのような装置の例は、移動電話及び他のオーディオ機器であり、そのようなスイッチング増幅器の例は、Ｄ級増幅器である。
【背景技術】
【０００３】
従来技術のスイッチング増幅器は、米国特許第６，２１１，７２８Ｂ１号から知られており、この特許は、４個のスイッチを制御する制御回路を備えるフィルタレス・スイッチング増幅器を開示している。第１のスイッチは、負荷の第１の側を供給電圧に結合し、第２のスイッチは負荷の第１の側を接地に結合し、第３のスイッチは負荷の第２の側を供給電圧に結合し、さらに第４のスイッチは負荷の第２の側を接地に結合する。第１の選択肢に従って、第１及び第４のスイッチを伝導性にすることによって、第１の電圧信号が負荷の両端間に生じる。第２の選択肢に従って、第２及び第３のスイッチを伝導性にすることによって、第２の電圧信号が負荷の両端間に生じ、この第２の電圧信号は反転された第１の電圧信号に等しい。第３の選択肢に従って、第１と第３のスイッチか第２と第４のスイッチかのどちらかを伝導性にすることによって、負荷は短絡される。
【０００４】
正入力信号の場合、パルス幅変調技術に従って（絶対値入力信号が小さくなる＝パルスが小さくなる＝第１の選択肢中に伝導時間間隔が短くなる及び第３の選択肢中に伝導時間間隔が長くなる；絶対値入力信号が大きくなる＝パルスが長くなる＝第１の選択肢中に伝導時間間隔が長くなる及び第３の選択肢中に伝導時間間隔が短くなる）、制御回路は、第３の選択肢から第１の選択肢に、及びその反対に切り換わる。負入力信号の場合、パルス幅変調技術に従って（絶対値入力信号が小さくなる＝パルスが短くなる＝第２の選択肢中に伝導時間間隔が短くなる及び第３の選択肢中に伝導時間間隔が長くなる；絶対値入力信号が大きくなる＝パルスが長くなる＝第２の選択肢中に伝導時間間隔が長くなる及び第３の選択肢中に伝導時間間隔が短くなる）、制御回路は、第３の選択肢から第２の選択肢に、及びその反対に切り換わる。
【０００５】
負荷両端間の電圧信号の平均値は増幅された入力信号に一致する。第１の選択肢から第２の選択肢に、及びその反対に切り換わるのに比べて、言い換えれば、第１及び第２の選択肢だけを使用するのに比べて、第３の選択肢の採用によって負荷の両側の直列インダクタと並列コンデンサの形態のフィルタを無くすることができるようになる。その理由は、高周波領域のスイッチング電力が低減されるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
知られている装置は、とりわけ、高周波領域でのスイッチング電力が依然として比較的大きいために不利である。この高周波領域でのスイッチング電力は、例えば拡声器のような負荷で損失され、この拡声器を損傷することがある。
【０００７】
本発明の目的は、とりわけ、スイッチング増幅器と負荷を備える装置を提供することであり、このスイッチング増幅器では、高周波領域のスイッチング電力が比較的小さい。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、とりわけ、スイッチング増幅器を提供し、さらに、スイッチング増幅器（と組み合わせて）で使用するためのコントローラ、スイッチング回路、スイッチング増幅方法及びスイッチング増幅プロセッサ・プログラム製品を提供することであり、このスイッチング増幅器では、高周波領域のスイッチング電力が比較的小さい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った装置は、スイッチング増幅器と負荷を備え、このスイッチング増幅器は、第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの状態で第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの電圧信号を負荷の両端間に生じさせるためにスイッチング回路を制御するコントローラを備え、これらの第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号は、互いに異なっている。
