(57)【要約】【課題】  スイッチングによる電力損失を低減することができるデジタルアンプを提供する。【解決手段】  デジタルアンプでは、ＰＷＭドライバ１０２が入力された音声信号の変調を行い、ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂが変調された音声信号でバッテリの電源電圧をスイッチングし、トランス１０４が、当該電源電圧を昇圧（増幅）し、ローパスフィルタ部１０５が当該電圧の高周波数成分を除去して、スピーカから音声出力する。従来のデジタルアンプで必要とされた２カ所のスイッチング箇所を１カ所に削減した。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された音声信号のパルス幅変調を行うパルス幅変調手段と、
変調された音声信号で電源電圧をスイッチングするスイッチング手段と、
当該電源電圧を昇圧する変圧手段と、
昇圧された電圧の高周波数成分を除去し、スピーカから音声出力を行うフィルタ−出力手段と
を備えることを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項２】
前記スイッチング手段は、２つのスイッチング素子を含み、前記パルス幅変調手段は、振幅が同一で位相が反転し且つパルス幅変調された２つの音声信号を当該２つのスイッチング素子にそれぞれ出力することを特徴とする請求項１に記載のデジタルアンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、デジタルアンプのスイッチング周波数とＤＣ−ＤＣ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知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このデジタルアンプは、音声信号の変調を行うパルス変調回路、当該パルス変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路、当該Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路、及び上記パルス変調回路に電源供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。そして、上記Ｄ級ドライブ回路のスイッチング周波数と上記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数とを同期させることにより、ビートノイズの低減化を図っている。
【０００４】
また、従来より、図１に示す車両用デジタルアンプが知られている。
【０００５】
図１の車両用デジタルアンプは、電源回路部１及びアンプ回路部２を備えている。電源回路部１は、ハーフブリッジ用のＦＥＴドライバ３と、複数のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４ａ，４ｂを含むスイッチング回路４と、バッテリからの電源電圧を昇圧するトランス５と、交流を直流に変換する整流回路６と、直流に含まれる脈流成分を除去する平滑回路７とを備えている。アンプ回路部２は、音声信号の変調を行うＰＷＭ（パルス幅変調）ドライバ８，９、複数のＦＥＴ１０ａ〜１０ｄを含むスイッチング回路１０、並びにコイル１１ａ及びコンデンサ１１ｃからなるローパスフィルタとコイル１１ｂ及びコンデンサ１１ｄからなるローパスフィルタとを含むローパスフィルタ部１１を備えている。
【０００６】
図２（Ａ）は、ＦＥＴ４ａのゲートに入力されるパルス信号及びＦＥＴ４ｂのゲートに入力されるパルス信号をそれぞれ上段及び下段に示す図である。図２（Ｂ）は、トランス５の＋側の出力電圧及びトランス５の−側の出力電圧をそれぞれ上段及び下段に示す図である。図２（Ｃ）は、ＰＷＭドライバ８のＦＥＴ１０ａへの出力パルス及びＰＷＭドライバ９のＦＥＴ１０ｃへの出力パルスと、ＰＷＭドライバ８のＦＥＴ１０ｂへの出力パルス及びＰＷＭドライバ９のＦＥＴ１０ｄへの出力パルスとをそれぞれ上段及び下段に示す図である。図２（Ｄ）は、コイル１１ａの入力電圧及び出力電圧とコイル１１ｂの入力電圧及び出力電圧をそれぞれ上段及び下段に示す図である。
【０００７】
図２（Ａ）に示すように、ＦＥＴ４ａに入力されるパルス信号及びＦＥＴ４ｂのゲートに入力されるパルス信号は時間経過によらず、一定のデューティー比を有する。一方、図２（Ｃ）に示すように、ＰＷＭドライバ８，９の出力パルスは、時間経過に応じて、デューティー比を増加又は減少させている。
【０００８】
この車両用デジタルアンプでは、電源電圧を昇圧するためにスイッチング回路４の複数のＦＥＴでスイッチングを行い、さらに、ＰＷＭドライバ９、１０のＰＷＭ変調された音声信号及びスイッチング回路１０のスイッチングを利用して、音声信号を増幅する。
【特許文献１】特開２００６−６０５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１のデジタルアンプには、Ｄ級ドライブ回路及びＤＣ−ＤＣコンバータの２カ所のスイッチング箇所があり、上記車両用デジタルアンプには、スイッチング回路４，１０の２カ所のスイッチング箇所がある。
【００１０】
