(57)【要約】  本発明は、Ｎレベル駆動信号をラウドスピーカーに供給するためのマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプに関する。マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは更に、複数の制御可能半導体スイッチを備えるスイッチングマトリックスを備え、スイッチングマトリックスは、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードのそれぞれに結合されている少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力と、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードのそれぞれに結合されている少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力を備えている。制御回路は、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号の１つ以上に従って、スイッチングマトリックスを介して、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧のそれぞれを、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードの所定のノードセットに順次接続するように構成されている。Ｎは３以上の正の整数である。【選択図】図１
2018502511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎレベル駆動信号をラウドスピーカーに供給するためのマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ（３００、４００、５００、６００、８００）であって、
第１出力ドライバであって、
第１ＤＣ供給レールと第２ＤＣ供給レールとの間に直列結合する少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチであって、前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの制御端子は、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれに接続可能な、制御可能半導体スイッチと、
前記直列接続する２＊（Ｎ−１）個の半導体スイッチの間に介在する２＊（Ｎ−２）個の中間ノードと、
前記直列接続する２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの中間点に配置され、前記ラウドスピーカーの第１入力に接続可能なドライバ出力ノードまたはドライバ出力端子と、を備える、第１出力ドライバと、
（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧の受信のための（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードと、
複数の制御可能半導体スイッチを備えるスイッチングマトリックスであって、前記スイッチングマトリックスは、前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードのそれぞれに結合する少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力と、前記第１出力ドライバの前記２＊（Ｎ−２）個の中間ノードのそれぞれに結合する少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力とを備える、スイッチングマトリックスと、
前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧のそれぞれを、前記第１出力ドライバの前記２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号の１つ以上に従って、前記スイッチングマトリックスを介して、前記第１出力ドライバの前記２＊（Ｎ−２）個の中間ノードの所定のノードセットに順次接続するように構成される制御回路と、を備え、
Ｎは３以上の正の整数である、マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項２】
前記スイッチングマトリックスの前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードにおける少なくとも前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧を生成するように構成されるマルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータを更に備える、請求項１に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項３】
前記マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータは、前記第１出力ドライバに結合される、Ｐｖｄｄである前記第１ＤＣ供給レールのレベルを、スケーリングファクタ（ｎ−２）／［Ｎ−１］（ただし、ｎ＝３〜Ｎ）でスケーリングすることにより、実質的に等しい電圧間隔の前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧を生成するように構成される、請求項２に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項４】
前記制御回路は、前記第１出力ドライバの前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの前記制御端子に対するそれぞれのパルス幅変調制御信号を生成するための、少なくとも（Ｎ−１）個の個々の位相を生成するように構成されているマルチフェーズパルス幅変調器を備える、請求項１〜３の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項５】
前記制御回路は更に、前記スイッチングマトリックスの前記複数の制御可能半導体スイッチのそれぞれの制御端子に対するパルス幅変調制御信号を生成するように構成される、請求項４に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項６】
第２出力ドライバであって、
前記第１ＤＣ供給レールと前記第２ＤＣ供給レールとの間に直列結合する少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチであって、前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの制御端子は、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれに接続可能な、制御可能半導体スイッチと、
前記第２出力ドライバの、前記直列接続する２＊（Ｎ−１）個の半導体スイッチの間に介在する２＊（Ｎ−２）個の中間ノードと、
前記直列接続する２＊（Ｎ−１）個の半導体スイッチの中間点に配置され、前記ラウドスピーカーの第２入力に接続可能な第２ドライバ出力ノードまたは第２ドライバ出力端子と、を備える、第２出力ドライバと、
複数の制御可能半導体スイッチを備える第２スイッチングマトリックスであって、前記スイッチングマトリックスは、
前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードのそれぞれに結合する少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力と、
