(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置を用いて、電源から出力音声信号を生成する方法であって、
該装置は、入力端子と、誤り増幅器と、全波整流器と、零交差検出器と、パルス幅変調器と、遮断変圧器と、第１および第２の電力トランジスタと、スイッチング電力変圧器と、フィルタ回路と、第１および第２のトランジスタスイッチと、位相遅れ補償回路とを含み、
該入力端子は、該誤り増幅器の入力に結合されており、
該誤り増幅器の出力は、該全波整流器の入力と該零交差検出器の入力とに結合されており、
該全波整流器の出力は、該パルス幅変調器の入力に結合されており、該パルス幅変調器の出力は、該遮断変圧器の入力巻線に結合されており、
該遮断変圧器の第１の出力巻線は、該第１の電力トランジスタのゲートと該第１の電力トランジスタのソースと該第２の電力トランジスタのドレインと該スイッチング電力変圧器の入力巻線とに結合されており、
該遮断変圧器の第２の出力巻線は、該第２の電力トランジスタのゲートと該第２の電力トランジスタのソースとに結合されており、
該第１の電力トランジスタのドレインおよび該第２の電力トランジスタのソースは、第１および第２の電源電圧にそれぞれ結合されており、
該フィルタ回路は、第２のインダクタと直列に結合された第１のインダクタと、接地と該第１のインダクタの出力との間に結合された第１のキャパシタと、接地と該第２のインダクタの出力との間に結合された第２のキャパシタとを含み、
該スイッチング電力変圧器の出力巻線の第１の端部は、該フィルタ回路の該第１のインダクタの入力に結合されており、
該スイッチング電力変圧器の出力巻線の第２の端部は、該第１のトランジスタスイッチのドレインと該第２のトランジスタスイッチのドレインとに結合されており、
該第１のトランジスタスイッチのゲートおよび該第２のトランジスタスイッチのゲートは、該零交差検出器の出力に結合されており、
該第２のインダクタの出力は、音声スピーカに結合されており、該第１のインダクタの入力は、該位相遅れ補償回路の第１の入力に結合されており、該第１のインダクタの出力は、該位相遅れ補償回路の第２の入力に結合されており、該位相遅れ補償回路の出力は、該入力端子と該誤り増幅器の入力とに結合されており、
該方法は、
該入力端子が、入力音声信号を受信するステップと、
該全波整流器が、該入力音声信号を全波整流することにより、全波整流された入力音声信号を提供するステップと、
該パルス幅変調器が、該全波整流された入力音声信号をパルス幅変調された音声信号に変換するステップと、
該遮断変圧器が、該電源の電圧を該パルス幅変調された音声信号を用いて変調することにより、該音声スピーカを駆動するために十分なパルス幅変調された電源電圧を提供するステップと、
該零交差検出器が、該入力音声信号の零交差を検出し、対応する信号を生成することにより、検出零交差信号を提供するステップと、
該スイッチング電力変圧器が、該パルス幅変調された電源電圧から、低減された電圧と増大された電流とを生成するステップと、
該第１のトランジスタスイッチおよび該第２のトランジスタスイッチが、さらに増幅することなく該音声スピーカを駆動するために十分な電圧振幅を有する該フィルタ回路に該パルス幅変調された音声信号を提供するように、該入力音声信号の該検出零交差信号を用いて該スイッチング電力変圧器の該出力巻線からの出力音声信号をゲート制御するステップと
を包含し、
該位相遅れ補償回路は、該装置の発振を防止し、
該第１および第２の電力トランジスタは、該遮断変圧器の該入力巻線上の変調された信号の極性に応じて交互にオンに切り替えられる、方法。
【請求項２】
前記電源の電圧を前記パルス幅変調された音声信号を用いてパルス幅変調するステップは、
前記第１の電力トランジスタが、前記遮断変圧器の入力巻線に印加される第１の極性のパルス幅変調された音声信号を前記スイッチング電力変圧器の入力巻線に伝えるステップと、
前記第２の電力トランジスタが、該遮断変圧器の入力巻線に印加される該第１の極性のパルス幅変調された信号とは反対の第２の極性のパルス幅変調された音声信号を該スイッチング電力変圧器の入力巻線に伝えるステップと、
該第１および第２の電力トランジスタが、該第１および第２の極性のパルス幅変調された信号を用いてパルス幅変調された前記電源電圧を該スイッチング電力変圧器の入力巻線に伝えるステップと