このように、スイッチング箇所が２カ所あることにより、電力効率が低下するという課題がある。例えば、電源回路部１及びアンプ回路部２の電力効率が共に９０％である場合には、全体の電力効率は８１％になり、電力の１９％は熱等で無駄に消費される。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチングによる電力損失を低減することができるデジタルアンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、入力された音声信号のパルス幅変調を行うパルス幅変調手段と、変調された音声信号で電源電圧をスイッチングするスイッチング手段と、当該電源電圧を昇圧する変圧手段と、昇圧された電圧の高周波数成分を除去し、スピーカから音声出力を行うフィルタ−出力手段とを備えるデジタルアンプとする。
【００１３】
上記のデジタルアンプにおいて、前記スイッチング手段は、２つのスイッチング素子を含み、前記パルス幅変調手段は、振幅が同一で位相が反転し且つパルス幅変調された２つの音声信号を当該２つのスイッチング素子にそれぞれ出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スイッチングを行う箇所を１カ所にしたので、スイッチングによる電力損失を低減することができる。また、パルス幅変調手段は、２つのスイッチング素子をパルス幅変調及びプッシュプル形式の機能で制御することができ、製品の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図３は、本発明の実施の形態に係るデジタルアンプの構成を示す図である。
【００１７】
図３のデジタルアンプは、車載用のデジタルパワーアンプであり、電源回路部５０及びアンプ回路部５１を備えている。電源回路部５０は、バッテリからの電源電圧を供給するバッテリ端子５０ａ、グラウンド（ＧＮＤ）に接続するＧＮＤ端子５０ｂ、及びノイズ除去用のコンデンサ１０１を備えている。アンプ回路部５１は、入力された音声信号の変調を行うＰＷＭドライバ１０２（パルス幅変調手段）、ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂを含むスイッチング回路１０３（スイッチング手段）、バッテリからの電源電圧を昇圧するトランス１０４（変圧手段）、並びにコイル１０５ａ及びコンデンサ１０５ｃからなるローパスフィルタとコイル１０５ｂ及びコンデンサ１０５ｄからなるローパスフィルタとを含むローパスフィルタ部１０５（フィルタ−出力手段）を備えている。
【００１８】
ＰＷＭドライバ１０２は、不図示のクロックジェネレータやマイコン等で構成されている。尚、マイコンは、ＣＰＵ、制御プログラムを含むＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されている。
【００１９】
また、ＰＷＭドライバ１０２は、入力された音声信号（アナログ信号）に対してアナログＰＷＭ変換を実行する。アナログＰＷＭ変換は、電圧のレベル変換とインバータ（極性の変換）を含む。ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor FET）で構成されている。
【００２０】
バッテリ端子５０ａとＧＮＤ端子５０ｂとの間には、コンデンサ１０１が接続されている。バッテリ端子５０ａは、トランス１０４に接続されている。ＧＮＤ端子５０ｂはコンデンサ１０６と、トランス１０４に接続されており、さらにコンデンサ１０５ｃとコンデンサ１０５ｄとの間に接続されている。
【００２１】
ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂのゲートはＰＷＭドライバ１０２に接続されており、ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂのソースは、ＧＮＤ端子５０ｂ及びコンデンサ１０６を介してトランス１０４に接続されている。ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂのドレインはトランス１０４に接続されている。
【００２２】
トランス１０４はコイル１０５ａ，１０５ｂに接続されており、コイル１０５ａはコンデンサ１０５ｃ及びスピーカに接続されおり、コイル１０５ｂはコンデンサ１０５ｄ及びスピーカに接続されている。
【００２３】
以上のように構成されたデジタルアンプでは、ＰＷＭドライバ１０２でＰＷＭ変調された音声信号が、ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂに入力され、スイッチング回路１０３がスイッチングを実行して、トランス１０４がバッテリからの電源電圧を昇圧（増幅）する。トランス１０４からの出力は、ローパスフィルタ部１０５により、当該電圧の高周波数成分が除去され、スピーカから音声出力される。
【００２４】
図４（Ａ）は、ＦＥＴ１０３ａのゲートに入力されるパルス信号及びＦＥＴ１０３ｂのゲートに入力されるパルス信号をそれぞれ上段及び下段に示す図であり、図４（Ｂ）は、コイル１０５ａの入力電圧及び出力電圧とコイル１０５ｂの入力電圧及び出力電圧とをそれぞれ上段及び下段に示す図である。
【００２５】
従来のデジタルアンプでは、図２（Ｃ）に示すように、ＰＷＭドライバ８、９の出力パルスは、時間経過に応じて、デューティー比を増加又は減少させている。図２（Ｃ）の上段の出力パルス（即ち、ＰＷＭドライバ８のＦＥＴ１０ａへの出力パルス及びＰＷＭドライバ９のＦＥＴ１０ｃへの出力パルス）が、図２（Ｃ）の下段の出力パルス（即ち、ＰＷＭドライバ８のＦＥＴ１０ｂへの出力パルス及びＰＷＭドライバ９のＦＥＴ１０ｄへの出力パルス）よりも電圧レベルが大きい理由は、ＦＥＴ１０ａ及びＦＥＴ１０ｃの性格上、これらのゲートの電圧をマイナスの電源電圧からプラスの電源電圧＋１０Ｖまでの電圧範囲で振幅させるからである。