【００１０】
少なくとも４つの状態と、負荷両端間の少なくとも４つの異なる電圧信号（４以上の選択肢）とを採用することによって、３つの状態及び負荷の両端間の３つの異なる電圧信号（３つの選択肢だけ）だけを使用するのに比べて、高周波領域のスイッチング電力が低減される。これは次のようにして得られる。
【００１１】
従来技術の２選択肢の状況では、負荷両端間の電圧信号は、例えば、プラスの供給電圧値からマイナスの供給電圧値に、及びその反対に変化する。１ワット入力信号の場合、例えば５ワットのスイッチング電力が発生され、直列インダクタと並列コンデンサの形態のフィルタでフィルタ処理されることになる。従来技術の３選択肢の状況では、負荷の両端間の電圧信号は、例えばゼロの値からプラスの供給電圧値に、及びその反対に、又はゼロの値からマイナスの供給電圧値に、及びその反対に変化する。１ワット入力信号の場合、例えば１．５ワットのスイッチング電力が発生され、負荷で損失される。この理由は、スイッチングが行われている間に電圧振幅が低減されたことである。正入力信号の場合、第２の選択肢を使用することはもはや必要でなく、また負入力信号の場合、第１の選択肢を使用することはもはや必要でない。従って、少なくとも４つの状態と、負荷の両端間の少なくとも４つの異なる電圧信号とを採用するとき、電圧振幅はさらに低減され、スイッチング電力はさらに低減される。
【００１２】
本発明に従った装置は、とりわけ、全電力消費が低減される点でさらに有利であり、このことにより、バッテリー１個当たりの再生時間が長くなる。
【００１３】
本発明に従った装置の実施形態は、コントローラが、入力信号に依存して電圧信号をパルス幅変調するスイッチング回路を制御するように構成されていることによって特徴づけられる。パルス幅変調技術を使用すると、本発明に従った装置において十分に機能を果たす。
【００１４】
本発明に従った装置の実施形態は、コントローラが、第５の状態で負荷の両端間に第５の電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路を制御するように構成されることによって特徴づけられ、この第５の電圧信号は、第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号と異なっている。第５の状態と負荷の両端間の第５の電圧信号の採用は、スイッチング電力及び負荷の損失及び電力消費をさらに減少させ、バッテリー１個当たりの再生時間をさらに増す。
【００１５】
本発明に従った装置の実施形態は、第１の電圧信号が正の第１の値を有し、第２の電圧信号が負の第１の値を有し、第３の電圧信号が正の第２の値を有し、第４の電圧信号が負の第２の値を有し、さらに第５の電圧信号が第３の値を有することによって特徴づけられ、これらの第１及び第２及び第３の値は互いに異なっている。第５の状態は、例えば、短絡状態であり、そのとき、従来技術の第３の選択肢に相当する。
【００１６】
本発明に従った装置の実施形態は、正及び負のそれぞれの第２の値が正及び負のそれぞれの第１の値の少なくとも２５％多くとも７５％であり、第３の値が正の第１の値の少なくとも−２５％多くとも＋２５％であることによって特徴づけられる。負荷でのスイッチング電力損失を最小とするために、好ましくは、正及び負のそれぞれの第２の値は、正及び負のそれぞれの第１の値の約５０％であり、第３の値は約ゼロである。１ワットの入力信号の場合、例えば０．２ワットのスイッチング電力が発生され、負荷で損失される。１．０＋０．２＝１．２ワットのスイッチング増幅器の全電力消費は、１．０＋１．５＝２．５ワットのスイッチング増幅器の全電力消費を有する従来技術の３選択肢の状況に比べて、バッテリー１個当たり再生時間が２階を超える。
【００１７】
