(57)【要約】【課題】  電源回路を簡素化してコストの低減および小型化を図るとともに、電力効率の向上を可能にした増幅器を提案する。【解決手段】  増幅器は、入力信号が入力される入力端子と、入力信号をスイッチング方式により増幅する増幅部と、増幅部で増幅された出力信号を出力する出力端子と、交流電源を直接整流し増幅部に対する電源供給を行う電源部と、入力端子と増幅部とを電気的に絶縁する入力絶縁部と、出力端子と増幅部とを電気的に絶縁する出力絶縁部とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号が入力される入力端子と、
スイッチング方式による増幅部と、
前記増幅部で増幅された出力信号を出力する出力端子と、
交流電源を直接整流して前記増幅部に対する電源供給を行う電源部と、
前記入力端子と増幅部とを電気的に絶縁する入力絶縁部と、
前記出力端子と増幅部とを電気的に絶縁する出力絶縁部と、
を備える増幅器。
【請求項２】
前記増幅部は、
入力信号をエンベロープとした三角波が基準電圧を切る時間幅に基づいたパルス幅のパルス信号を出力するパルス幅変調回路と、
前記パルス幅変調回路からの出力信号を増幅するスイッチング増幅部と、
前記スイッチング増幅部からの出力信号をアナログ信号に復調するローパスフィルタと、
を含む請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
前記増幅部は、前記ローパスフィルタの入力信号をパルス幅変調回路の入力信号にフィードバックするデジタルフィードバック回路と、前記ローパスフィルタの出力信号をパルス幅変調回路の入力信号にフィードバックするアナログフィードバック回路とをさらに備える請求項１または２に記載の増幅器。
【請求項４】
前記出力絶縁部は、定格出力を調整するためのアウトプットトランスで構成される、請求項１〜３のいずれかに記載の増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は増幅器に関し、特に、機器の小型化に適した増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を増幅する増幅器は、デジタル化が急速に進みつつあり、特にオーディオアンプについては、DVDプレイヤ、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、テレビ受像機、その他のデジタル機器に搭載される、いわゆるスイッチングアンプが広く用いられる。
【０００３】
このようなデジタル機器に搭載される増幅器の一例としてその概要構成を図４に示す。
【０００４】
増幅器Ａは、アナログ入力信号Ｓinをデジタル信号に変換するデジタル変換部と、変換されたデジタル信号を増幅するスイッチングパワー段と、増幅されたデジタル信号をアナログ信号に復調して出力信号Ｓoutを出力する復調部とを備えている。
【０００５】
増幅器Ａのスイッチングパワー段では、電源部から供給される正負の電源電圧（＋Vc），（−Vc）によりスイッチングを行って差動増幅する増幅回路が構成されている。
【０００６】
このような増幅器Ａに供給される電源電圧（＋Vc），（−Vc）は、たとえば商用の交流電源電圧を整流回路および平滑回路に通すことで得ることができる。このような場合の電源回路を図５に示す。
【０００７】
図５に示すように、商用100Vの交流電源は、電源トランスＴcを介してダイオードブリッジ回路Ｂで構成される整流回路に供給される。ダイオードブリッジ回路Ｂの出力はコンデンサC1，C2で構成される平滑回路に供給され、正負の電源電圧（＋Vc），（−Vc）を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したような増幅器では、大型の電源トランスが必要となり、またスイッチング電源を採用した場合でも電源回路が複雑になり部品点数が多くなってしまう。それにより、小型化が難しくなり、また部品点数の増加に伴うコストの上昇や信頼性の低下、複雑な調整が必要となる等の問題点が生じている。
【０００９】
本発明では、電源回路を簡素化してコストの低減および小型化を図るとともに、電力効率の向上を可能にした増幅器を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る増幅器は、入力信号が入力される入力端子と、スイッチング方式による増幅部と、増幅部で増幅された出力信号を出力する出力端子と、交流電源を直接整流して増幅部に対する電源供給を行う電源部と、入力端子と増幅部とを電気的に絶縁する入力絶縁部と、出力端子と増幅部とを電気的に絶縁する出力絶縁部とを備える。
【００１１】
ここで、入力端子に入力される入力信号は、アナログ信号、PWMやPCMなどのデジタル信号とすることができる。また、スイッチング方式による増幅部は、PWM増幅器などの所謂Ｄ級電力増幅器（Ｄ級アンプ）を指す。さらに、ここでの電源部は、電気的絶縁手段を用いない所謂トランスレス電源部とすることを特徴とする。
