(57)【要約】【課題】発振回路を有するＤ級アンプの出力信号が異常波形になることを防止することである。【解決手段】リミッタ装置としてのリミッタ回路１００は、供給電圧をクリップして電源電圧として出力する電源電圧調整手段としての抵抗２，３，８，９、ツェナーダイオード４，１０、トランジスタ１，７と、前記電源電圧を限度として入力信号を増幅する増幅手段としてのオペアンプ１７、抵抗１８，１９と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給電圧をクリップして電源電圧として出力する電源電圧調整手段と、
前記電源電圧を限度として入力信号を増幅する増幅手段と、を備えることを特徴とするリミッタ装置。
【請求項２】
前記電源電圧調整手段は、
正の供給電圧が正の定格電圧以上又は負の供給電圧が負の定格電圧以下の場合に、当該供給電圧を所定量クリップした電圧に制限する電圧制限手段と、
正の供給電圧が正の定格電圧より小さい又は負の供給電圧が負の定格電圧より大きい場合に、前記供給電圧を分圧する分圧手段と、
前記制限された電圧及び前記分圧された電圧に応じて前記供給電圧を前記電源電圧に変換する電源電圧変換手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のリミッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リミッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音声等の入力信号を矩形波に変換するＰＷＭ方式のＤ級アンプとして、３つの方式のものが実施されていた。第１の方式のＤ級アンプは、入力信号と三角波とを比較してＰＷＭ波形を生成して出力する他励式のＤ級アンプである（例えば、特許文献１参照）。第２の方式のＤ級アンプは、正帰還によりアンプ自体を発振させる回路構成を有し、その回路に入力信号を入力する自励式のＤ級アンプである（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
第３の方式のＤ級アンプは、第２の方式のＤ級アンプの正帰還ループ内に発振回路を備え、アンプ全体で発振する、発振回路を有する自励式のＤ級アンプである。図５を参照して、第３の方式の発振回路を有するＤ級アンプ２００を説明する。図５に、発振回路を有するＤ級アンプ２００の構成を示す。
【０００４】
図５に示すように、Ｄ級アンプ２００は、オペアンプ３１と、抵抗３２，３３と、電解コンデンサ３４と、発振回路３５と、デッドタイム部３６と、ドライバ部３７と、出力ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）部３８と、抵抗３９と、コンデンサ４０と、抵抗４１と、ＬＣフィルタＡと、を備えて構成される。ＬＣフィルタＡは、コイル４２と、コンデンサ４３と、を備えて構成される。
【０００５】
オペアンプ３１は、非反転入力（＋）が入力信号の入力端に接続され、出力が抵抗３２を介して反転入力（−）に接続される。また、オペアンプ３１は、反転入力が抵抗３３及び電解コンデンサ３４を介して接地される。オペアンプ３１、抵抗３３及び電解コンデンサ３４により、反転増幅回路が構成されている。
【０００６】
発振回路３５は、オペアンプ３１の出力を発振して出力する。発振回路３５により、Ｄ級アンプ２００が安定して発振する。デッドタイム部３６は、発振回路３５の出力信号に、出力ＭＯＳＦＥＴ部３８のＭＯＳＦＥＴ対が同時オンしないためのデッドタイムを付加して出力する。
【０００７】
ドライバ部３７は、出力ＭＯＳＦＥＴ部３８のＭＯＳＦＥＴ対のゲート−ソース間の電位差のレベルシフトを行い、またバッファとしての機能を有する。よって、ドライバ部３７は、デッドタイム部３６の出力信号をレベルシフトして出力する。
【０００８】
