(57)【要約】  【課題】  従来の増幅器を使用し、簡単な回路を追加して、業務用無線機に必要な歪率の低い高出力を得ることができるスピーカ駆動回路を提供する。  【解決手段】  第１の電圧の第１の直流電源１７の供給を受けてアナログ信号をＤ級増幅するD級増幅器１２と、第１の電圧よりも高い第２の電圧の第２の直流電源１４の供給を受けるとともに、D級増幅器の出力を入力して増幅する第１，第２のデュアルFET２１，２２と、第２のデュアルFETのそれぞれの出力をフィルタリングし、フィルタリングした出力でスピーカを駆動する第１，第２のフィルタ２３，２４とを有する。このように構成されているので、アナログ信号をＤ級増幅することにより電力効率がよく、また、増幅を２段で行なっているので歪率特性もよく、２段目の第１，第２のデュアルFETには電圧の高い電源が供給されているので大きな出力を得ることもできる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧の第１の直流電源の供給を受けてアナログ信号をＤ級増幅するD級増幅器と、
第１の電圧よりも高い第２の電圧の第２の直流電源の供給を受けるとともに、D級増幅器の出力を入力して増幅する第１，第２のデュアルFETと、
第１，第２のデュアルFETのそれぞれの出力をフィルタリングし、フィルタリングした出力でスピーカを駆動する第１，第２のフィルタとを有するスピーカ駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載のスピーカ駆動回路において、
第１の直流電源は、バッテリからの電力を安定化させた安定化電源であり、第２の直流電源はバッテリからの電力を直接供給する電源であるスピーカ駆動回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスピーカ駆動回路において、
D級増幅器あるいは第１，第２のデュアルFETに過電流が発生した場合には、D級増幅器への第１の直流電源あるいは第１，第２のデュアルFETへの第２の直流電源の供給制限を行なう保護回路を有するスピーカ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカ駆動回路に関し、特に、  業務用無線機端末の使用に適合するような大きな出力を出すことができ、歪率特性もよく、電力効率もよいスピーカ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、ＡＢ級オーディオ増幅器（ＡＢ級  Ａｕｄｉｏ  ＡＭＰ）を用いたスピーカ駆動回路の従来例を示すブロック図である。無線機で受信された音声信号などは、復調処理され、音声データVSBとしてＣＯＤＥＣ３１（あるいは、音源ＬＳＩなど）に送られる。ＣＯＤＥＣ３１から出力されるアナログ信号（例えば、１ＫＨｚの正弦波）は、ＡＢ級オーディオ増幅器３２に入力される。ＡＢ級オーディオ増幅器３２にはスイッチ回路（以降、SW回路）３６を介してバッテリ３４から電源が供給されている。ＡＢ級オーディオ増幅器３２は、入力された信号をＡＢ級増幅してスピーカ４５を駆動する。また、ＡＢ級オーディオ増幅器３２の出力は、外部インターフェース４６を介して外部スピーカなどの外部機器４７の駆動にも使用することができる。なお、各部における信号波形がそれぞれ概略的に図３の下側に表示されている。
【０００３】
上述のスピーカ駆動回路において、スピーカのインピーダンスを８Ωとした場合、電源電圧＋７．５Ｖのときの消費電流は、例えば、０．５Ｗ出力時および１．０Ｗ出力時のそれぞれにおいて、２２４ｍＡおよび３１６ｍＡとなり、電力効率は、それぞれ３０％および４２％となる。熱損失は、１．２Ｗ〜１．４Ｗあり、回路基板のみでは放熱に対応することが困難であり、放熱板などの追加取り付けが必要になる。
【０００４】
このような消費電流に対する低減方法のひとつとしてスピーカのインピーダンスを上げる方法がある。例えば、スピーカのインピーダンスを１６Ωにした場合、消費電流は、０．５Ｗ出力時に１６４ｍＡとなり、１．０Ｗ出力時に２３２ｍＡとなる。これらのデータは、スピーカのインピーダンスが８Ωの場合の先の例と比較すると、３０％ほど低減できており、熱損失も低減できると思われる。
【０００５】