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スイッチング電力変圧器の出力巻線からの音声出力信号をゲート制御するステップは、
前記第１のトランジスタスイッチが、前記検出零交差信号によって起動されるとき、前記フィルタ回路への前記第１の極性の前記パルス幅変調された音声信号をゲート制御するステップと、
前記第２のトランジスタスイッチが、該検出零交差信号によって起動されるとき、該フィルタ回路への前記第２の極性のパルス幅変調された音声信号をゲート制御するステップと
をさらに包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
電源から出力音声信号を生成する装置であって、
該装置は、入力端子と、誤り増幅器と、全波整流器と、零交差検出器と、パルス幅変調器と、遮断変圧器と、第１および第２の電力トランジスタと、スイッチング電力変圧器と、フィルタ回路と、第１および第２のトランジスタスイッチと、位相遅れ補償回路とを含み、
該入力端子は、該誤り増幅器の入力に結合されており、
該誤り増幅器の出力は、該全波整流器の入力と該零交差検出器の入力とに結合されており、
該全波整流器の出力は、該パルス幅変調器の入力に結合されており、該パルス幅変調器の出力は、該遮断変圧器の入力巻線に結合されており、
該遮断変圧器の第１の出力巻線は、該第１の電力トランジスタのゲートと該第１の電力トランジスタのソースと該第２の電力トランジスタのドレインと該スイッチング電力変圧器の入力巻線とに結合されており、
該遮断変圧器の第２の出力巻線は、該第２の電力トランジスタのゲートと該第２の電力トランジスタのソースとに結合されており、
該第１の電力トランジスタのドレインおよび該第２の電力トランジスタのソースは、第１および第２の電源電圧にそれぞれ結合されており、
該フィルタ回路は、第２のインダクタと直列に結合された第１のインダクタと、接地と該第１のインダクタの出力との間に結合された第１のキャパシタと、接地と該第２のインダクタの出力との間に結合された第２のキャパシタとを含み、
該スイッチング電力変圧器の出力巻線の第１の端部は、該フィルタ回路の該第１のインダクタの入力に結合されており、
該スイッチング電力変圧器の出力巻線の第２の端部は、該第１のトランジスタスイッチのドレインと該第２のトランジスタスイッチのドレインとに結合されており、
該第１のトランジスタスイッチのゲートおよび該第２のトランジスタスイッチのゲートは、該零交差検出器の出力に結合されており、
該第２のインダクタの出力は、音声スピーカに結合されており、該第１のインダクタの入力は、該位相遅れ補償回路の第１の入力に結合されており、該第１のインダクタの出力は、該位相遅れ補償回路の第２の入力に結合されており、該位相遅れ補償回路の出力は、該入力端子と該誤り増幅器の入力とに結合されており、
該入力端子が、入力音声信号を受信し、
該全波整流器が、該入力音声信号を全波整流することにより、全波整流された入力音声信号を提供し、
該パルス幅変調器が、該全波整流された入力音声信号をパルス幅変調された音声信号に変換し、
該遮断変圧器が、該電源の電圧を該パルス幅変調された音声信号を用いて変調することにより、該音声スピーカを駆動するために十分なパルス幅変調された電源電圧を提供し、
該零交差検出器が、該入力音声信号の零交差を検出し、対応する信号を生成することにより、検出零交差信号を提供し、
該スイッチング電力変圧器が、該パルス幅変調された電源電圧から、低減された電圧と増大された電流とを生成し、
該第１のトランジスタスイッチおよび該第２のトランジスタスイッチが、さらに増幅することなく該音声スピーカを駆動するために十分な電圧振幅を有する該フィルタ回路に該パルス幅変調された音声信号を提供するように、該入力音声信号の該検出零交差信号を用いて該スイッチング電力変圧器の該出力巻線からの出力音声信号をゲート制御し、
該位相遅れ補償回路は、該装置の発振を防止し、
該第１および第２の電力トランジスタは、該遮断変圧器の該入力巻線上の変調された信号の極性に応じて交互にオンに切り替えられる、装置。
【請求項５】
前記スイッチング電力変圧器の前記出力巻線の前記第１の端部と前記第１および第２のトランジスタスイッチのドレインとの間にそれぞれ結合された第１および第２のダイオードと、
