(57)【要約】【課題】  電源の変動に伴う出力信号の変動を抑制するとともに、電源の出力インピーダンスの変動があっても出力変動抑制を安定して行う。【解決手段】  スイッチング型増幅器１０は、電源装置１から出力される電源電圧Ｖｃｃを入力信号に応じてスイッチングすることにより当該入力信号を増幅した信号を出力するＤ級増幅回路１８と、電源電圧Ｖｃｃの変動に応じてレベルが変化する補正信号ａＶｒを生成する分圧抵抗１４,１５及び減衰器１６と、入力信号Ｖｉｎから補正信号ａＶｒを減算する補正回路１７とを備えている。Ｄ級増幅回路１８は、補正回路１７から出力された信号を増幅して出力する。さらに、スイッチング型増幅器１０は、電源装置１の出力インピーダンスを検出し、検出した電源の出力インピーダンスに応じて補正信号ａＶｒのゲインを調整するゲイン調整用の手段であるコントローラ２６を備えている。【選択図】  図１
2005039623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から出力される電源電圧を入力信号に応じてスイッチングすることにより当該入力信号を増幅した信号を出力する増幅手段と、
上記電源電圧の変動に応じてレベルが変化する補正信号を生成する補正信号生成手段と、
上記入力信号を上記補正信号に応じて補正する補正手段と、
上記電源の出力インピーダンスを検出し、検出した電源の出力インピーダンスに応じて上記補正信号のゲインを調整するゲイン調整手段と
を備えるスイッチング型増幅器。
【請求項２】
上記補正信号生成手段は、上記電源電圧を分圧し、分圧出力を上記補正信号として出力すること
を特徴とする請求項１記載のスイッチング型増幅器。
【請求項３】
上記ゲイン調整手段は、上記電源の出力インピーダンスが大きくなった場合には上記ゲインを大きくし、上記電源の出力インピーダンスが小さくなった場合には上記ゲインを小さくすること
を特徴とする請求項１記載のスイッチング型増幅器。
【請求項４】
電源から出力される電源電圧を入力信号に応じてスイッチングすることにより当該入力信号を増幅した信号を出力するスイッチング型増幅器に対して、補正制御を行う補正制御回路において、
上記電源電圧の変動に応じてレベルが変化する補正信号を生成する補正信号生成手段と、
上記入力信号を上記補正信号に応じて補正する補正手段と、
上記電源の出力インピーダンスを検出し、検出した電源の出力インピーダンスに応じて上記補正信号のゲインを調整するゲイン調整手段と
を備えるスイッチング型増幅器の補正制御回路。
【請求項５】
上記補正信号生成手段は、上記電源電圧を分圧し、分圧出力を上記補正信号として出力すること
を特徴とする請求項４記載のスイッチング型増幅器の補正制御回路。
【請求項６】
上記ゲイン調整手段は、上記電源の出力インピーダンスが大きくなった場合には上記ゲインを大きくし、上記電源の出力インピーダンスが小さくなった場合には上記ゲインを小さくすること
を特徴とする請求項４記載のスイッチング型増幅器の補正制御回路。
【請求項７】
電源から出力される電源電圧を入力信号に応じてスイッチングすることにより当該入力信号を増幅した信号を出力するスイッチング型増幅器に対して、補正制御を行う補正制御方法において、
上記電源電圧の変動に応じてレベルが変化する補正信号を生成し、
上記入力信号を上記補正信号に応じて補正し、
上記電源の出力インピーダンスを検出し、検出した電源の出力インピーダンスに応じて上記補正信号のゲインを調整する
スイッチング型増幅器の補正制御方法。
【請求項８】
上記電源電圧を分圧し、分圧出力を上記補正信号として出力すること
を特徴とする請求項７記載のスイッチング型増幅器の補正制御方法。
【請求項９】
上記電源の出力インピーダンスが大きくなった場合には上記ゲインを大きくし、上記電源の出力インピーダンスが小さくなった場合には上記ゲインを小さくすること
を特徴とする請求項７記載のスイッチング型増幅器の補正制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるＤ級増幅器、ＰＷＭ増幅器又は１ビットΔΣ型増幅器といったスイッチング型の増幅器、並びに、その補正制御回路及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