本発明に従った装置の実施形態は、スイッチング回路が、負荷の１つの側を３つのそれぞれの電圧端子に結合する３つのそれぞれのスイッチを備え、さらに負荷の他の側をそれらの３つのそれぞれの電圧端子に結合する３つのそれぞれの他のスイッチを備えることによって特徴づけられる。３つのスイッチは、例えば、正の第１の値を有する電圧信号を生じさせるために第１の供給電圧に結合される第１のスイッチ、正の第２の値を有する電圧信号を生じさせるために第２の供給電圧に結合される第２のスイッチ、及び第３の値を有する電圧信号を生じさせるために接地に結合される第３のスイッチを備える。３つの他のスイッチは、例えば、負の第１の値を有する電圧信号を生じさせるために第１の供給電圧に結合される他の第１のスイッチ、負の第２の値を有する電圧信号を生じさせるために第２の供給電圧に結合される他の第２のスイッチ、及び第３の値を有する電圧信号を生じさせるために接地に結合される他の第３のスイッチを備える。
【００１８】
本発明に従った装置の実施形態は、スイッチング増幅器がＤ級増幅器であることによって特徴づけられる。Ｄ級増幅器は、ＡＢ級増幅器のようなリニアな信号は再生しないが入力信号の振幅に比例したデューティ・サイクルを有するディジタル電力信号を再生する増幅器である。Ｄ級増幅器を使用すると、本発明に従った装置において十分に機能を果たす。
【００１９】
本発明に従ったスイッチング増幅器及び本発明に従ったコントローラ及び本発明に従ったスイッチング回路及び本発明に従ったスイッチング増幅方法及び本発明に従ったスイッチング増幅プロセッサ・プログラム製品の実施形態は、本発明に従った装置の実施形態に相応する。
【００２０】
本発明は、とりわけ、電圧振幅の減少がスイッチング電力を減少させるという洞察に基づき、さらに、負荷両端間に少なくとも４つの異なる電圧信号を生じさせるために少なくとも４つの異なる状態が使用されるべきであるという基本概念にとりわけ基づいている。
【００２１】
本発明は、とりわけ、スイッチング増幅器と負荷を備える装置を実現するために問題を解決し、このスイッチング増幅器では、高周波領域のスイッチング電力が比較的小さく、とりわけ全電力消費が低減される点でさらに有利であり、このことは、バッテリー１個当たりの再生時間が長くなる。
【００２２】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかになり、またその実施形態に関連して明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に示された従来技術の装置１００は、従来技術のスイッチング増幅器２００、３００及び負荷４を備える。従来技術のスイッチング増幅器２００、３００は、コントローラ２００及びスイッチング増幅器３００を備える。スイッチング増幅器３００は、４個のスイッチ３１〜３４を備える。スイッチ３１は、供給電圧１１と、負荷４の第１の側４１に結合されている。スイッチ３３は、接地１２と、負荷４の第１の側４１に結合されている。スイッチ３２は、供給電圧１１と、負荷４の第２の側４２に結合されている。スイッチ３４は、接地１２と、負荷４の第２の側４２に結合されている。全てのスイッチ３１〜３４はコントローラ２００で制御され、このコントローラ２００は、増幅される入力信号を受け取るための入力２１を備える。
【００２４】
図１に示された従来技術のスイッチング増幅器２００、３００の図２に示されたタイミング図及び周波数図は、従来技術のスイッチング増幅器２００、３００の性能を示す（上の曲線：ｘ軸：時間；ｙ軸：ボルト単位の大きさ；下の曲線：ｘ軸：周波数；ｙ軸：ｄＢ単位の信号の大きさ）。第１の選択肢に従ってスイッチ３１及び３４を伝導性にすることによって、電圧信号Ｕｏｐｔ１−４１−４２が負荷４の両端間に生じる。この電圧信号Ｕｏｐｔ１−４１−４２は、供給電圧１１の電圧値にほぼ等しい。第２の選択肢に従ってスイッチ３３及び３２を伝導性にすることによって、電圧信号Ｕｏｐｔ２−４１−４２が負荷４の両端間に生じる。この電圧信号Ｕｏｐｔ２−４１−４２は、反転された電圧信号Ｕｏｐｔ１−４１−４２に等しい。言い換えれば、Ｕｏｐｔ２−４１−４２＝−Ｕｏｐｔ１−４１−４２。第３の選択肢に従ってスイッチ３１及び３２かスイッチ３３及び３４かのどちらかを伝導性にすることによって、負荷４は短絡され、ゼロに等しい電圧信号Ｕｏｐｔ３−４１−４２が負荷４の両端間に生じる。言い換えれば、Ｕｏｐｔ３−４１−４２＝０ボルト。