出力ＭＯＳＦＥＴ部３８は、例えば一端のドレイン及びソースが接続されたＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ対を有し、各ＭＯＳＦＥＴの他端のドレイン、ソースが供給電圧±Ｂ［Ｖ］の電圧線に接続され、入力信号を矩形の出力信号に変換する。出力ＭＯＳＦＥＴ部３８の出力は、抵抗３９，４１を介してオペアンプ３１の反転入力に帰還される。また、抵抗３９，４１の間のノードがコンデンサ４０を介して接地される。また、出力ＭＯＳＦＥＴ部３８から出力された矩形波の出力信号は、抵抗３９、コンデンサ４０、抵抗４１により、高周波成分が除去されて滑らかな波形に変換されてオペアンプ３１の反転入力に帰還される。
【０００９】
コイル４２は、一端が出力ＭＯＳＦＥＴ部３８に接続されるとともに、他端がＤ級アンプ２００の出力に接続されるとともに、コンデンサ４３を介して接地される。ＬＣフィルタＡは、入力される信号のＤＵＴＹ比を平均化する。出力ＭＯＳＦＥＴ部３８から出力された矩形波の出力信号は、ＬＣフィルタＡを介して、高調波成分が除去されて滑らかな波形に変換されて出力される。
【００１０】
このような、発振回路を有するＤ級アンプ２００は、第１の方式のＤ級アンプに比べて、帰還量を大きくできるというメリットがある。第１の方式のＤ級アンプで帰還量を大きくすると発振が発生してしまう。また、発振回路を有するＤ級アンプ２００は、第２の方式のＤ級アンプに比べて、発振の信頼性があるというメリットがある。第２の方式のＤ級アンプでは、温度等の環境条件により発振が継続できないおそれがあった。
【特許文献１】特開２００５−３２２９５８号公報
【特許文献２】特開２００３−１１５７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、発振回路を有するＤ級アンプ２００においては、入力信号のレベルが供給電圧±Ｂ［Ｖ］に達しようとすると、出力信号がＬＣフィルタＡで共振する。このため、Ｄ級アンプ２００の出力信号が図４の実線で示すような高調波成分が現れる異常波形となっていた。
【００１２】
出力信号に異常発振が発生すると、その出力信号をスピーカに入力した場合に、異常な音が出るおそれがあり、そのスピーカの破壊に至る可能性もあった。
【００１３】
本発明の課題は、発振回路を有するＤ級アンプの出力信号が異常波形になることを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明のリミッタ装置は、
供給電圧をクリップして電源電圧として出力する電源電圧調整手段と、
前記電源電圧を限度として入力信号を増幅する増幅手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリミッタ装置において、
前記電源電圧調整手段は、
正の供給電圧が正の定格電圧以上又は負の供給電圧が負の定格電圧以下の場合に、当該供給電圧を所定量クリップした電圧に制限する電圧制限手段と、
正の供給電圧が正の定格電圧より小さい又は負の供給電圧が負の定格電圧より大きい場合に、前記供給電圧を分圧する分圧手段と、
前記制限された電圧及び前記分圧された電圧に応じて前記供給電圧を前記電源電圧に変換する電源電圧変換手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発振回路を有するＤ級アンプの出力信号が異常波形になることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１８】
図１〜図４を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図１及び図２を参照して、本実施の形態のリミッタ回路１００の装置構成を説明する。図１に、本実施の形態のリミッタ回路１００及びＤ級アンプ２００の構成を示す。図２に、リミッタ回路１００の内部構成を示す。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態のリミッタ回路１００は、発振回路を有するＤ級アンプ２００と接続される。リミッタ回路１００は、音声の入力信号が入力され、定格電圧±ＢでクリップしてＤ級アンプ２００に出力する。Ｄ級アンプ２００は、リミッタ回路１００から入力された信号をＰＷＭ変換して、スピーカに出力する。なお、Ｄ級アンプ２００の内部構成は、〔背景技術〕で述べた説明との重複を避けるため、リミッタ回路１００を主として説明する。