前記第２出力ドライバの前記２＊（Ｎ−２）個の中間ノードのそれぞれに結合する少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力と、を備える、第２スイッチングマトリックスと、を備え、
前記第２出力ドライバの前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれは、前記第１出力ドライバの対応する前記変調制御信号に対して位相反転されている、請求項１〜５の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項７】
Ｎ＝３であり、
前記第１出力ドライバは、前記第１ＤＣ供給レールと前記第２ＤＣ供給レールとの間に直列結合する第１、第２、第３、および第４制御可能半導体スイッチを少なくとも備え、
前記第１、第２、第３、および第４制御可能半導体スイッチのそれぞれの制御端子は、前記少なくとも４個の変調制御信号のそれぞれに接続可能であり、
前記第１出力ドライバは、前記第１直列接続半導体スイッチと前記第２直列接続半導体スイッチとの間に配置される第１中間ノードと、前記第３直列接続半導体スイッチと前記第４直列接続半導体スイッチとの間に配置される第２中間ノードとを備え、
前記スイッチングマトリックスは、
第１ＤＣ入力電圧ノードに結合するスイッチ入力と、前記第１出力ドライバの前記第１中間ノードに結合するスイッチ出力とを備える第５制御可能半導体スイッチと、
前記第１ＤＣ入力電圧ノードに結合するスイッチ入力と、前記第１出力ドライバの前記第２中間ノードに結合するスイッチ出力とを備える第６制御可能半導体スイッチとを備え、
前記制御回路は、前記第５制御可能半導体スイッチの変調制御信号に従って、前記第１ＤＣ入力電圧を前記第１中間ノードに順次接続し、前記第６制御可能半導体スイッチの変調制御信号に従って、前記第１ＤＣ入力電圧を前記第２中間ノードに順次接続するように構成され、
前記第５および第６制御可能半導体スイッチの前記変調制御信号は、実質的に位相反転されている、請求項１〜６の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項８】
前記第１出力ドライバの前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチのそれぞれは、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳまたはＬＤＭＯＳパワートランジスタのようなＭＯＳＦＥＴパワートランジスタを備える、請求項１〜７の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項９】
前記スイッチングマトリックスの前記複数の制御可能半導体スイッチのそれぞれは、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳまたはＬＤＭＯＳトランジスタのようなＭＯＳＦＥＴトランジスタを備える、請求項１〜８の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項１０】
前記第１出力ドライバの前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチと、前記スイッチングマトリックスの前記複数の制御可能半導体スイッチは、例えば、シリコン半導体基板上に一体的に統合される、請求項１〜９の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項１１】
前記マルチ出力ＤＣ−ＤＣコンバータは、２〜２０Ｖの間のように、より好ましくは、１〜１０Ｖの間のように、１〜３０Ｖの範囲において最大ＤＣ電圧を生成するように構成される、請求項２〜１０の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎレベル駆動信号をラウドスピーカーに供給するためのマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプに関する。マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは更に、複数の制御可能半導体スイッチを備えるスイッチングマトリックスを備えており、スイッチングマトリックスは、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードのそれぞれに結合されている少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力と、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードのそれぞれに結合されている少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力を備えている。制御回路は、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧のそれぞれを、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号の１つ以上に従って、スイッチングマトリックスを介して、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードの所定のノードセットに順次接続するように構成されている。Ｎは、３以上の正の整数である。
【背景技術】
【０００２】
クラスＤオーディオアンプは、パルス幅変調（ＰＷＭ）または、パルス密度変調（ＰＤＭ）信号を、ラウドスピーカーの負荷全体にわたり切り替えることにより、種々のタイプのラウドスピーカーのエネルギー効率のよいオーディオ駆動を提供することがよく知られており、広く認識されている。クラスＤオーディオアンプは典型的には、ラウドスピーカー全体にわたって、反対位相または相補的パルス幅変調オーディオ信号対を加えるために、ラウドスピーカー負荷に結合されているＨブリッジ出力段を備えている。インダクタ−キャパシタ（ＬＣ）ローパスフィルタは、ＰＷＭまたはＰＤＭ出力信号の搬送波成分を抑制するために、Ｈブリッジに基づく出力段とラウドスピーカー負荷の間にしばしば挿入される。幾つかのタイプのパルス幅変調が、従来技術のクラスＤオーディオアンプにおいて利用されてきている。いわゆるＡＤ変調においては、Ｈブリッジ出力段の各出力端子またはノードにおけるパルス幅変調オーディオ信号は、反対位相の２つの異なる電圧レベルの間で切り替えられ、またはトグルされる。この２つの異なるレベルは典型的には、クラスＤオーディオアンプの正および負のＤＣ供給レールのような、上方および下方電力供給レールに対応している。いわゆるＢＤ変調においては、ラウドスピーカー負荷全体にわたるパルス幅変調信号は、３つの電圧レベルの間で交互に切り替えられ、このうちの２つのレベルは、上記の上方および下方ＤＣ電力供給レールに対応し、第３電圧レベルは、ラウドスピーカー負荷の両側を、ＤＣ電力供給レールの１つに同時に引くことにより得られるゼロレベルである。これら変調方式の両者は、クラスＤアンプがアイドリングしているときに、ＬＣローパスフィルタの出力インダクタにおいてかなり大きなリップル電流を生成し、相当な電力損失を引き起こす。この欠点は典型的には許容され、ＬＣローパスフィルタの相対的に大きなインダクタの使用によりある程度まで制御されてきている。しかし、そのような大きなインダクタは、クラスＤ増幅ソリューションまたはアセンブリのコストおよびサイズの大幅な増大につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いわゆるマルチレベルＰＷＭ変調は、クラスＤオーディオアンプのパルス幅変調の利点のある形態であり、本出願人のＰＣＴ公報ＷＯ２０１２／０５５９６８に詳細が記述されているように、従来のＡＤおよびＢＤ変調に対して非常に多くの便益を有している。