(57)【要約】【課題】オーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システムにおいて、電源損失を小さく抑えて発熱量を低減しつつ、なおかつ、スイッチング素子の制御に起因する音の歪みの発生を好適に防止できるようにする。【解決手段】スイッチング電源システム１０は、スイッチング電源部１４が発生した電力を蓄積してオーディオ用デジタルアンプ１２へ供給する電力蓄積部１６を備えている。スイッチング電源部のスイッチング制御回路３８は、電力蓄積部における電力蓄積レベルが所定の電力蓄積レベル以上であるときに、スイッチング電源部の電力発生レベルを所定の電力発生レベルに維持し、電力蓄積部における電力蓄積レベルが前記所定の電力蓄積レベル未満であるときに、スイッチング電源部の電力発生レベルを前記所定の電力発生レベルより高いレベルにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システムにおいて、
スイッチング電源部と、該スイッチング電源部が発生した電力を蓄積して前記オーディオ用デジタルアンプへ供給する電力蓄積部とを備え、
前記スイッチング電源部は、スイッチング素子と、該スイッチング素子のデューティ比及び／またはスイッチング周期を制御するスイッチング制御回路とを含んでおり、
前記電力蓄積部は、該電力蓄積部における電力蓄積レベルを検出し、検出した電力蓄積レベルを表す検出信号を送出する電力蓄積レベル検出手段を含んでおり、
前記スイッチング制御回路は、前記電力蓄積レベル検出信号を受取り、前記電力蓄積部における電力蓄積レベルに応じて前記スイッチング素子のデューティ比及び／またはスイッチング周期を制御することにより、前記スイッチング電源部が発生する電力のレベルを制御し、
前記制御回路は、（イ）前記電力蓄積部における電力蓄積レベルが所定の電力蓄積レベル以上であるときに、前記スイッチング電源部が発生する電力のレベルを、所定の電力発生レベルに維持し、（ロ）前記電力蓄積部における電力蓄積レベルが前記所定の電力蓄積レベル未満であるときに、前記スイッチング電源部が発生する電力のレベルを、前記所定の電力発生レベルより高いレベルにする、
ことを特徴とするオーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システム。
【請求項２】
前記所定の電力発生レベルが、前記オーディオ用デジタルアンプの平均電力消費レベルに略々等しいことを特徴とする請求項１記載のオーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システム。
【請求項３】
前記所定の電力発生レベルが、前記オーディオ用デジタルアンプの最大出力の８分の１から４分の１の範囲内のレベルであることを特徴とする請求項１記載のオーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スイッチング素子と、このスイッチング素子のデューティ比及び／またはスイッチング周期を制御する制御回路とを含んで成るスイッチング電源が、様々な電子機器の電源として広く用いられている。また、この種のスイッチング電源として、様々なものが提案されており、例えば下記の特許文献１〜３に開示されているものなどがある。
【特許文献１】特開２０００−２２４８５２号公報
【特許文献２】特開２００２−２５２９７９号公報
【特許文献３】特開２００３−３２４９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種のスイッチング電源は、オーディオ用デジタルアンプの電源としても用いられている。オーディオ用デジタルアンプの消費電力は、出力する音の大きさが変化するのに応じて激しく増減する。上述した種類のスイッチング電源では、スイッチング素子のデューティ比及び／またはスイッチング周期を制御することにより、スイッチング電源が発生する電力量を調節できるため、必要とされる電力量に応じて、スイッチング電源が発生する電力量を制御することが可能であり、それによって電源の損失を小さく抑え、発熱量を低減することができる。従って、この種のスイッチング電源は、消費電力が常時大きく変化するオーディオ用デジタルアンプの電源として用いるのに、特に適したものである。ただし、この種のスイッチング電源を、オーディオ用デジタルアンプの電源として用いる場合には、スイッチング素子のデューティ比及び／またはスイッチング周期を制御する際の応答速度が問題になる。この応答速度が充分に高速でないと、必要電力量の増減と、実際に発生する電力量の増減との間に、無視できない大きさのタイムラグが生じる。その結果、オーディオ用デジタルアンプの出力が大きくなるとき（即ち、音が大きくなるとき）に、スイッチング電源からオーディオ用デジタルアンプへ供給される電力の増大に、遅れが生じ、それが音の歪みとなって、リスナーの不興を招くことになる。従来より制御系の応答速度を高速化するための様々な技法が提案されているが、音の歪みは聴覚によって鋭敏に知覚されるため、音の歪みを知覚させない程度にまで制御系の応答速度を高速化しようとすると、制御系が不安定となって、発振等の不都合が発生しがちである。