信号増幅器として、いわゆるＤ級増幅器、ＰＷＭ増幅器又は１ビットΔΣ型増幅器といったスイッチング型の増幅器が提案されている。スイッチング型増幅器は、出力信号の最大レベルを電源電圧まで歪みなく大きくできるとともに、電力効率が良いため、オーディオ用の増幅器として適用することが広く検討されている。
【０００３】
ところが、スイッチング型増幅器には、電源除去比（ＰＳＲＲ）と呼ばれる電源電圧の変動の影響を排除する能力が非常に小さいという問題点がある。つまり、スイッチング型増幅器は、電源電圧の変動が直接的に出力電圧に影響してしまうという問題点がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、電源電圧の変動量に応じて入力信号を増減させ、電源電圧の変動を正帰還で補正するＰＷＭ増幅器の電源電圧変動抑制回路が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。特許文献１及び特許文献２に提案されている電源電圧変動抑制回路を用いれば、スイッチング型増幅器の電源除去比を向上させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３３３７４号公報
【０００６】
【特許文献２】特開昭６１−３９７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなスイッチング型増幅器には、バイアス電圧を供給するため外部の電源装置から電源電圧（Ｖｃｃ）が供給される。
【０００８】
しかしながら、電源装置は、経時変化、温度変化、ＡＣ電源の状況変化等により、その出力インピーダンスが変動し、特許文献１及び特許文献２に示す電源電圧変動抑制回路の電源変動量検出回路（例えば特許文献１の分圧回路や特許文献２のレベル調整回路）の検出出力に影響を与える。電源装置の出力インピーダンスによって電源変動の検出出力が変動すると、入力信号に与える正帰還量が変動して出力信号が不安定となってしまう。具体的に、電源の出力インピーダンスが大きくなった場合には、本来想定されている正帰還量よりも大きい正帰還量が入力信号に与えられてしまい、増幅器が発振して出力信号が電源電圧に張り付いてしまう。反対に電源の出力インピーダンスが小さくなった場合には、本来想定されている正帰還量よりも小さい正帰還量が入力信号に与えられてしまい、電源変動の除去効果が少なくなってしまう。
【０００９】
本発明は、以上のような従来の問題点を解決するために、電源の変動に伴う出力信号の変動を抑制するとともに、電源の出力インピーダンスの変動があっても出力変動抑制を安定して行うことがスイッチング型増幅器並びにその補正制御回路及び方法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】
【００１０】
本発明に係るスイッチング型増幅器は、電源から出力される電源電圧を入力信号に応じてスイッチングすることにより当該入力信号を増幅した信号を出力する増幅手段と、上記電源電圧の変動に応じてレベルが変化する補正信号を生成する補正信号生成手段と、上記入力信号を上記補正信号に応じて補正する補正手段と、上記電源の出力インピーダンスを検出し、検出した電源の出力インピーダンスに応じて上記補正信号のゲインを調整するゲイン調整手段とを備える。
【００１１】
本発明に係るスイッチング型増幅器の補正制御回路は、電源から出力される電源電圧を入力信号に応じてスイッチングすることにより当該入力信号を増幅した信号を出力するスイッチング型増幅器に対して補正制御を行う補正制御回路であって、上記電源電圧の変動に応じてレベルが変化する補正信号を生成する補正信号生成手段と、上記入力信号を上記補正信号に応じて補正する補正手段と、上記電源の出力インピーダンスを検出し、検出した電源の出力インピーダンスに応じて上記補正信号のゲインを調整するゲイン調整手段とを備える。
【００１２】
本発明に係るスイッチング型増幅器の補正制御方法は、電源から出力される電源電圧を入力信号に応じてスイッチングすることにより当該入力信号を増幅した信号を出力するスイッチング型増幅器に対して、補正制御を行う補正制御方法であって、上記電源電圧の変動に応じてレベルが変化する補正信号を生成し、上記入力信号を上記補正信号に応じて補正し、上記電源の出力インピーダンスを検出し、検出した電源の出力インピーダンスに応じて上記補正信号のゲインを調整する。