【００２０】
図２に示すように、リミッタ装置としてのリミッタ回路１００は、電源電圧変換手段としてのトランジスタ１と、分圧手段としての抵抗２，３と、電圧制限手段としてのツェナーダイオード４と、コンデンサ５，６と、電源電圧変換手段としてのトランジスタ７と、第１の分圧手段としての抵抗８，９と、電圧制限手段としてのツェナーダイオード１０と、コンデンサ１１，１２と、抵抗１３と、電解コンデンサ１４と、抵抗１５，１６と、増幅手段としてのオペアンプ１７、抵抗１８，１９と、抵抗２０，２１と、を備えて構成される。
【００２１】
トランジスタ１は、ＮＰＮ型のトランジスタである。トランジスタ１のコレクタは、供給電圧＋Ｂの電圧線と、抵抗２の一端とに接続される。トランジスタ１のベースは、抵抗２の他端に接続される。また、トランジスタ１のベースは、抵抗３、ツェナーダイオード４、コンデンサ５のそれぞれを並行に介して接地される。トランジスタ１のエミッタは、コンデンサ６を介して接地されるとともに、オペアンプ１７の正電源に接続される。
【００２２】
トランジスタ７は、ＰＮＰ型のトランジスタである。トランジスタ７のコレクタは、供給電圧−Ｂの電圧線と、抵抗８の一端とに接続される。トランジスタ７のベースは、抵抗８の他端に接続される。また、トランジスタ７のベースは、抵抗９、ツェナーダイオード１０、コンデンサ１１のそれぞれを並行に介して接地される。トランジスタ７のエミッタは、コンデンサ１２を介して接地されるとともに、オペアンプ１７の負電源に接続される。
【００２３】
また、音声の入力信号の入力端は、抵抗１３を介して接地されるともに、電解コンデンサ１４の一端に接続される。電解コンデンサ１４の他端は、抵抗１５を介して接地されるともに、抵抗１６の一端に接続される。抵抗１６の他端は、オペアンプ１７の非反転入力（＋）に接続される。オペアンプ１７の出力は、抵抗１８を介してオペアンプ１７の反転入力（−）に帰還される。オペアンプ１７の反転入力は、抵抗１９を介して接地される。
【００２４】
また、オペアンプ１７の出力は、抵抗２０，２１を介して、トランジスタ７のエミッタに帰還される。オペアンプ１７の抵抗２０を介した出力が、リミッタ回路１００の出力（Ｄ級アンプ２００への入力）となる。
【００２５】
次に、リミッタ回路１００の動作を説明する。リミッタ回路１００において、供給電圧±Ｂ［Ｖ］は、一定の定格電圧からの変動がある電圧とする。（正の）定格電圧は、例えば、ホームオーディオでＡＣ１００［Ｖ］であり、カーオーディオでＤＣ１４．４［Ｖ］である。
【００２６】
ツェナーダイオード４のツェナー電圧ＶＺ１は、正の定格電圧より小さい値に設定されている。このため、供給電圧＋Ｂが正の定格電圧以上の場合に、ツェナーダイオード４は、トランジスタ１のベース電圧Ｖ１［Ｖ］がツェナー電圧ＶＺ１となるよう供給電圧＋Ｂを制限する。
【００２７】
また、リミッタ回路１００の供給電圧＋Ｂは、抵抗２，３により分圧されてトランジスタ１のベースに印加される。供給電圧＋Ｂが定格電圧で無出力の状態の時に、トランジスタ１のベース電圧Ｖ１がツェナー電圧ＶＺ１となるように抵抗２，３の各抵抗値が設定される。このため、供給電圧＋Ｂが変動しても、トランジスタ１のベース電圧Ｖ１が供給電圧＋Ｂから抵抗２の電圧降下分だけ下がる。つまり、供給電圧＋Ｂが正の定格電圧よりも下がると、ベース電圧Ｖ１が供給電圧＋Ｂに比例して下がる。
【００２８】
コンデンサ５は、ツェナーダイオード４のノイズを除去する。また、トランジスタ１のベース電圧Ｖ１に応じた電圧が、正の電源電圧としてエミッタから出力され、オペアンプ１７の正電源に入力される。例えば、トランジスタ１のベース−エミッタ間電圧が０．６［Ｖ］とすると、この正の電源電圧は（Ｖ１−０．６）［Ｖ］となる。コンデンサ６は、トランジスタ１から出力される正の電源電圧の発振を防ぐ。