該スイッチング電力変圧器の該出力巻線の前記第２の端部と該第１および第２のトランジスタスイッチのドレインとの間にそれぞれ結合された第３および第４のダイオードとをさらに含み、
該第１のダイオードが該第１のトランジスタスイッチのドレインに結合され、該第２のダイオードが該第１のトランジスタスイッチのドレインと反対の極性の該第２のトランジスタスイッチのドレインに結合され、
該第３のダイオードが該第１のダイオードと並列に該第１のトランジスタスイッチのドレインに結合され、該第４のダイオードが該第２のダイオードと並列に該第２のトランジスタスイッチのドレインに結合され、
前記スイッチング電力変圧器のセンタタップが前記フィルタ回路の前記第１のインダクタの入力に結合されている、請求項４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して音声増幅器に関し、特に比較的大出力の増幅回路を使用せずに電源からオフライン直接音声を得る方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
＜連邦法施行規則第３７巻１．９７および１．９８により開示される情報を含む関連技術の説明＞
音声回路は、当業技術分野で周知であり、一般に音声増幅回路に利用して音声スピーカを駆動する。音声増幅器は、音声電力増幅段に必要である。こうした電力増幅回路は、米国特許第４，４０９，５５９号および第４，６５１，１１２号で示されている。
【０００３】
通常のＡＢ級音声増幅器は、電源と音声増幅器を有する。これらの２つのユニットを合わせた費用は、音声出力装置の製造において重大である。回路中の音声電力増幅器の必要を回避しようとする多くのスイッチング電力増幅器が存在する。
【０００４】
こうした回路は、米国特許第４，７６３，０８０号、第４，５１７，５２２号、第４，０４７，１２０号および第４，４５３，１３１号で示されている。
【０００５】
Ｄ級増幅器は、信号が印加されないときでも常に５０％デューティサイクルでスイッチングを行っている。このため固有の雑音が発生し信号が印加されない場合、信号対雑音比を増大する。
【０００６】
電源からエネルギーを引き出し、最終段として高価な音声増幅器を有する必要を回避し、非常に有効で効果的な音声出力回路を有することは有利である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源を利用し電力増幅出力段を必要としないオフライン直接音声回路に関する。電力は、すべて可変電圧を得た変調信号を提供するスイッチング変圧器から音声スピーカに直接供給されるので、ＡＢまたはＤ級増幅器のような従来の音声段は存在しない。
【０００８】
本発明では、音声入力信号が従来の帰還回路によって誤り増幅器に印加される。入力信号は、誤り増幅器の後、全波整流される。パルス幅変調回路は、全波整流器から出た信号を変調し、その信号が大出力スイッチング回路に接続される。大出力スイッチング回路は、変圧器によってパルス幅変調器と遮断されたゲート駆動ユニットと、入力の変調高電圧／低電流を出力の変調低電圧／高電流に変換する出力スイッチング電力変圧器とを備えている。音声信号は、パルス幅変調されているので、スイッチング電力変圧器の出力の信号極性を判定しなければならない。従って、零交差検出器は、利用され入力音声信号の零交差を判定する。こうした信号は、スイッチング電力変圧器の適切な信号極性出力をゲート制御する第１および第２のスイッチに接続される。その後、出力は、低減フィルタによってフィルタリングされ、変調信号が除去されスピーカを駆動する十分な振幅を有する音声出力信号が発生する。帰還回路からの位相遅れ補償が入力信号と誤り増幅器に接続され回路の発振を防止する。
【０００９】
この回路は、電力音声段を必要とせず、スイッチング・ゲートの電圧が高いため非常に効率的で、費用は、従来のＡＢ級増幅回路の約２分の１である。さらに、音声信号が印加されないとき、パルス幅変調器からのパルスは、存在せず無効電流が流れないため信号対雑音比は、ゼロである。
【００１０】