【００１２】
このような構成とすることにより、電源部の構成を簡素化することができ、回路部品を少なくすることができ、コストの低減および小型化を図ることができ、電力効率を高めることができる。
【００１３】
本発明の請求項２に係る増幅器は請求項１に記載の増幅器であって、増幅部は、入力信号をエンベロープとした三角波が基準電圧を切る時間幅に基づいたパルス幅のパルス信号を出力するパルス幅変調回路と、パルス幅変調回路からの出力信号を増幅するスイッチング増幅部と、スイッチング増幅部からの出力信号をアナログ信号に復調するローパスフィルタとを含む。
【００１４】
本発明の請求項３に係る増幅器は請求項１または２に記載の増幅器であって、増幅部は、ローパスフィルタの入力信号をパルス幅変調回路の入力信号にフィードバックするデジタルフィードバック回路と、ローパスフィルタの出力信号をパルス幅変調回路の入力信号にフィードバックするアナログフィードバック回路とをさらに備える。
【００１５】
この場合、増幅器の出力信号の歪みを軽減することができ、音質の良好なオーディオ・アンプを構成することが可能となる。
【００１６】
本発明の請求項４に係る増幅器は請求項１〜３のいずれかに記載の増幅器であって、出力絶縁部が定格出力を調整するためのアウトプットトランスで構成されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る増幅器では、電源回路の簡素化を図ることで、回路部品を少なくすることができコストを低減し、装置を小型化することを可能にするとともに、電力効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る増幅器の概要構成を図１に示す。
【００１９】
図１に示すように、増幅器１は、入力信号が入力される入力端子10と、入力信号をスイッチング方式により増幅する増幅部20と、増幅部20で増幅された出力信号を出力する出力端子30と、交流電源を直接整流して増幅部に対する電源供給を行う電源部40と、入力端子10とデジタル増幅部20とを電気的に絶縁する入力絶縁部50と、出力端子30とデジタル増幅部20とを電気的に絶縁する出力絶縁部60とを備えている。
【００２０】
入力端子10は、マイクロフォンのプラグやCDプレイヤー、その他のアナログ音声出力のプラグが接続されるジャックやコネクタで構成することができる。
【００２１】
入力端子10に入力される入力信号は、入力絶縁部50を介して増幅部20に伝達される。この入力絶縁部50は、小信号用入力トランス（インプットトランス（IT））もしくはフォトカプラ（PC）などの電気的絶縁素子で構成され、電源部40および増幅部20と入力端子10との電気的絶縁状態を維持する。
【００２２】
増幅部20は、入力信号をスイッチング方式により増幅して出力するように構成されている。このような増幅部20の一例を図２に示す。
【００２３】
増幅部20は、入力用OPアンプ21、パルス幅変調回路（PWM：Pulse  Wide  Modulation）22、スイッチングパワー段23、平滑フィルタを構成するインダクタ26およびキャパシタ27を備えている。
【００２４】
パルス幅変調回路22は、図３に示すように、所定周波数（400kHz）のマスタクロックを積分して得られる三角波を、入力されるアナログ入力信号のエンベロープに乗せ、この三角波が基準電圧（Vref）を切る時間幅に基づいたパルス幅のPWM出力信号を生成する。
【００２５】
パルス幅変調回路22の出力信号は、スイッチングパワー段23に入力される。スイッチングパワー段23は、２つのスイッチング素子24,25を備えており、一方のスイッチング素子24にはパルス幅変調回路22の出力信号がそのまま入力され、他方のスイッチング素子25にはパルス幅変調回路22の出力信号が反転されて入力されている。このことにより、スイッチングパワー段のスイッチング素子24,25は交互にオン・オフを繰り返すことになり、入力された信号を増幅して出力することができる。
【００２６】
スイッチングパワー段23の出力は、インダクタ26とキャパシタ27とで構成される平滑フィルタ（ローパスフィルタ）により、復調されて増幅されたアナログ信号として出力される。
【００２７】
このように構成される増幅部20では、スイッチングパワー段23のスイッチング素子24,25は単なるスイッチとして動作するため、信号レベルは電源電圧とパルス幅とで決定され、そのいずれが変動しても誤差となり、歪みやノイズの原因となる。したがって、ローパスフィルタの出力信号を入力信号にフィードバックすることにより、電源電圧の変動除去比を低減し、歪み率やS/N比を改善することができる。
【００２８】
出力端子30はスピーカなどの負荷31に接続されるものであり、増幅部20とは出力絶縁部60を介して電気的に絶縁されている。
【００２９】
