(57)【要約】  適応ｄＶ／ｄｔコントローラを備えるＤ級可聴周波増幅器用ゲート駆動回路が提供される。回路は、出力スイッチング段と、出力スイッチング段を可変ｄＶ／ｄｔを用いて駆動できるゲートドライバと、ゲートドライバの動作モードを設定するモード制御回路とを含み、動作モードは複数の動作モードから選択され、ゲートドライバのｄＶ／ｄｔを変化させ、電力出力レベルに応答し、そして発生する電磁妨害（ＥＭＩ）とスイッチング段の効率との間に平衡点を与える。【選択図】      図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
適応ｄＶ／ｄｔコントローラを備えるＤ級可聴周波増幅器用ゲート駆動回路であって、
出力スイッチング段と、
前記出力スイッチング段を可変ｄＶ／ｄｔを用いて駆動できるゲートドライバと、
前記ゲートドライバの動作モードを設定するモード制御回路と、
を含み、前記動作モードは複数の動作モードから選択され、前記ゲートドライバの前記ｄＶ／ｄｔを変化させ、電力出力レベルに応答して、発生する電磁妨害（ＥＭＩ）と前記スイッチング段の効率との間に平衡点を与えるようになっている回路。
【請求項２】
複数の動作モードが、入力からゲートドライバに入る平均出力電力レベルを推定することによって決定されるようになっている請求項１に記載の回路。
【請求項３】
複数の動作モードが、スイッチング段とフィルタとの間のポイント、または前記フィルタと負荷との間のポイントにおけるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号の出力電圧、出力電流、ボルト・秒の１つから出力電力レベルを計算することによって決定されるようになっている請求項１に記載の回路。
【請求項４】
モード制御回路が、入力においてパルス幅変調（ＰＷＭ）のデューティサイクルを検出し、かつ入力デューティサイクルの二乗（入力デューティサイクルの二乗は負荷に入る出力電力レベルを表わす）を積分することにより、平均出力電力レベルを得ることによって平均出力電力レベルを推定するようになっている請求項２に記載の回路。
【請求項５】
平均出力電力レベルが所定の閾値を超える場合には、ゲートドライバの電力出力レベルが、小さいｄＶ／ｄｔから大きいｄＶ／ｄｔへ切り換えられるようになっている請求項４に記載の回路。
【請求項６】
所定の閾値が定格電力レベルの１２．５％超に設定され、ゲートドライバが小さいｄＶ／ｄｔで動作し、定格電力の１２．５％は、最大平均出力電力であるとみなされる請求項４に記載の回路。
【請求項７】
ゲートを駆動する様々な設定が、ゲートドライバの出力インピーダンスおよび出力電圧の少なくとも１つを変化させ、かつ電流リミッタを前記ゲートドライバの出力に結合することによって、導き出されるようになっている請求項１に記載の回路。
【請求項８】
モード制御回路は、スイッチング段の２つの直列接続されたスイッチのオン時間の間の不動作時間を制御するようになっている請求項１に記載の回路。
【請求項９】
スイッチング段が２つの直列接続されたスイッチを含む請求項１に記載の回路。
【請求項１０】
適応ｄＶ／ｄｔコントローラを備えるＤ級可聴周波増幅器用ゲート駆動回路を動作させる方法であって、
出力スイッチング段を可変ｄＶ／ｄｔを用いて駆動できるゲートドライバの電力出力レベルを決定する工程と、
発生する電磁妨害（ＥＭＩ）と前記スイッチング段の効率との間に平衡点を与える前記電力出力レベルに対応する動作モードを選択する工程と、
前記動作モード、従って前記ゲートドライバの前記ｄＶ／ｄｔを設定する工程
とを含む方法。
【請求項１１】
平均出力電力レベルが所定の閾値を超える場合には、ゲートドライバの電力出力レベルが、小さいｄＶ／ｄｔから大きいｄＶ／ｄｔへ切り換えられるようになっている請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、「適応ｄＶ／ｄｔコントローラを備えるＤ級可聴周波増幅器用ゲートドライバ」という発明の名称の２００５年４月５日に提出の米国仮特許願第６０／６６８６５６号に関連するものである。
【０００２】
本発明は、Ｄ級増幅器、より詳細にはＤ級増幅器における適応ｄＶ／ｄｔコントローラの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