【００２５】
正の入力信号の場合、パルス幅変調技術に従って（絶対値入力信号が小さくなる＝パルスが短くなる＝第１の選択肢中に伝導時間間隔が短くなる及び第３の選択肢中に伝導時間間隔が長くなる、絶対値入力信号が大きくなる＝パルスが長くなる＝第１の選択肢中に伝導時間間隔が長くなる及び第３の選択肢中に伝導時間間隔が短くなる）、コントローラ２００は、第３の選択肢から第１の選択肢に、及びその反対に切り換わる。負入力信号の場合、パルス幅変調技術に従って（絶対値入力信号が小さくなる＝パルスが短くなる＝第２の選択肢中に伝導時間間隔が短くなる及び第３の選択肢中に伝導時間間隔が長くなる；絶対値入力信号が大きくなる＝パルスが長くなる＝第２の選択肢中に伝導時間間隔が長くなる及び第３の選択肢中に伝導時間間隔が短くなる）、コントローラ２００は、第３の選択肢から第２の選択肢に、及びその反対に切り換わる。
【００２６】
負荷４の両端間の電圧信号の平均値は、増幅された入力信号に一致する。第１の選択肢から第２の選択肢に、及びその反対に切り換わるのに比べて、言い換えれば第１及び第２の選択肢だけを使用するのに比べて、第３の選択肢の採用は、負荷４の両側の直列インダクタと並列コンデンサの形態のフィルタを無くすることができるようにし、高周波領域でのスイッチング電力を減少させる。このことは、供給電圧１１の電圧値が４ボルトであり、かつ１ワットの入力信号が供給されると想定して、次の計算から得られることがあり得る。従来技術の２選択肢の状況では、負荷４の両端間の電圧信号は、例えば、プラス供給電圧値からマイナス供給電圧値に、及びその反対に変化する。そのとき、５ワットのスイッチング電力が発生、直列インダクタと並列コンデンサの形態のフィルタでフィルタ処理されることになる。そのとき、スイッチング増幅器２００、３００での全電力消費は、１＋５＝６ワットに等しい。従来技術の３選択肢の状況では、負荷４の両端間の電圧信号は、例えば、ゼロの値からプラス供給電圧値に、及びその反対に、又はゼロの値からマイナス供給電圧値に、及びその反対に変化する。そのとき、１．５ワットのスイッチング電力が生じ、負荷４で損失される。そのとき、スイッチング増幅器２００、３００での全電力消費は、１．０＋１．５＝２．５ワットに等しい。この理由は、電圧振幅が低減されたことである。正入力信号の場合には、第２の選択肢を使用することはもはや必要でなく、負入力信号の場合には、第１の選択肢を使用することはもはや必要でない。このことは、電力消費を減少させる。
【００２７】
従来技術の装置１００の高周波領域でのスイッチング電力は依然として比較的高い。この高周波領域のスイッチング電力は、例えば拡声器のような負荷４で損失され、この拡声器を損傷することがある。本発明に従って、この高周波領域のスイッチング電力は、以下のように、さらに低減される。
【００２８】
図３に示された本発明に従った装置１は、本発明に従ったスイッチング増幅器２、３及び負荷４を備える。本発明に従ったスイッチング増幅器２、３は、本発明に従ったコントローラ２及び本発明に従ったスイッチング増幅器３を備える。スイッチング増幅器３は、６個のスイッチ３１〜３６を備える。スイッチ３１は、供給電圧１１と、負荷４の第１の側４１に結合される。スイッチ３３は、接地１２と、負荷４の第１の側４１に結合される。スイッチ３５は、供給電圧１３と、負荷４の第１の側４１に結合される。スイッチ３２は、供給電圧１１と、負荷４の第２の側４２に結合される。スイッチ３４は、接地１２と、負荷４の第２の側４２に結合される。スイッチ３６は、供給電圧１３と、負荷４の第２の側４２に結合される。全てのスイッチ３１〜３６は、コントローラ２によって制御され、このコントローラ２は、増幅される入力信号を受け取るための入力２１を備える。