【０００４】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、オーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システムにおいて、電源損失を小さく抑えて発熱量を低減しつつ、なおかつ、スイッチング素子の制御に起因する音の歪みの発生を好適に防止できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的を達成するため、本発明に係るオーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システムは、スイッチング電源部と、該スイッチング電源部が発生した電力を蓄積して前記オーディオ用デジタルアンプへ供給する電力蓄積部とを備え、前記スイッチング電源部は、スイッチング素子と、該スイッチング素子のデューティ比及び／またはスイッチング周期を制御するスイッチング制御回路とを含んでおり、前記電力蓄積部は、該電力蓄積部における電力蓄積レベルを検出し、検出した電力蓄積レベルを表す検出信号を送出する電力蓄積レベル検出手段を含んでおり、前記スイッチング制御回路は、前記電力蓄積レベル検出信号を受取り、前記電力蓄積部における電力蓄積レベルに応じて前記スイッチング素子のデューティ比及び／またはスイッチング周期を制御することにより、前記スイッチング電源部が発生する電力のレベルを制御し、前記制御回路は、（イ）前記電力蓄積部における電力蓄積レベルが所定の電力蓄積レベル以上であるときに、前記スイッチング電源部が発生する電力のレベルを、所定の電力発生レベルに維持し、（ロ）前記電力蓄積部における電力蓄積レベルが前記所定の電力蓄積レベル未満であるときに、前記スイッチング電源部が発生する電力のレベルを、前記所定の電力発生レベルより高いレベルにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電力蓄積部における電力蓄積レベルが所定レベル以上である間は、スイッチング電源部の電力発生レベルが一定に維持されるため、オーディオ用デジタルアンプの消費電力の増大に対して、スイッチング電源部の発生電力の増大が追従しきれないことによる不都合が回避され、オーディオ用デジタルアンプは、正確な音（よい音）を出力することができる。また、電力蓄積部における電力蓄積レベルが所定レベル以上である間は、スイッチング素子のデューティ比及び／またはスイッチング周期を変化させることがないため、それらを変化させることに伴うノイズの発生が無く、それに起因する音質劣化も回避することができる。なおかつ、たまにしか出力されない大きな音に対応した大電力は、常時発生しておくのではなく、必要に応じて発生するだけであるため、電源の損失を小さく抑えて発熱量を低減する効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に係るオーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システムのブロック回路図であり、図２は図１のスイッチング電源システムの具体的な動作例を説明するための、オーディオ用デジタルアンプの電力消費レベルと、スイッチング電源部の電力発生レベルとを示したグラフである。
【０００８】
図１に示したスイッチング電源システム１０は、オーディオ用デジタルアンプ１２に電力を供給するための電源システムであり、スイッチング電源部１４と、このスイッチング電源部１４が発生した電力を蓄積してオーディオ用デジタルアンプ１２へ供給する電力蓄積部１６とを備えている。電力蓄積部１６は、図示例では、大容量の電解コンデンサ１８と、定電圧回路２０とで構成されている。電解コンデンサ１８の端子間電圧は、この電解コンデンサ１８に蓄積された電力量に応じて変化するため、電解コンデンサ18に蓄積された電力を定電圧回路２０によって定電圧にした上で、オーディオ用デジタルアンプ１２に供給するようにしている。電力蓄積部１６は更に、電解コンデンサ１８の端子間電圧を検出する電圧検出回路２２を備えている。電圧検出回路２２は、電解コンデンサ１８の端子間電圧を検出することによって、電力蓄積部１６に蓄積された電力のレベル（電力蓄積レベル）を検出し、その検出した電力蓄積レベルを表す検出信号（電力蓄積レベル検出信号）を送出するものである。