【００１３】
以上の本発明に係るスイッチング型増幅器並びにその補正制御回路及び方法では、電源電圧の変動に応じてレベルが変化する補正信号を生成し、増幅器の入力信号を当該補正信号に応じて補正するとともに電源の出力インピーダンスに応じて上記補正信号のゲインを調整する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るスイッチング型増幅器並びにその補正制御回路及び方法では、電源電圧の変動に応じてレベルが変化する補正信号を生成し、増幅器の入力信号を当該補正信号に応じて補正するとともに電源の出力インピーダンスに応じて上記補正信号のゲインを調整する。
【００１５】
このため本発明では、電源の変動に伴う出力信号の変動を正帰還により抑制することができる。さらに、本発明では、電源の出力インピーダンスの変動があってもその変動に応じて正帰還量を最適に調整するので、出力信号が発振したり、出力変動の効果がなくなったりといったことがなくなり、出力変動抑制を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態として、本発明を適用したスイッチング型増幅器について説明をする。
【００１７】
図１に、本発明の実施の形態のスイッチング型増幅器１０の回路構成図を示す。スイッチング型増幅器１０は、入力信号Ｖｉｎが入力され、この入力信号Ｖｉｎの信号レベルをＡ倍に増幅し、増幅して得られた出力信号Ｖｏｕｔを出力する回路である。なお、増幅率を示すＡは、整数である。
【００１８】
スイッチング型増幅器１０は、図１に示すように、信号入力端子１１と、信号出力端子１２と、電源入力端子１３とを備えている。
【００１９】
信号入力端子１１には入力信号Ｖｉｎが入力され、信号出力端子１２からは出力信号Ｖｏｕｔが出力される。また、電源入力端子１３には、外部の電源装置１から安定化された直流の電源電圧Ｖｃｃが供給される。電源電圧Ｖｃｃは、当該スイッチング型増幅器１０内の各回路の電源電圧として供給される。
【００２０】
また、スイッチング型増幅器１０は、電源電圧Ｖｃｃを分圧する第１及び第２の分圧抵抗１４,１５と、電源電圧Ｖｃｃの分圧値Ｖｒを減衰割合ａで減衰させる減衰器１６と、入力端子１１から入力された入力信号Ｖｉｎから補正信号ａＶｒを減算する補正回路１７と、補正回路１７により補正された入力信号（Ｖｉｎ−ａＶｒ）をＡ倍に増幅するＤ級増幅回路１８とを備えている。
【００２１】
第１の分圧抵抗１４及び第２の分圧抵抗１５は、電源入力端子１３とグランドとの間に直列接続されている。第１の分圧抵抗１４と第２の分圧抵抗１５との接続点からは、電源電圧Ｖｃｃを所定の分圧比で分圧した分圧値Ｖｒが検出される。なお、第１の分圧抵抗１４の抵抗値をＲ１とし、第２の分圧抵抗１５の抵抗値Ｒ２とし、さらに、第１の分圧抵抗１４が電源側に接続され、第２の分圧抵抗１５がグランド側に接続されているとすると、分圧値Ｖｒは、Ｖｒ＝Ｖｃｃ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。
【００２２】
減衰器１６は、分圧値Ｖｒを減衰割合ａで減衰させる。減衰器１６から出力された信号は、補正信号ａＶｒとして補正回路１７に供給される。なお、ここでいう減衰割合ａとは、分圧値Ｖｒに乗算する係数であり、通常は０から１までの値である。ただし、分圧値Ｖｒの分圧比によっては、その値が１以上となってもよい。つまり、減衰割合ａは、分圧値Ｖｒに乗算されるゲインと同等のものである。また、減衰器１６の減衰割合ａは、変更可能となっており、後述するコントローラ２６によりその値が制御される。減衰割合ａの制御については、その詳細を後述する。
【００２３】
補正回路１７は、入力端子１１から入力された入力信号Ｖｉｎと、補正信号ａＶｒとが入力される。補正回路１７は、入力信号Ｖｉｎから補正信号ａＶｒを減算し、減算信号（Ｖｉｎ−ａＶｒ）を生成する。減算信号（Ｖｉｎ−ａＶｒ）は、Ｄ級増幅回路１８に供給される。
【００２４】
Ｄ級増幅回路１８は、入力信号をＡ倍に増幅するスイッチング型の増幅回路である。具体的に、Ｄ級増幅回路１８の回路構成例を図２に示す。