故に、本発明の目的は、電源から直接音声出力信号を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、入力音声信号をパルス幅変調しパルス幅変調を使用して、印可される高電圧と低電流を有し、高電圧／低電流パルス変調電圧を変圧器の出力の低電圧／高電流信号に切り換える出力変圧器を利用する隔離ゲートを駆動することであり、その際、出力信号は、スイッチング回路によって正しく検出され、復調されてスピーカを駆動する音声出力信号を提供する。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、低電流は、ＭＯＳＦＥＴの内部抵抗による損失が低いことを意味する点でＭＯＳＦＥＴがより有効なので、高電圧と低電流を利用するゲートにＭＯＳＦＥＴを使用することである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、無信号時にスイッチングを行わないため、信号が印加されないとき、信号対雑音比がゼロである電力ＭＯＳＦＥＴを提供することである。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、電源がＡＣラインまたはＡＣ電源に接続されるオフライン・システムを使用する電源から直接音声を提供することである。
【００１５】
すなわち、本発明は、電源からオフライン直接音声を得る方法であって、入力音声信号を受信するステップと、電源電圧を入力音声信号によって変調するステップと、電源電圧がスピーカを駆動するのに十分であるステップと、音声信号を回復するために変調電源電圧をフィルタ回路に接続するステップと、回復された音声信号によって、それ以上の増幅なしに音声スピーカを駆動するステップとを含む方法に関連する。
【００１６】
本発明は、電源からオフライン直接音声を得る装置であって、音声入力信号を受信する端子と、音声出力スピーカを駆動する第１および第２の極性の十分な電圧を有する電圧源と、電圧源からの電圧を端子の音声入力信号によって変調する変調器と、音声信号を回復し音声出力スピーカが再生する音声信号を発生するのに十分な駆動電圧を提供するフィルタ回路とを備える装置に関連する。
【００１７】
本発明の上記および他の特徴は、好適実施形態の以下の詳細な説明において、さらに詳細に開示される。同様の素子には同様の参照番号が付される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、ブロック図の形態で新しい音声駆動回路１０を示す。端子１２（図３ａ）に音声入力信号が接続され、新しい回路１０を通じて音声スピーカ１４（図３ｉ）を駆動する。信号は、誤り増幅器６０を通じて全波整流器１８と零交差検出器２０に伝えられる。全波整流器から図３（ａ）に示す入力信号は、整流されて図３（ｂ）に示す波形となる。全波整流器１８からの信号は、パルス幅変調器２２に接続され、変圧器２４の入力巻線への図３（ｄ）に示す出力を発生する。
【００１９】
変圧器２４は、電力ＭＯＳＦＥＴゲート３０および３２をパルス幅変調回路２２から遮断する働きをする。端子３４および３６の電源（図２に示す）からの正および負の電圧がＭＯＳＦＥＴ３０および３２への入力として図１に示す端子３４および３６に接続される。ＭＯＳＦＥＴ３０および３２は、変圧器巻線２６および２８を通じて変調器２２からのパルス幅変調信号によって作動する。ＭＯＳＦＥＴの電力端子３４、３６に接続された高電圧が存在するため、ＭＯＳＦＥＴを流れる高電圧低電流が存在する。ＭＯＳＦＥＴが高周波スイッチとして使用され、導通状態にあるとき、内部抵抗は、スイッチの接点抵抗に近似しているので有利である。電力損失は、ＭＯＳＦＥＴを通過するＲＭＳ電流と内部ＯＮ抵抗に依存するため、ＯＮ状態のＭＯＳＦＥＴ内部抵抗によって発生する損失は、電流が低いため最小である。プラス１６０ボルトがＭＯＳＦＥＴ３０に接続され、マイナス１６０ボルトがＭＯＳＦＥＴ３２に接続されているので、ＭＯＳＦＥＴ３０は、スイッチング電力変圧器４０の入力巻線３８への正方向パルス幅変調信号のゲート制御を行う。同様に、ＭＯＳＦＥＴ３２は、スイッチング電力変圧器４０の入力巻線３８への負方向パルス幅変調パルスを切り換える。すなわち、ゲート３０および３２は、第１および第２のパルス幅変調信号によって交互にＯＮに切り換わる。
【００２０】
電力変圧器４０は、インダクタ６２および６６とコンデンサ６４および６８によって形成されるフィルタ復調器にエネルギーを伝達する。
【００２１】