しかし、スピーカのインピーダンスを１６Ωにした場合、バッテリ標準＋７．５Ｖの仕様において、実際には電源電圧＋５．５Ｖ〜＋９．０Ｖの範囲の動作を保証する場合があり、その場合、低電圧条件において電源電圧の原因により音声信号がクリップされるという問題が発生する。例えば、電源電圧＋５．５Ｖの場合で、１Ｗ出力を考えた場合に、Ｗ＝（Ｖ2）／Ｒの関係から、インピーダンス８Ωで２．８２Ｖｒｍｓまたはインピーダンス１６Ωで４Ｖｒｍｓ必要となる。ＢＴＬ出力の場合ピーク電圧は、それぞれ３．９８Ｖｐ−ｐ、または、５．６５Ｖｐ−ｐとなり、波形が電源電圧の制限により、クリップされてしまう。この場合の信号出力は、歪を多く含んだものとなり、Ｓ／Ｎおよび歪率ともに大きく劣化し、音声品質に大きな悪影響を与えることになる。このために、ＡＢ級増幅器を使用する場合のスピーカのインピーダンスは、消費電流と使用動作範囲、音声品質を含めたトレードオフの関係になっていた。
【０００６】
図４は、図３のスピーカ駆動回路に類似した他のスピーカ駆動回路の例を示すブロック図である。このスピーカ駆動回路３は、CODEC５1と、D級オーディオ増幅器５２と、制御部５３と、バッテリ５４と、レギュレータ５７と、フィルタ６３，６４（積分器、特には、LCフィルタ）とから構成され、スピーカ６５を駆動したり、外部インターフェース６６を介して外部スピーカなどの外部機器６７を駆動したりする。Ｄ級オーディオ増幅器５２の電源は、レギュレータ５７により供給されるが、携帯無線器などで採用される端末用のＤ級オーディオ増幅器の電源電圧は、＋２．７Ｖ〜＋３．３Ｖが一般的であり、このため、このスピーカ駆動回路において、アナログ信号（例えば、１ＫＨｚの正弦波）に対する０．５Wの出力時でも信号がクリップされ歪率特性が悪くなり、出力も飽和し、０．５W以上の出力を得ようとしても無理であった。なお、これら図３及び図４のスピーカ駆動回路の特性については図２においても取りまとめて表示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、従来のスピーカ駆動回路においては、＋７．５Vのバッテリの下で従来のオーディオ増幅器を使用している限り、業務用無線機に必要な歪率の低い高出力を得ることができなかった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、＋７．５Vなどのバッテリの下で従来のオーディオ増幅器を使用し、簡単な回路を追加することにより、業務用無線機に必要な歪率の低い高出力を得ることができるスピーカ駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係るスピーカ駆動回路は、第１の電圧の第１の直流電源の供給を受けてアナログ信号をＤ級増幅するD級増幅器と、第１の電圧よりも高い第２の電圧の第２の直流電源の供給を受けるとともに、D級増幅器の出力を入力して増幅する第１，第２のデュアルFETと、第２のデュアルFETのそれぞれの出力をフィルタリングし、フィルタリングした出力でスピーカを駆動する第１，第２のフィルタとを有する。
【００１０】
この発明は上述のように構成されているので、アナログ信号をＤ級増幅することにより電力効率がよく、また、増幅を２段で行なっているので歪率特性もよく、２段目の第１，第２のデュアルFETには電圧の高い電源が供給されているので大きな出力を得ることもできる。
【００１１】
また、この発明において、第１の直流電源は、バッテリからの電力を安定化させた安定化電源であり、第２の直流電源はバッテリからの電力を直接供給する電源であるのが好ましい。
【００１２】
さらに、この発明において、D級増幅器あるいは第１，第２のデュアルFETに過電流が発生した場合には、D級増幅器への第１の直流電源あるいは第１，第２のデュアルFETへの第２の直流電源の供給制限を行なう保護回路を有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
以上に詳述したように本発明によれば、アナログ信号をＤ級増幅することにより電力効率がよく、また、増幅を２段で行なっているので歪率特性もよく、２段目の第１，第２のデュアルFETには電圧の高い電源が供給されているので大きな出力を得ることもでき、ひいては、業務用無線機端末に使用するのに好適なスピーカ駆動回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、この発明のスピーカ駆動回路の実施の形態を示すブロック図である。図１のスピーカ駆動回路１において、無線機で受信された音声信号などは、復調処理され、音声データVSAとしてＣＯＤＥＣ１１（あるいは、音源ＬＳＩなど）に送られる。ＣＯＤＥＣ１１は、音声データVSAを対応するアナログ信号（例えば、１ＫＨｚの正弦波）に変える。ＣＯＤＥＣ１１から出力されるアナログ信号は、D級オーディオ増幅器１２に入力され、増幅される。D級オーディオ増幅器１２にはレギュレータ１７（安定化電源）を介してバッテリ１４から電源が供給されるとともに、D級オーディオ増幅器１２は、制御部１３からの制御信号CLAにより制御される。
【００１５】