【０００９】
スイッチング電源部１４は、入力側整流平滑回路２４と、トランス２６と、スイッチング素子２８と、出力側整流平滑回路３０と、定電圧回路３２と、電圧検出回路３４と、電流検出回路３６と、スイッチング制御回路３８とを含んでいる。入力側整流平滑回路２２は、スイッチング電源部１４に入力する交流電力を直流電力に変換する回路であり、その一方の出力端子が、スイッチング素子２８を介してトランス２６の一次巻線の一方の端子に接続され、他方の出力端子がこの一次巻線の他方の端子に接続されている。スイッチング素子２８の制御電極はスイッチング制御回路３８に接続されている。スイッチング制御回路３８には、トランス２６の第２巻線Ｎ２の一方の端子が接続され、この第２巻線Ｎ２の他方の端子は接地されている。更に、スイッチング制御回路３８には、電力蓄積部１６の電圧検出回路２２から送出された電力蓄積レベル検出信号が入力している。トランス２６の二次巻線の一対の端子は、出力側整流平滑回路３０の一対の入力端子に接続されている。出力側整流平滑回路３０の一方の出力端子は定電圧回路３２の入力端子に接続され、他方の出力端子は接地されている。
【００１０】
定電圧回路３２の出力端子から送出される電力が、電力蓄積部１６へ供給されるようにしてあり、この電力の電圧及び電流が、電圧検出回路３４及び電流検出回路３６によって検出され、それらから送出される電圧検出信号及び電流検出信号が、スイッチング制御回路３８へフィードバックされている。スイッチング制御回路３８は、フィードバックされているそれら検出信号に応答して動作して、スイッチング素子２８のデューティ比及び／またはスイッチング周波数を制御することによって、スイッチング電源部１４が発生する電力のレベルを目標レベルに制御するものである。更にこれに加えて、スイッチング制御回路３８は、電力蓄積部１６の電圧検出回路２２から供給されている電力蓄積レベル検出信号に応答して、スイッチング電源部１４の発生電力レベルにおける目標レベルを変更するように構成されている。そして、この目標レベルの変更を行うことによって、スイッチング制御回路３８は、（イ）電力蓄積部１６における電力蓄積レベルが所定の電力蓄積レベル以上であるときに、スイッチング電源部１４が発生する電力のレベルを、所定の電力発生レベルＰ０に維持し、（ロ）電力蓄積部１６における電力蓄積レベルが前記所定の電力蓄積レベル未満であるときに、スイッチング電源部１４が発生する電力のレベルを、前記所定の電力発生レベルＰ０より高いレベルにする。
【００１１】
ここでいう所定の電力蓄積レベルとは、電力蓄積レベルがそれ未満になったときに電力蓄積部１６が所要の電圧の電力をオーディオ用デジタルアンプ１２へ供給できなくなる限界レベルに、適宜の余裕分を加算したレベルである。また、ここでいう所定の電力発生レベルＰ０とは、スイッチング電源システム１０を設計する際に設計者が任意に設定し得るレベルであるが、ただし、スイッチング電源システム１０の実使用時に予想されるオーディオ用デジタルアンプ１２の平均電力消費レベルに等しく設定するか、或いは、この平均電力消費レベルに略々等しくそれよりやや高いレベルに設定するのがよい。別法として、この所定の電力発生レベルＰ０を、オーディオ用デジタルアンプ１２の最大出力を基準として、それに対する所定の割合をもって規定してもよく、その場合には、この所定の電力発生レベルＰ０を、オーディオ用デジタルアンプ１２の最大出力の１０分の１から２分の１の範囲内のレベルとすることが好ましく、また、オーディオ用デジタルアンプ１２の最大出力の８分の１から４分の１の範囲内のレベルとすればなお好ましい。
【００１２】
次に図２を参照して、図１のスイッチング電源システム１０の具体的な動作例について説明する。この動作例は、上述した所定の電力発生レベルＰ０を、予想されるオーディオ用デジタルアンプ１２の平均電力消費レベルに等しく設定した場合のものである。図２のグラフにおいて、縦軸は電力レベルを表し、横軸は時間を表す。また、曲線Ｐｃｏｎは電力消費レベル（電力蓄積部１６からオーディオ用デジタルアンプ１２へ供給されて消費される電力のレベル）を表し、曲線Ｐｇｅｎは電力発生レベル（スイッチング電源部１４が発生して電力蓄積部１６へ供給される電力のレベル）を表す。
【００１３】