電力効率の良いＤ級増幅器、例えば図１に示す増幅器１０は、入力波形を、連続パルス幅変調（ＰＷＭ）アナログ信号に変換し、パルス周波数よりはるかに低い帯域幅を有する信号が生成される。Ｄ級増幅器の出力は、不要のスペクトル成分、すなわち受動ＬＣフィルタ１８によって除去する必要があるパルス周波数、およびその高調波を含んでいる。その結果として生じる濾波された信号は、入力の増幅されたレプリカである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、図１に示すように、電力トランジスタ１４、１６のスイッチング段１２は、効率とその通常動作の副生成物として放出される電磁妨害（ＥＭＩ）との間のトレードオフを必要とする。ＥＭＩによって不要の信号（妨害または雑音）が回路に含まれる。より大きいｄＶ／ｄｔは、スイッチング段１２がより良い効率を得るために必要である。しかしながら、その急な過渡アーティファクトのために、より大きい経時的電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）は、ＥＭＩ雑音の原因となり得る。
【０００５】
平均出力電力が、そのピーク値よりも著しく小さいことは、Ｄ級可聴周波応用における可聴周波信号の性状である。増幅器が、より低い出力電力レベルのより小さいＥＭＩ雑音放出、およびより大きい出力電力レベルのより高い効率を有する場合には、これらの２つの相いれない設計結果は両立できる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、入力デューティサイクルに応じ、スイッチングノードにおいて、ｄＶ／ｄｔを制御するために、ゲートドライバビリティを変化させることを可能にすることが、本発明の目的である。
【０００７】
本発明は、適応ｄＶ／ｄｔコントローラを備えるＤ級可聴周波増幅器用ゲート駆動回路を提供する。回路は、出力スイッチング段と、出力スイッチング段を可変ｄＶ／ｄｔを用いて駆動できるゲートドライバと、ゲートドライバの動作モードを設定するモード制御回路とを含み、動作モードは、複数の動作モードから選択され、ゲートドライバのｄＶ／ｄｔを変化させ、電力出力レベルに応答し、発生する電磁妨害（ＥＭＩ）とスイッチング段の効率との間に平衡点を与える。
【０００８】
本発明の一実施形態では、ゲートドライバは、２つの動作モードを有する。１つは、大きいｄＶ／ｄｔに対するものであり、他は、小さいｄＶ／ｄｔに対するものであり、ＥＭＩを減らし、妥協して効率の低下を生じる。ゲートドライバは、推定出力電力レベルに応じて、そのモードを変化させる。ゲートドライバは、入力デューティサイクルからの電力を計算することによって、負荷への出力電力の平均を推定する。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点について、添付図面に基づく本発明の次の説明により明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、本発明のゲートドライバ２２を示す。ゲートドライバ２２は２つの異なる動作モードを含む。第１モードは、大きい経時的電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）に対するものであり、第２モードは、より小さいｄＶ／ｄｔに対するものであり、電磁妨害（ＥＭＩ）を減らし、効率が低下する。ゲートドライバ２２は、推定または計算された出力電力レベルに応じて、そのモードを変化させるように設計されている。
【００１１】
出力電力の推定
図２Ａの本発明のゲートドライバ２２は、入力２８のデューティサイクル３０からの電力を計算することによって、負荷への平均出力電力レベル３２を推定する機能を実行可能にするモード制御回路２４を含む。平均出力電力レベル３２は、入力デューティサイクルの二乗、すなわち、（０．５−デューティサイクル）2を積分することによって得ることが可能であり、これは、抵抗性負荷（図示せず）に入る出力電力レベルを表わす。平均出力電力レベル３２が、或る所定レベルを超える場合には、ゲートドライバ２２は、モードを小さいｄＶ／ｄｔから、大きいｄＶ／ｄｔへ変化させる。
【００１２】