【００２９】
図３に示された本発明に従ったスイッチング増幅器２、３の図４に示されたタイミング図及び周波数図は、本発明に従ったスイッチング増幅器２、３の性能を示す（上の曲線：ｘ軸：時間；ｙ軸：ボルト単位の大きさ；下の曲線：ｘ軸：周波数；ｙ軸：ｄＢ単位の信号の大きさ）。第１及び第２及び第３及び第４及び第５のそれぞれの状態において、第１及び第２及び第３及び第４及び第５のそれぞれの電圧信号が負荷４の両端間に生じ、これらの第１及び第２及び第３及び第４及び第５の電圧信号は、互いに異なっている。図４に示されるように、第１の電圧信号は例えば４ボルトにほぼ等しく、第２の電圧信号は例えば−４ボルトにほぼ等しく、第３の電圧信号は例えば２ボルトにほぼ等しく、第４の電圧信号は例えば−２ボルトにほぼ等しく、そして、第５の電圧信号は例えば０ボルトにほぼ等しい。
【００３０】
再び、負荷４の両端間の電圧信号の平均値は、増幅された入力信号に一致する。従来技術の３選択肢の状況と比べて、高周波領域のスイッチング電力はさらに低減される。このことは、供給電圧１１の電圧値が４ボルトであり、供給電圧１３の電圧値が２ボルトであり、さらに１ワットの入力信号が供給されると想定して、以下の計算から得られることがあり得る。５状態の状況では、図４に示されるように、負荷４の両端間の電圧信号は、例えばプラス２ボルトから０ボルトに、及びその反対に、次に０ボルトからマイナス２ボルトに、及びその反対に、次にマイナス２ボルトからマイナス４ボルトに、及びその反対に、次にマイナス２ボルトから０ボルトに、及びその反対に、次に０ボルトからプラス２ボルトに、及びその反対に、次にプラス２ボルトからプラス４ボルトに、及びその反対に、などに変化する。この場合、ほんの０．２ワットのスイッチング電力が発生され、負荷４で損失される。そのとき、スイッチング増幅器２、３の全電力消費は、１．０＋０．２＝１．２ワットに等しい。この理由は、電圧振幅がさらに低減されたことである。
【００３１】
供給電圧１３の電圧値は、供給電圧１１の電圧値の少なくとも２５％多くても７５％であるべきである。接地１２の電圧値は、供給電圧１１の電圧値の少なくともマイナス２５％多くてもプラス２５％であるべきである。負荷４での最小スイッチング電力損失を得るために、好ましくは（最小電力消費）、供給電圧１３の電圧値は、供給電圧１１の電圧値の約５０％であり、接地１２の電圧値は約ゼロである。
【００３２】
好ましくは、ただし限定ではないが、スイッチング増幅器２、３はＤ級増幅器であり、コントローラ２は、入力信号に依存して負荷４の両端間の電圧信号をパルス幅変調するためにスイッチング回路３を制御するように構成されている。本発明に従った装置１は、とりわけ全電力消費が低減される点で、さらに有利であり、このことにより、バッテリー１個当たりの再生時間が長くなる。
【００３３】
もちろん、少なくとも４つの状態と負荷４の両端間の少なくとも４つの異なる電圧信号とを採用するとき、従来技術の３選択肢の状況に比べて電圧振幅は既に低減され、それでスイッチング電力が既に低減されている。その場合、ａ）供給電圧１１の値、ｂ）この値のプラス３３％、ｃ）この値のマイナス３３％、及びｄ）マイナスのこの値を負荷４の両端間に生じさせるために、供給電圧１３の電圧値は、供給電圧１１の電圧値の例えば３３％のような例えば２５％から４０％であるかもしれない。さらに、一方ではそれぞれのスイッチ３１及び３５が、及び他方ではそれぞれのスイッチ３２及び３６がそれぞれの同じ供給電圧１１及び１３に結合されるが、互いに異なる供給電圧が採用されてもよい。これは、コントローラ２が、第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの状態で、負荷４の両端間に第１及び第２及び第３及び第４のそれぞれの電圧信号を生じさせるためにスイッチング回路３を制御することができ、これらの第１及び第２及び第３及び第４の電圧信号は互いに異なるという条件の下である。それによって、スイッチング増幅器２、３は、隣り合った電圧信号を生じさせる各対の状態を切り換えるように構成される。