【００２９】
同様に、リミッタ回路１００において、ツェナーダイオード１０のツェナー電圧ＶＺ２は、負の定格電圧より大きい値に設定されている。このため、供給電圧−Ｂが負の定格電圧以下の場合に、ツェナーダイオード１０は、トランジスタ７のベース電圧Ｖ２［Ｖ］がツェナー電圧ＶＺ２となるよう供給電圧−Ｂを制限する。
【００３０】
また、リミッタ回路１００の供給電圧−Ｂは、抵抗８，９により分圧されてトランジスタ７のベースに印加される。供給電圧−Ｂが定格電圧で無出力の状態の時に、トランジスタ１のベース電圧Ｖ２がツェナー電圧ＶＺ２となるように抵抗８，９の各抵抗値が設定される。このため、供給電圧−Ｂが変動しても、トランジスタ１のベース電圧Ｖ１が供給電圧−Ｂから抵抗８の電圧上昇分だけ上がる。つまり、供給電圧−Ｂが負の定格電圧よりも上がると、ベース電圧Ｖ２が供給電圧−Ｂに比例して上がる。
【００３１】
コンデンサ１１は、ツェナーダイオード１０のノイズを除去する。また、トランジスタ７のベース電圧Ｖ２に応じた電圧が、負の電源電圧としてコレクタから出力され、オペアンプ１７の負電源に入力される。コンデンサ１２は、トランジスタ７から出力される負の電源電圧の発振を防ぐ。
【００３２】
抵抗１３，１５は、入力信号にバイアスをかける。電解コンデンサ１４は、入力信号の直流成分をカットする。抵抗１６は、オペアンプ１７の保護抵抗である。また、抵抗１８〜２１は、感度調整用の抵抗である。オペアンプ１７及び抵抗１８，１９は、非反転増幅回路を構成し、オペアンプ１７に入力される入力信号を増幅して出力する。抵抗１８，１９の抵抗値の設定により、非反転増幅回路の増幅度が決まる。また、オペアンプ１７は、正電源及び負電源に入力された電源電圧から、オペアンプ１７のロス電圧分下がった電圧で出力信号をクリップする。
【００３３】
オペアンプ１７から出力された信号は、抵抗２０，２１により分圧されて、リミッタ回路１００の出力信号として出力される。通常、入力信号レベルは、数百［ｍＶ］である。このような入力信号は、抵抗１８，１９の抵抗値で決まる増幅度でオペアンプ１７により増幅される。そして、オペアンプ１７から出力された信号は、抵抗２０，２１により分圧される。例えば、リミッタ回路１００に接続されたＤ級アンプ２００の出力信号が、供給電圧＋Ｂから５〜１０［Ｖ］下がったところでクリップされるように、抵抗１８〜２１の抵抗値が設定される。
【００３４】
図３に、供給電圧＋Ｂが下がった場合のＤ級アンプ２００の出力信号を示す。図３を参照して、供給電圧＋Ｂが変動した場合のリミッタ回路１００が接続されたＤ級アンプ２００の出力信号の一例を説明する。ここでは、正の電圧の例を説明するが、負の電圧でも同様である。先ず、定格電圧の供給電圧＋Ｂがリミッタ回路１００及びＤ級アンプ２００に供給される場合を考える。リミッタ回路１００は、ツェナーダイオード４のツェナー電圧ＶＺ１で決まる電圧でクリップした出力信号を出力してＤ級アンプ２００に入力する。このとき、図３の左図に示すように、Ｄ級アンプ２００は、定格電圧の供給電圧＋Ｂから５〜１０［Ｖ］の電圧がクリップされた出力信号を出力する。
【００３５】
そして、供給電圧＋Ｂが定格電圧から下がった場合を考える。リミッタ回路１００は、抵抗２，３の分圧で決まる供給電圧＋Ｂに応じた電圧がクリップされた出力信号を出力してＤ級アンプ２００に入力する。このとき、図３の右図に示すように、Ｄ級アンプ２００は、定格電圧の供給電圧＋Ｂに応じて５〜１０［Ｖ］の電圧がクリップされた出力信号を出力する。リミッタ回路１００においてクリップされる電圧量は、供給電圧＋Ｂが下がるにつれて小さくなっていくが、少なくともＤ級アンプ２００の出力信号に異常発振が発生しない電圧量クリップされる。
【００３６】
また、供給電圧＋Ｂが定格電圧より上がったとしても、Ｄ級アンプ２００の出力信号は、図３の左図と同様に、定格電圧の供給電圧＋Ｂから５〜１０［Ｖ］の電圧がクリップされた信号となる。