変圧器４０に印加される正および負方向のパルス幅変調信号が存在するので、適切なときに正パルスがフィルタ復調器に伝達され、適切なときに負パルスがフィルタ復調器に伝達されるように出力をゲート制御しなければならない。そのため、零交差検出器２０は、バッフア２３を通じてスイッチおよび６０に接続される信号を線路２１に発生する。この零交差検出器信号は、スイッチ５４または６０の何れかをゲート制御して、電力変圧器４０の二次巻線４２のセンタタップ４４で適切な信号が得られるようにする。波形３（ｅ）と３（ｆ）が参照される。
【００２２】
フィルタ復調器は、インダクタ６２および６６とコンデンサ６４および６８を備えている。スイッチ６０が通電すると、正パルスが復調され図３（ｇ）の信号となる。スイッチ５４がＯＮになると、負パルスが復調され図３（ｈ）の信号となる。スピーカ１４に印加される複合信号は、図３（ｉ）で示される。
【００２３】
図２は、ＭＯＳＦＥＴ３０および３２とスイッチング電力変圧器４０の変圧器巻線３８に接続される電源をブロック図で示す。７６のライン電圧が電磁干渉フィルタ７８に接続された後、ライン・ブリッジ整流器８０に接続される。発生する出力は、端子３４の＋１６０ボルト、端子３６の−１６０ボルトおよび端子３９のセンタタップである。
【００２４】
電源回路からの新しいオフライン直接音声には、いくつかの利点がある。第１に、出力音声段が必要ない。第２に、ＡＣ電源ライン７６が高電圧なため、よりよい効率が得られる。第３に、この音声スピーカ駆動回路の費用は、従来のＡＢ級増幅回路の約２分の１である。図４で、ＡＢ級バイポーラ・システム用１００ワット音声増幅器の費用は、約２６ドル（約３１００円）であることに留意される。そのうち約１４ドル（約１７００円）が増幅器の分で、約１２ドル（約１４００円）が電源の分である。電源から直接音声を得る新しい回路の費用は約１４ドル（約１７００円）である。従って、この回路を利用して音声スピーカを駆動する音声信号を発生することは大きな利点がある。さらに、音声信号が印加されないとき、パルス幅変調器２２からの出力がないので、ＭＯＳＦＥＴ３０および３２は、通電しない。従って、信号入力がないとき、ＭＯＳＦＥＴ３０および３２を流れる電流がないので、信号対雑音比は、ゼロである。これは、信号が印加されないときでも、信号入力がなくても通電しているため増幅器が雑音を発生する従来の増幅器と異なっている。
【００２５】
すなわち、直接ＡＣラインまたはＡＣ電源に接続され、電源から音声スピーカを駆動する直接音声を発生する電源用の新しい回路が開示される。すべての電力は、スイッチング変圧器から直接供給されるが、そこでは変調音声信号が回復され、復調された後でスピーカを駆動する出力を提供する。従来のＡＢ級またはＤ級音声増幅器の場合のような従来の音声段は、存在しない。さらに、遮断変圧器とスイッチング電力変圧器を利用することによって、ＭＯＳＦＥＴを流れる電流は、低く、スイッチング変圧器の巻線比によって決定される。電流が低いことは、素子のＯＮ抵抗による損失が低いことを意味するので、ＭＯＳＦＥＴ素子は、より効率的である。従って、高電圧を必要とする場合、電流が低くなり、スイッチング電力変圧器は、その巻線比によって低電圧と高電流を有する出力を発生する。最後に、電力ＭＯＳＦＥＴは、信号入力があるときだけ通電するので、無信号時は、ＭＯＳＦＥＴを通過する電流と、ひいては出力電流がないため信号対雑音比は、ゼロである。
【００２６】
以下の特許請求の範囲の対応する構造、材料、動作および同様のすべての手段およびステップおよび機能要素は、明確に請求された請求項の他の要素と共に機能を行うすべての構造、材料または動作を含むことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】新しい音声回路のブロック図である。
【図２】図１の新しい回路の一部を形成する電源のブロック図である。
【図３】図１の回路の特定の点の様々な波形を示す波形図である。
【図４】直接音声が電源から直接得られる本回路の費用と比較した、通常の従来技術の１００ワットＡＢ級音声増幅器の費用を示すグラフである。
【符号の説明】
１２  端子
２４  変圧器
４０  電力変圧器
２２  変調器
１８  全波整流器
【図１】
0004397457.tif 000002
【図２】
0004397457.tif 000003
【図３】
0004397457.tif 000004
【図４】
0004397457.tif 000005