ゲートドライバが小さいｄＶ／ｄｔで、ほとんどの時間動作することが可能であるように、平均出力電力レベルの適切な閾値を、定格電力レベルの１２．５％超に設定できる。定格電力の１２．５％は、可聴周波信号出力がクリッピングされない最大平均出力電力であるとみなされる。電圧を増幅器の限界を超えて増大させる試みが行われる場合に、クリッピングは発生する。
【００１３】
損失および熱発生に関して、Ｄ級段の最も厳しいＥＭＩ状態は、定格電力レベルにおいて生じる。ゲートドライバ２２は、それらの状態で、ＥＭＩ雑音と妥協して高効率の大きいｄＶ／ｄｔモードで動作する。しかしながら、これは実際の使用では極めてまれである。
【００１４】
出力電力の計算
同様に、図２Ｂに示すＬＣフィルタ１８の前の、または図２Ｃに示すＬＣフィルタ１８の後のスイッチング段１２の出力における電圧、電流、およびボルト・秒のいずれかから電力を計算することによって、負荷への平均出力電力レベル３２を計算できる。
【００１５】
図３は、モードコントローラ回路２４のブロック図を示す。平均計算ユニット４０は、ＰＷＭ入力２８を受信し、平均について、十分に長い期間にわたってデューティサイクル３０を検出する。平均４２は、平均４２を基準レベル保持ブロック５０に維持される所定レベル４８と比較する比較器４６に送られる。平均４２が所定レベル４８よりも大きい場合には、モードはＨＩＧＨに設定され、さもなければそれはＬＯＷに設定される。
【００１６】
図４Ａの回路において、出力電力は、例えば式「電力＝｜デューティ角―０．５｜2」を用いて、回路４０Ａによって推定される。積分器ストップ４０Ｂは平均時間を決定するために使用される。平均は、比較器４６において閾値と比較される。閾値未満である場合には、ドライバＨOおよびＬOは、小さいｄＶ／ｄｔ、より低い効率のモードで維持される。閾値を超える場合には、ドライバＨOおよびＬOは高効率、大きいｄＶ／ｄｔモードに設定される。
【００１７】
また、不動作時間回路４５は、不動作時間を比較器４６の出力に応じて調整する。これは、高電力において、不動作時間が図４Ｄに示すようなより大きい値に設定されるように行われる。図４Ｂは、デューティ検出回路関数を示し、図４Ｃは、全高調波ひずみ（ＴＨＤ）を電力の関数として示す。
【００１８】
本発明の回路は、より短い可変不動作時間に関して、小さい電力レベルで小さいフルおよび小さいＴＨＤを与えるが、大きい電力レベルで、より高い効率を与える。
【００１９】
本発明がその特定の実施形態に関して説明されたけれども、多くの他の変形例と変更態様、および他の用途は、当業者には明らかである。従って本発明は、本明細書の特定の開示によって限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ハーフブリッジトポロジーを有するＤ級増幅器の回路図である。
【図２Ａ】本発明のモード制御の種々の実施形態を示すＤ級増幅器の回路図である。
【図２Ｂ】本発明のモード制御の種々の実施形態を示すＤ級増幅器の回路図である。
【図２Ｃ】本発明のモード制御の種々の実施形態を示すＤ級増幅器の回路図である。
【図３】本発明のＤ級増幅器のモード制御論理のブロック図である。
【図４Ａ】本発明のモード制御論理を含むゲートドライバの実施形態を示す。
【図４Ｂ】図４Ａに対応するデューティ検出のグラフを示す。
【図４Ｃ】図４Ａに対応するＴＨＤのグラフを示す。
【図４Ｄ】図４Ａに対応する不動作時間のグラフを示す。
【符号の説明】
【００２１】
１０  増幅器
１２  スイッチング段
１４  電力トランジスタ
１６  電力トランジスタ
１８  ＬＣフィルタ
２２  ゲートドライバ
２４  モード制御回路
２８  入力
３０  デューティサイクル
３２  平均出力電力レベル
４０  平均計算ユニット
４０Ａ  回路
４２  平均
４５  不動作時間回路
４６  比較器
４８  所定レベル
５０  基準レベル保持ブロック
４０Ｂ  積分器ストップ
ＨO  ドライバ
ＬO  ドライバ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2008535443.tif 000008
【図４Ｂ】
2008535443.tif 000009
【図４Ｃ】
2008535443.tif 000010
【図４Ｄ】
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【国際調査報告】
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