図２において、時刻ｔ０から時刻ｔ１に至るまでは、スイッチング電源部１４の電力発生レベルＰｇｅｎは、所定の電力発生レベルＰ０に維持されている。図中にＡで示した電力消費レベルＰｃｏｎの谷では、スイッチング電源部１４の電力発生レベルＰｇｅｎ（＝Ｐ０）が、オーディオ用デジタルアンプ１２の電力消費レベルＰｃｏｎより上にあるため、両者の差に相当する余剰電力（Ｐ０−Ｐｃｏｎ）が電力蓄積部１６に蓄積される。続いて、図中にＢで示した電力消費レベルＰｃｏｎの山では、スイッチング電源部１４の電力発生レベルＰｇｅｎ（＝Ｐ０）よりオーディオ用デジタルアンプ１２の電力消費レベルＰｃｏｎの方が上にあり、そのため、両者の差に相当する不足電力（Ｐｃｏｎ−Ｐ０）が電力蓄積部１６から補填される。このように不足電力が補填されることから、スイッチング電源部１４の電力発生レベルＰｇｅｎが所定の電力発生レベルＰ０に維持されていても、オーディオ用デジタルアンプ１２が電力不足に陥ることはない。また、図中のＣの谷やＤの山のように、電力消費レベルＰｃｏｎの谷が深く、山が高い場合でも、同様にして、谷の部分で蓄積された余剰電力によって、山の部分の不足電力が補填される。
【００１４】
ただし、図中のＥの山のように、電力消費レベルＰｃｏｎの大きな山が連続し、その間に小さな谷しか存在しない場合には、電力蓄積部１６の電力蓄積レベルが低下し、そのため電力発生レベルＰｇｅｎを所定の電力発生レベルＰ０に維持したままでは、電解コンデンサ１８の端子間電圧が低下しすぎて、電力蓄積部１６の定電圧回路２０が適正電圧の電力を出力できなくなるおそれが生じる。しかるに、本発明においては、電解コンデンサ１８の端子間電圧を検出している電圧検出回路２２から送出される電力蓄積レベル検出信号が、スイッチング電源部１４のスイッチング制御回路３８へ入力しているため、スイッチング制御回路３８が、電力蓄積部１６における電力蓄積レベルが所定の電力蓄積レベル未満になったとき（時刻ｔ１）に、スイッチング電源部１４が発生する電力のレベルＰｇｅｎを、所定の電力発生レベルＰ０より高いレベルにする。これによって、電力発生レベルＰｇｅｎに、図中のＦの山が形成され、供給電力不足の発生が回避される。この後、電力蓄積部１６における電力蓄積レベルが所定の電力蓄積レベルにまで回復したとき（時刻ｔ２）に、スイッチング電源部１４の電力発生レベルＰｇｅｎは、所定の電力発生レベルＰ０に戻される。
【００１５】
従って、以上に説明した具体例において、スイッチング電源部１４が発生する電力のレベルＰｇｅｎは、スイッチング電源システム１０の実使用時に予想されるオーディオ用デジタルアンプ１２の平均電力消費レベル以下に下げられることはなく、スイッチング電源部１４は、オーディオ用デジタルアンプ１２へ供給する電力に不足が生じるおそれのない限り、その平均電力消費レベルに等しい一定の電力発生レベルをもって、電力を発生して供給し続ける。オーディオ用デジタルアンプ１２の実際の消費電力は、時々刻々変化して、平均電力消費レベルの上下に変化するが、この実際の消費電力が、平均電力消費レベル以下のときには、余剰電力が電力蓄積部１６に蓄積され、一方、平均電力消費レベルを上回るときには、不足電力が電力蓄積部１６から補填される。これによって、オーディオ用デジタルアンプ１２が必要とする電力が、タイムラグを伴うことなく供給される。
【００１６】
以上から明らかなように、本発明に係るスイッチング電源システム１０によれば、電力蓄積部１６における電力蓄積レベルが所定レベル以上である間は、スイッチング電源部１４の電力発生レベルが一定に維持されるため、オーディオ用デジタルアンプ１２の消費電力の増大に対して、スイッチング電源部１４の発生電力の増大が追従しきれないことによる不都合が回避され、スイッチング電源システム１０は、正確な音（よい音）を出力することができる。また、電力蓄積部１６における電力蓄積レベルが所定レベル以上である間は、スイッチング素子２８のデューティ比及び／またはスイッチング周期を変化させることがないため、それらを変化させることに伴うノイズの発生が無く、それに起因する音質劣化も回避することができる。なおかつ、たまにしか出力されない大きな音に対応した大電力は、常時発生しておくのではなく、必要に応じて発生するだけであるため、電源の損失を小さく抑えて発熱量を低減する効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るオーディオ用デジタルアンプのためのスイッチング電源システムのブロック回路図である。
【図２】図１のスイッチング電源システムの具体的な動作例を説明するための、オーディオ用デジタルアンプの電力消費レベルと、スイッチング電源部の電力発生レベルとを示したグラフである。
【符号の説明】
【００１８】
１０……スイッチング電源システム、１２……オーディオ用デジタルアンプ１２……スイッチング電源部、１６……電力蓄積部、２８……スイッチング素子、３８……スイッチング制御回路。
【図１】
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【図２】
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