【００３４】
図５に示される本発明に従ったコントローラ２の可能な実施形態は、差動入力信号（同じ絶対値、異なる符号）を受け取る入力２１及び２２を備える。入力２１は、抵抗器２３を介して増幅器２９の反転入力に結合され、入力２２は、抵抗器２４を介して増幅器２９の非反転入力に結合される。この増幅器２９は、さらに、入力信号を共通モード電圧５６に集めるためにこの共通モード電圧５６を受け取る。増幅器２９の反転入力は、さらに、抵抗器２５を介して負荷４の第１の側４１に、またコンデンサ２７を介して増幅器２９の非反転出力に結合され、増幅器２９の非反転入力は、さらに、抵抗器２６を介して負荷４の第２の側４２に、またコンデンサ２８を介して増幅器２９の反転出力に結合される。
【００３５】
出力信号５４が、増幅器２９の非反転出力に存在し、比較器４１及び４２の非反転入力に供給される。出力信号５５が、増幅器２９の反転出力に存在し、比較器４３及び４４の非反転入力に供給される。比較器４１の反転入力はのこぎり波信号５２を受け取り、比較器４３の反転入力はのこぎり波信号５３を受け取り、さらに、比較器４２及び４４の反転入力はのこぎり波信号５１を受け取る。信号５１〜５５は、図６に示されている（ｘ軸：時間、ｙ軸：ボルト単位の大きさ）。
【００３６】
比較器４１の出力は、レベル・シフタ及びバッファを通して、スイッチング回路３の例えばトランジスタのようなスイッチ３１を制御し、さらにインバータ４５を介してＡＮＤゲート４６の入力に結合され、さらにＮＯＲゲート４７の入力に結合される。このＡＮＤゲート４６の出力は、スイッチング回路３の例えばトランジスタのようなスイッチ３５を制御する。増幅器４２の出力は、ＡＮＤゲート４６の他の入力及びＮＯＲゲート４７の他の入力に結合される。このＮＯＲゲート４７の出力は、レベル・シフタ及びバッファを通して、スイッチング回路３の例えばトランジスタのようなスイッチ３３を制御する。比較器４４の出力は、レベル・シフタ及びバッファを通して、スイッチング回路３の例えばトランジスタのようなスイッチ３２を制御し、さらにインバータ４９を介してＡＮＤゲート５０の入力に結合され、さらにＮＯＲゲート４８の入力に結合される。ＡＮＤゲート５０の出力は、レベル・シフタ及びバッファを通して、スイッチング回路３の例えばトランジスタのようなスイッチ３６を制御する。比較器４３の出力は、ＡＮＤゲート５０の他の入力及びＮＯＲゲート４８の他の入力に結合される。このＮＯＲゲート４８の出力は、レベル・シフタ及びバッファを通して、スイッチング回路３の例えばトランジスタのようなスイッチ３４を制御する。
【００３７】
出力信号は差動出力信号である。この出力信号は、抵抗器２５及び２６を通して感知され、逆の極性を有する差動入力信号から引かれる。そのため、出力信号は同極性を有する差動入力信号に加えられる。入力信号と出力信号の組合せである誤差信号は低域通過フィルタによって平均され、ここで、能動一次ＲＣ積分器が増幅器２９及びコンデンサ２７及び２８を中心にして作られている。これによって、出力パルス幅変調信号の効果を平均し、この出力パルス幅変調信号から必要なオーディオ信号を引き出すことができるようになる。言い換えれば、積分器の出力は誤差信号であるが対象となる帯域内（オーディオ帯域）にある。
【００３８】
より一般的には、差動入力２１及び２２と差動出力４１及び４２の間に存在し抵抗器２５及び２６を備えるアナログ・ループがあり、さらに、この間に存在し増幅器２９及び比較器４１〜４４及び回路４５〜５０及びスイッチ３１〜３６を備えるディジタル・ループがある。両方のループの多くの代替え物が採用されてもよい。