出力絶縁部60は、出力トランス（アウトプットトランス（OT））で構成され、電源部40および増幅部20と出力端子30との電気的な絶縁状態を維持するとともに、スピーカなどの負荷31への定格出力を調整する。
【００３０】
電源部40には、２つのダイオード41,42とを備える整流部と、平滑コンデンサ43とで構成される整流回路が構成されている。電源部40では、このように構成された整流回路により、商用の100V交流電源が直接整流され、たとえばDC140Vの電源電圧が生成されて増幅部20に供給される。
【００３１】
本発明では、電源部40の回路構成として複雑な整流回路および平滑回路を必要としないことから、電源部の回路構成を簡素化することができる。本実施例では、単電源を例に説明を行ったがこれに限定されるものではなく、両電源で構成することもできる。
【００３２】
電力増幅方式はＤ級方式（スイッチング方式）を用いているため、従来のＡ級、ＡＢ級、Ｈ級などの電力増幅方式を用いた場合に比して、電力増幅段の電力損失（熱）を低減することができる。また、このように電力損失を減少させることができることで、ヒートシンクなどの構成を縮小することができ、電子部品や器呼応部品を小型化・軽量化することが可能となる。
【００３３】
現在、ビルや大規模商用設備に設置されている非常用放送設備などの業務用放送機器では、通常１台のパワーアンプに複数のスピーカーを並列接続している（たとえば、アンプの出力端子に対して数十〜数百個のスピーカーを並列接続する）。その際、電流による電力損失を低減するために、出力電力を高電圧伝送している（たとえば、日本では100V出力、アメリカでは70V出力が主流である）。
【００３４】
このような非常用放送機器は、各国の安全基準・法律を遵守して設計・設置する必要があり、たとえば、日本では消防法に規定された安全を確保するために、出力部にアウトプットトランス（OT）を用いる。このような構成とすることにより、非常用放送機器では、電気的に絶縁を確保しつつ、ハイインピーダンス出力へとインピーダンス変換を行って高電圧出力を実現している。
【００３５】
また、業務用放送用途においては、パワーアンプからスピーカーまでの配線は、屋外に長く引き延ばして設置することも多いが、増幅部の出力よりアウトプットトランス（OT）を介して配線することにより、配線に対して落雷があった場合や静電気などの不慮の電気的ノイズが入り込んだ場合においても、機器を電気的に保護して安全を確保することが可能となる。
【００３６】
機器の各部に電源供給を行う電源部は、AC入力（たとえば、日本ではAC100V、アメリカでは120V、ヨーロッパでは230V）を整流ダイオード、電解コンデンサなどを用いて直接整流した直流電源を用いることで、本来必要となる電源トランス（パワートランス（PT））が不要となる。
【００３７】
電器機器では、安全規格における電源１次側の絶縁要求を満たすために、AC入力部と内部回路及び外部入出力端子のGNDを電気的に絶縁するために、パワートランス（PT）が必須であるが、本発明では、小型のインプットトランス（IT）またはフォトカプラ（PC）と、出力部のアウトプットトランス（OT）の両方を用いることで同等の効果を得ることが可能である。
【００３８】
従来の業務用放送設備用途の大出力アンプは、パワートランス（PT）が物理的にかなり大型であり重量も大きくなるが、本発明によれば、入力部の電気的絶縁部品（インプットトランス（IT）またはフォトカプラ（PC））と出力部のアウトプットトランス（OT）を用いることにより、機器の安全を確保するとともに、電源トランス（PT）に代えて小型のインプットトランス（IT）またはフォトカプラ（PC）を用いることで、省スペース、軽量化を図ることが可能となり、さらに、電源トランスでの電力損失を削減することができる。
【００３９】
また、アウトプットトランス（OT）によって増幅器の出力インピーダンスを任意のインピーダンスに変換できるため、任意の電圧振幅値とすることができ、任意の負荷に対応できる。
【００４０】
本発明では、アウトプットトランス（OT）を使用しているハイインピーダンス出力パワーアンプに対して、Ｄ級電力増幅方式を利用することで、さらなる低コスト化、小部品化、省スペース化を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る増幅器では、電源回路の簡素化を図ることでコストを低減し、装置を小型化することを可能にするとともに、電力効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の１実施形態に係る増幅器の構成図。
【図２】増幅部の回路構成図。
【図３】パルス幅変調の説明図。
【図４】従来の増幅器の説明図。
【図５】従来の増幅器に用いられる電源回路の説明図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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