【００２５】
Ｄ級増幅回路１８は、図２に示すように、入力信号を変調する変調回路２１と、変調回路２１から出力される変調信号に応じて電源電圧Ｖｃｃをスイッチングするスイッチング回路２２と、スイッチング回路２２から出力されるスイッチングされた電源電圧信号をローパスフィルタリングするローパスフィルタ２３とを備えている。
【００２６】
変調回路２１は、入力レベルＸに応じて１ビット信号のオン時間が調整されるような変調方式で、入力信号を変調する。具体的には、入力信号をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）やΔΣ変調といった、その積分出力が入力信号の信号レベルＸに対応するような変調を行う。なお、ここでは、入力信号の信号レベルＸはアナログ値であるが、入力信号の信号レベルＸとしてシリアルやパラレルのデジタル値が入力されてもよい。
【００２７】
スイッチング回路２２は、変調回路２１から出力される１ビットの変調信号に同期して電源電圧Ｖｃｃをオン/オフすることにより、電源電圧Ｖｃｃをスイッチングする。スイッチング回路２２は、スイッチング制御した電源電圧Ｖｃｃを外部に出力する。
【００２８】
ローパスフィルタ２３は、スイッチング回路２２から出力されたスイッチングされた電源電圧Ｖｃｃに対して、ローパスフィルタリング処理を行う。ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数は、電源電圧Ｖｃｃのスイッチング周波数（すなわち、１ビット変調信号の周波数）よりも充分低い値に設定されている。従って、ローパスフィルタ２３から出力される信号のレベルは、時間方向に平均化されたデューティ比を電源電圧Ｖｃｃに乗算したレベルとなる。
【００２９】
このように、Ｄ級増幅回路１８では、変調回路２１の変調と電源電圧Ｖｃｃのレベルとにより、その増幅率が決定される増幅器である。本例のＤ級増幅回路１８では、電源電圧Ｖｃｃが所定の定格値で一定であるものとして、変調回路２１の変調式が増幅率Ａとなるように設定されている。
【００３０】
以上のような本発明の実施の形態のスイッチング型増幅器１０では、入力信号Ｖｉｎから補正信号ａＶｒを減算した減算信号（Ｖｉｎ−ａＶｒ）が、Ｄ級増幅回路１８へ入力される。Ｄ級増幅回路１８は、この減算信号（Ｖｉｎ−ａＶｒ）をＡ倍に増幅する。上記補正信号ａＶｒは、電源電圧Ｖｃｃを分圧し、その分圧値Ｖｒを減衰割合ａで減衰させた信号である。
【００３１】
このため、電源電圧Ｖｃｃが変動した場合、補正信号ａＶｒにその変動成分が反映され、その変動成分に応じた制御量が入力信号Ｖｉｎから除去されて増幅される。従って、本発明の実施の形態のスイッチング型増幅器１０では、電源電圧Ｖｃｃが変動しても、スイッチング型増幅器１０の増幅率Ａに影響が与えられず、電源変動による出力信号の変動が抑制される。
【００３２】
つぎに、減衰器１６の減衰割合ａの制御機構について説明をする。
【００３３】
スイッチング型増幅器１０は、減衰器１６の減衰割合ａを制御するために、以上の各構成に加えて、さらに、電源装置１の出力インピーダンス検出用の負荷抵抗２４及びオン/オフスイッチ２５と、コントローラ２６とを備えている。
【００３４】
負荷抵抗２４とオン/オフスイッチ２５とは、直列接続されて、電源入力端子１３とグランドとの間に設けられている。負荷抵抗２４は、負荷として電源装置１に接続された場合、電源装置１のスペック上の最大電流を流すような抵抗値ＲＬが設定されている。オン/オフスイッチ２５は、通常時（例えば信号増幅時や電源オフ時）はオフとされており、コントローラ２６からの制御に応じてオンとなる。
【００３５】
コントローラ２６は、例えば、当該スイッチング型増幅器１０の動作開始時や、増幅動作が停止している時等に、一時的にオン/オフスイッチ２５をオンとして、電源装置１から最大消費電流を出力させる。コントローラ２６は、電源入力端子１３の電圧値を検出する電圧検出機能を有しており、電源装置１から最大消費電流を出力させた時の電源電圧βをその電圧検出機能により検出する。そして、コントローラ２６は、最大消費電流を出力させたときの電源電圧β、消費電流が０のときの電源電圧Ｖｃｃ、負荷抵抗２４の抵抗値ＲＬに基づき、電源装置１の出力インピーダンスを算出する。