【００２６】
一方、本実施形態のデジタルアンプでは、ＰＷＭドライバ１０２はプッシュプル用のＦＥＴドライバの機能を有し、図４（Ａ）に示すように、ＦＥＴ１０３ａのゲートに入力されるパルス信号及びＦＥＴ１０３ｂのゲートに入力されるパルス信号は、時間経過に応じて、デューティー比を増加又は減少させている。また、ＦＥＴ１０３ａのゲートに入力されるパルス信号はＦＥＴ１０３ｂのゲートに入力されるパルス信号と電圧レベルが同一である。これは、ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂのソースがＧＮＤに固定となり、ソースの電位が変動せず、ＧＮＤ基準でＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂを動作させるため、電圧レベル変換はＧＮＤからＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂのＶｇｓ（ゲートソース間電圧）で実行されるからである（即ち、ＧＮＤからＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂのＶｇｓの範囲でパルスを振幅させるからである）。
【００２７】
以上のように、本実施の形態のデジタルアンプでは、ＰＷＭドライバ１０２が入力された音声信号の変調を行い、ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂが変調された音声信号でバッテリの電源電圧をスイッチングし、トランス１０４が、当該電源電圧を昇圧（増幅）し、ローパスフィルタ部１０５が当該電圧の高周波数成分を除去して、スピーカから音声出力する。よって、図１の従来のデジタルアンプで必要とされた２カ所のスイッチング箇所を１カ所に削減したので、スイッチングによる電力損失を低減することができる。
【００２８】
また、本実施の形態のデジタルアンプでは、全体の電力効率は、ほぼ１００％とみなすことができ、アンプ回路部５１の電力効率のみに依存する。また、デジタルアンプを動作させるための電源電圧がバッテリから直接供給されるため、ＦＥＴやコンデンサなどの各種部品の耐電圧を従来品から大幅に下げることができる。さらに、従来品よりもＦＥＴの個数を削減し、整流回路（具体的には整流ダイオード）及び平滑回路（具体的には大容量コンデンサ）を不要としたので、製品の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００２９】
また、ＰＷＭドライバ１０２は、振幅が同一で位相が反転し且つパルス幅変調された２つの音声信号を２つのスイッチング素子（ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂ）にそれぞれ出力するので、２つのスイッチング素子（ＦＥＴ１０３ａ，１０３ｂ）をパルス幅変調及びプッシュプル形式の機能で制御することができる。よって、従来品のＦＥＴドライバ（図１のＦＥＴドライバ８、９）を削減することができるので、製品の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００３０】
尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の車両用デジタルアンプの構成を示す図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、従来の車両用デジタルアンプの各構成要素におけるパルス信号や出力電圧の波形を示し、（Ａ）はＦＥＴ４ａのゲートに入力されるパルス信号及びＦＥＴ４ｂのゲートに入力されるパルス信号をそれぞれ上段及び下段に示す図であり、（Ｂ）はトランス５の＋側の出力電圧及びトランス５の−側の出力電圧をそれぞれ上段及び下段に示す図であり、（Ｃ）は、ＰＷＭドライバ８のＦＥＴ１０ａへの出力パルス及びＰＷＭドライバ９のＦＥＴ１０ｃへの出力パルスと、ＰＷＭドライバ８のＦＥＴ１０ｂへの出力パルス及びＰＷＭドライバ９のＦＥＴ１０ｄへの出力パルスとをそれぞれ上段及び下段に示す図であり、（Ｄ）はコイル１１ａの入力電圧及び出力電圧とコイル１１ｂの入力電圧及び出力電圧をそれぞれ上段及び下段に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るデジタルアンプの構成を示す図である。
【図４】（Ａ）はＦＥＴ１０３ａのゲートに入力されるパルス信号及びＦＥＴ１０３ｂのゲートに入力されるパルス信号をそれぞれ上段及び下段に示す図であり、（Ｂ）はコイル１０５ａの入力電圧及び出力電圧とコイル１０５ｂの入力電圧及び出力電圧とをそれぞれ上段及び下段に示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
５０  電源回路部
５０ａ  バッテリ端子
５０ｂ  ＧＮＤ端子
５１  アンプ回路部
１０１，１０５ｃ，１０５ｄ  コンデンサ
１０２  ＰＷＭドライバ
１０３  スイッチング回路
１０３ａ，１０３ｂ  ＦＥＴ
１０４  トランス
１０５  ローパスフィルタ部
１０５ａ，１０５ｂ  コイル
【図１】
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【図２】
2008289106.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008289106.tif 000006