【００３９】
以下で説明されるように、差動積分器の出力は、３つの内部信号５２（上向きのこぎり波）、５１（のこぎり波）及び５３（下向きのこぎり波）の組と比較される。比較の結果は、組み合わされ、スイッチ３１〜３６を駆動するために使用される。スイッチ駆動回路は、基本的なスイッチ駆動回路であり、レベル・シフタ及び高速ゲート駆動回路を備える。スイッチは、通常、ＮＭＯＳ及びＰＭＯＳである。駆動信号が逆の極性でなければならないＰＭＯＳの場合には、さらなるインバータが駆動経路に挿入されなければならない。
【００４０】
スイッチ３１〜３６は、負荷の側４１及び４２を供給電圧１１又は１３か接地１２かのどちらかに接続する。信号５１、５２及び５３は、内部で生成される３つののこぎり波である。Ｔｐｗｍの出力切換え周期では、これらののこぎり波の周期は、２＊Ｔｐｗｍである。３つののこぎり波全ては、同じ周波数を有し、かつ互いに合わされる必要のない一定位相を有している。図６に、これらののこぎり波のタイミング図が、積分器の出力と共にプロットされている。これらの出力は、平均されたパルス幅変調信号を示す（しかし、積分器が全てのスイッチング電力を除去することができなかったので、小さなリップルがあるが、これは、より高度なフィルタ及び／又は積分器を使用することによって容易に改善できる）。
【００４１】
現代の移動電話は大きな出力パワーでのステレオ・オーディオの応用を特徴とするので、本発明は市場の全ての電話器で使用される可能性がある。この発明は、せいぜい１つのコイル（例えばＤＣＤＣ変換器によって供給電圧１１から供給電圧１３を得るため）の費用で、どんな拡声器とも動作し、従来技術の増幅器に比べて消費が２倍少なく、さらに競合品のフィルタ無しＤ級に比べて拡声器での損失が６倍すくないオーディオ増幅器をユーザに提供する。
【００４２】
留意されるべきことであるが、上述の実施形態は、本発明を制限するのではなく例示し、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替えの実施形態を設計することができるだろう。特許請求の範囲では、括弧の間に置かれたどんな参照符号も請求項を制限するものと解釈されるべきでない。動詞「備える」及びそれの活用の使用は、請求項に陳述されたもの以外の要素及びステップの存在を排除しない。要素に先行する冠詞「１つの」は、複数のそのような要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの別個の要素を備えるハードウエアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実現されてもよい。いくつの手段を列挙する装置請求項では、これらの手段のいくつかは、同一のハードウエア部材によって具体化されてもよい。ある特定の対策が互いに異なる従属請求項で具陳されるという単なる事実は、これらの対策の組合せが有利に使用されるはずがないことを示さない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来技術のスイッチング増幅器を備える従来技術の装置を概略的に示す図である。
【図２】従来技術のスイッチング増幅器のタイミング図及び周波数図を示す図である。
【図３】本発明に従ったスイッチング増幅器を備える本発明に従った装置を概略的に示す図である。
【図４】本発明に従ったスイッチング増幅器のタイミング図及び周波数図を示す図である。
【図５】本発明に従ったスイッチング増幅器で使用するための本発明に従ったコントローラ及び本発明に従ったスイッチング回路をより詳細に示す図である。
【図６】本発明に従ったコントローラのタイミング図を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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