【００３６】
コントローラ２６は、算出した出力インピーダンスに基づき減衰割合ａを算出する。減衰割合ａの算出方法は、例えば、出力インピーダンスと減衰割合ａとの対応関係が記述された内部テーブルを参照する方法や、出力インピーダンスと減衰割合ａとの関係を示した関数を用いる方法により行う。そして、コントローラ２６は、算出した減衰割合ａを減衰器１６に設定する。
【００３７】
減衰割合ａは、補正信号ａＶｒが大きくなりすぎてＤ級増幅回路１８が発振して出力信号が電源電圧に張り付いてしまわず、且つ、補正信号ａＶｒが小さくなりすぎて電源変動の除去効果が少なくなってしまわないように、電源装置１の各出力インピーダンス値に応じてそれぞれ最適な値が設定される。具体的には、電源装置１の出力インピーダンスに対する減衰割合ａは、出力インピーダンスが大きくなった場合には補正信号ａＶｒが大きくなり、出力インピーダンスが小さくなった場合には補正信号ａＶｒが小さくなるような、単純増加の関数で与えられる。
【００３８】
以上のように、本発明の実施の形態のスイッチング型増幅器１０では、電源電圧Ｖｃｃの変動に応じてレベルが変化する補正信号ａＶｒを生成し、Ｄ級増幅回路１８の入力信号を当該補正信号ａＶｒに応じて補正するとともに、電源装置１の出力インピーダンスに応じて補正信号ａＶｒのレベルを調整している。
【００３９】
このため本発明の実施の形態のスイッチング型増幅器１０では、電源電圧Ｖｃｃの変動に伴う出力信号Ｖｏｕｔの変動を正帰還により抑制することができる。つまり、電源装置１の電源電圧Ｖｃｃが変動しても増幅率を一定に保つことができる。さらに、本発明の実施の形態のスイッチング型増幅器１０では、電源装置１の出力インピーダンスの変動があってもその変動に応じて正帰還量を最適に調整するので、出力信号Ｖｏｕｔが発振したり、電源電圧変動の抑制効果がなくなったりといったことがなくなる。
【００４０】
なお、補正信号ａＶｒは、電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧値からどれだけ変動しているかが反映されているか、又は、単に電源電圧Ｖｃｃの微分量が反映されていればよいので、その生成方法は、本例のように電源電圧Ｖｃｃを分圧して生成した信号に限られない。
【００４１】
また、電源装置１の出力インピーダンスを検出するための回路も、電源-グランド間に直列接続した負荷抵抗２４及びオン/オフスイッチ２５に限られない。
【００４２】
例えば、電源装置１の出力インピーダンスを検出するための回路は、図３に示すように、電源ラインに設けられた非常に低い抵抗値ＲＤの検出抵抗３１と、検出抵抗３１での降下電圧を検出する降下電圧検出器３２とを設けた回路としても良い。この場合、コントローラ３２は、降下電圧検出器３２による電圧降下量と検出抵抗３１の抵抗値ＲＤとから二基づき、電源装置１から出力されている電流量Ｉを算出し、算出した電流量Ｉと電源入力端子１３の検出電圧βとに基づき、電源装置１の出力インピーダンスを算出する。このように電源装置１から出力される電流量Ｉを電源ラインから直接検出した場合には、信号増幅処理を行っている最中にも減衰器１６の減衰割合ａを制御することが可能となり、このため刻々と変化する状況に応じた細やかな制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態のスイッチング型増幅器のブロック構成図である。
【図２】上記スイッチング型増幅器内のＤ級増幅回路のブロック構成図である。
【図３】本発明の実施の形態のスイッチング型増幅器の変形例を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  電源装置、１０  スイッチング型増幅器、１１  信号入力端子、１２  信号出力端子、１３  電源入力端子、１４  第１の分圧抵抗、１５  第２の分圧抵抗、１６  減衰器、１７  補正回路、１８  Ｄ級増幅回路、２４  負荷抵抗、２５  オン/オフスイッチ、２６  コントローラ
【図１】
2005039623.tif 000003
【図２】
2005039623.tif 000004
【図３】
2005039623.tif 000005