レギュレータ１７から電源の供給を受けたD級オーディオ増幅器１２は、稼動時において、入力したアナログ信号をD級増幅し、デュアルFET２１，２２に引き渡す。デュアルFET２１，２２には、電流制限回路１５およびSW回路１６を介して電源が供給されている。制御部１３が稼動を指示した時には、D級オーディオ増幅器１２は増幅動作を行なうことができ、SW回路１６は、電流制限回路からの電源を通過させ、デュアルFET２１，２２に供給することができる。すなわち、稼動時において、D級オーディオ増幅器１２は、レギュレータ１７で安定化され、仕様にあった低い電圧で動作するが、デュアルFET２１，２２は、バッテリ直結の高い電圧で動作することになる。
【００１６】
上述の場合、D級オーディオ増幅器１２には過負荷などのための保護回路が組み込まれており、デュアルFET２１，２２に対しては電流制限回路１５が電源供給ラインに組み込まれている。したがって、制御部１３からの制御信号CLAが“稼動”を指示していたとしても、デュアルFET２１，２２に対する電源供給ラインに過電流が流れると電流制限回路１５が電源供給を遮断あるいは低下させる。この場合、例えば、過電流に対する電流制限回路１５としてヒューズなどを用いれば遮断となるし、導電性ポリマーを材料とするサーミスタからなるポリスイッチを用いれば電流制限（温度低下後は繰り返し使用可能）となる。
【００１７】
フィルタ２３，２４は、デュアルＦＥＴ２１，２２の出力をフィルタリング（濾波）し、スピーカ２５を駆動する。フィルタ２３，２４の出力は、外部インターフェース２６を介して外部スピーカなどの外部機器４７の駆動にも使用することができる。なお、理解を容易にするために、各部における信号波形がそれぞれ概略的に図１の下側に表示されている。
【００１８】
図１のスピーカ駆動回路１の動作実験について説明する。スピーカ駆動回路１において、インピーダンスが８Ωのスピーカを使用した場合、レギュレータ１７の供給電源電圧は３．３Ｖであって、デュアルＦＥＴ２１，２２への供給電圧が＋７．５Ｖである。スピーカ出力が０．５Ｗ時において、消費電流は８８ｍＡで、歪率は０．８％であった。また、スピーカ出力が１Ｗ時において、消費電流は１６７ｍＡで、歪率は１．４％であった。また、スピーカ出力が１．２Ｗ時において、消費電流は１９４ｍＡで、歪率は１．６％であった。
【００１９】
次にインピーダンスが８Ωのスピーカの代わりにインピーダンス１６Ωのスピーカを使用した場合について説明する。スピーカ出力が０．５Ｗ時において、消費電流は８３ｍＡで、歪率は０．３％であった。また、スピーカ出力が１Ｗ時において、消費電流は１５５ｍＡで、歪率は０．５％であった。また、スピーカ出力が１．２Ｗ時において、消費電流は１７７ｍＡで、歪率は０．６％であった。この実験結果を先に説明した図３および図４に示したスピーカ駆動回路２，３の場合と比較して示したのが図２である。
【００２０】
図２から明らかなように、図１で示したものが高出力を得るために、消費電流が少ない点や歪率特性が良い点で図３及び図４で示したものよりも優れていることがわかる。例えば、８Ωのスピーカを使用し、１Ｗの出力を出そうとする場合、従来のＡＢ級増幅器使用のスピーカ駆動回路２（図３）では、消費電流３１６ｍＡで、歪率３．５％であり、従来のＤ級増幅器使用のスピーカ駆動回路３(図４)では、１Ｗまでパワーが出ないのに比較し、本実施例の増幅器使用のスピーカ駆動回路１（図１）では、消費電流１６７ｍＡで、歪率１．４％であり、もっとも性能がよいことが分かる。０．５Ｗ出力時および１．２Ｗ出力時についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明のスピーカ駆動回路の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１で示されたスピーカ駆動回路と、図３及び図４で示されたスピーカ駆動回路との性能の比較を説明するための図である。
【図３】スピーカ駆動回路の従来例を示すブロック図である。
【図４】スピーカ駆動回路のもう一つの従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  スピーカ駆動回路、１１  ＣＯＤＥＣ、１２  Ｄ級オーディオ増幅器、１３  制御部、１４  バッテリ、１５  電流制限回路、１６  スイッチ回路、１７  レギュレータ、２１，２２  デュアルＦＥＴ、２３，２４  フィルタ、１５  スピーカ、２６  外部インターフェース、２７  外部機器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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