【００３７】
図４に、リミッタ回路１００を用いた場合と用いなかった場合のＤ級アンプ２００の出力信号の波形を示す。図４では、従来のようにリミッタ回路１００を用いていない場合のＤ級アンプ２００の出力信号の波形を実線で示し、本実施の形態のリミッタ回路１００を用いた場合のＤ級アンプ２００の出力信号の波形を点線で示す。
【００３８】
図４の点線に示すように、リミッタ回路１００を用いない場合に比べて、リミッタ回路１００を用いると、Ｄ級アンプ２００の出力信号に高調波成分が発生せず、異常波形になることを防いでいることが分かる。
【００３９】
以上、本実施の形態によれば、入力信号をリミッタ回路１００に介してＤ級アンプ２００に入力する。このため、発振回路３５を有するＤ級アンプ２００の出力信号が異常波形になることを防止できる。
【００４０】
Ｄ級アンプ２００の出力信号が異常波形にならないので、スピーカからの異常な音の出力を防止できる。特に、ツイータースピーカ等の高周波領域を出力できるスピーカで効果が大きい。さらに、異常波形の出力信号によるスピーカの破壊を防止できる。
【００４１】
また、ツェナーダイオード４，１０を備える。このため、供給電圧＋Ｂが定格電圧以上又は供給電圧−Ｂが定格電圧以下になった場合に、ベース電圧Ｖ１，Ｖ２を一定のツェナー電圧ＶＺ１，ＶＺ２に制限して、オペアンプ１７の正の電源電圧が供給電圧＋Ｂになることを防ぐことができ、オペアンプ１７の負の電源電圧が供給電圧−Ｂになることを防ぐことができる。
【００４２】
また、抵抗２，３，８，９を備える。このため、供給電圧＋Ｂが正の定格電圧より低い又は供給電圧−Ｂが負の定格電圧より高い場合に、ベース電圧Ｖ１，Ｖ２を所定電圧量でクリップして、オペアンプ１７の正の電源電圧が供給電圧＋Ｂになることを防ぐことができ、オペアンプ１７の負の電源電圧が供給電圧−Ｂになることを防ぐことができる。
【００４３】
また、抵抗１８〜２１を備える。このため、抵抗１８，１９の設定によりオペアンプ１７の増幅度を調整でき、抵抗２０，２１の設定によりオペアンプ１７の出力信号の分圧量を調整できる。よって、リミッタ回路１００の出力信号の感度を適切に調整できる。
【００４４】
なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係るリミッタ回路の一例であり、これに限定されるものではない。
【００４５】
その他、上記実施の形態におけるリミッタ回路１００の細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施の形態のリミッタ回路１００及びＤ級アンプ２００の構成を示すブロック図である。
【図２】リミッタ回路１００の内部構成を示す図である。
【図３】供給電圧＋Ｂが下がった場合のＤ級アンプ２００の出力信号を示す図である。
【図４】リミッタ回路１００を用いた場合と用いなかった場合のＤ級アンプ２００の出力信号の波形を示す図である。
【図５】発振回路を有するＤ級アンプ２００の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  リミッタ回路
１，７  トランジスタ
２，３，８，９，１３，１５，１６，１８，１９，２０，２１  抵抗
４，１０  ツェナーダイオード
５，６，１１，１２  コンデンサ
１４  電解コンデンサ
１７  オペアンプ
２００  Ｄ級アンプ
３１  オペアンプ
３２，３３  抵抗
３４  電解コンデンサ
３５  発振回路
３６  デッドタイム部
３７  ドライバ部
３８  出力ＭＯＳＦＥＴ部
３９  抵抗
４０  コンデンサ
４１  抵抗
Ａ  ＬＣフィルタ
４２  コイル
４３  コンデンサ
【図１】
2008147817.tif 000003
【図２】
2008147817.tif 000004
【図３】
2008147817.tif 000005
【図４】
2008147817.tif 000006
【図５】
2008147817.tif 000007