この種のマルチレベルＰＷＭ変調は典型的には、正と負のＤＣ供給レールの間に、または、該クラスＤオーディオアンプの電圧の間に位置している、１つ以上の中間ＤＣ供給レベル、例えば中間供給電圧レベル、を生成するための種々のタイプの回路に影響を与える。１つ以上の中間ＤＣ供給電圧は、音再生のためのラウドスピーカーに加えられるＰＷＭ駆動信号の第３電圧レベル、および更なる電圧レベルの低インピーダンスソースである。マルチレベルクラスＤオーディオアンプの出力ドライバまたは電力段は、少なくとも４個の直列接続またはカスケードされた、例えば、ＭＯＳＦＥＴのような制御可能半導体スイッチを備えており、制御可能半導体スイッチ対が相互接続されているところには、少なくとも２個の中間回路ノードが位置している。１つ以上の中間ＤＣ供給電圧は、所望のマルチレベルＰＷＭ出力信号を正確に生成するために、これらの中間回路ノードの少なくとも幾つかに、順次接続され、およびそこから接続を順次解除されなければならない。従って、従来技術においては、１つ以上の中間ＤＣ供給電圧を、マルチレベルクラスＤオーディオアンプの出力ドライバまたは電力段の１つ以上の中間回路ノードへ順次接続し、およびそこから順次接続を解除するための有効制御回路が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の第１態様は、Ｎレベル駆動信号をラウドスピーカーに供給するためのマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプに関する。マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは、
第１出力ドライバであって、
第１ＤＣ供給レールと第２ＤＣ供給レールとの間に直列結合する少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチであって、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの制御端子は、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれに接続可能な、制御可能半導体スイッチと、
直列接続する２＊（Ｎ−１）個の半導体スイッチの間に介在する２＊（Ｎ−２）個の中間ノードと、
直列接続する２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの中間点に配置され、ラウドスピーカーの第１入力に接続可能なドライバ出力ノードまたはドライバ出力端子と、を備える、第１出力ドライバと、
（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧の受信のための（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードと、
複数の制御可能半導体スイッチを備えるスイッチングマトリックスであって、スイッチングマトリックスは、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードのそれぞれに結合する少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力と、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードのそれぞれに結合する少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力とを備える、スイッチングマトリックスと、
（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧のそれぞれを、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号の１つ以上に従って、スイッチングマトリックスを介して、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードの所定のノードセットに順次接続するように構成される制御回路と、を備え、Ｎは３以上の正の整数、つまり、Ｎ≧３である。
【０００５】
本マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの例としての実施の形態は、Ｎ＝３、Ｎ＝４、およびＮ＝５の値を有している。付随する図面を参照して下記に詳細に開示されるように、第１出力ドライバは、Ｎ＝３、４、および５に対して、少なくとも４、６、および８個のカスケードまたは直列結合されている制御可能半導体スイッチをそれぞれ備えている。第１出力ドライバの少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチのそれぞれは、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、またはＬＤＭＯＳパワートランジスタのようなＭＯＳＦＥＴパワートランジスタを備えることができる。幾つかの実施の形態においては、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの１／２を、第１出力ドライバの上方脚部（ｌｅｇ）に配置することができ、それぞれは、ＰＭＯＳパワートランジスタのゲート端子に対するゲート駆動回路を簡単にするためにＰＭＯＳパワートランジスタを備えている。少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの残りの１／２を、第１出力ドライバの下方脚部に配置することができ、それぞれは、ＮＭＯＳパワートランジスタを備えている。しかし、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチのすべては、代替の実施の形態においては、ＮＭＯＳパワートランジスタであってよい。
【０００６】
スイッチングマトリックスは制御可能半導体スイッチに基づいているので、スイッチングマトリックスは、相対的に低抵抗または低インピーダンスの双方向電導経路を、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧のそれぞれと、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードの所定のノードセットのそれぞれのノードとの間に提供することができる。双方向電導経路は、導通状態またはオン状態の、１つ以上の直列結合されている制御可能半導体スイッチを備えることができる。従って、第１出力ドライバの特別な中間ノードが、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧の特別な入力電圧に接続されたときに、相対的に小さな直列抵抗またはインピーダンスを、その特別なＤＣ入力電圧に加えることができる。この相対的に小さな直列抵抗またはインピーダンスは、ドライバ出力ノードを通して、ラウドスピーカーにおける出力電圧レベルの正確な設定を可能にする。更に、非導通状態またはオフ状態におけるスイッチングマトリックスの制御可能半導体スイッチの典型的に高いインピーダンスのために、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧の特別な入力電圧からの第１出力ドライバの特別な中間ノードの接続解除は、非常に効果的な方法で達成される。本マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの幾つかの実施の形態においては、スイッチングマトリックスは、スイッチ入力とスイッチ出力との間の単一の制御可能半導体スイッチを使用するが、他の実施の形態は、付随する図面を参照して下記に詳細に開示されるように、スイッチ入力とスイッチ出力との間で、幾つかの制御可能半導体スイッチを有する、より複雑なネットワークを使用する。当業者は、スイッチングマトリックスの複数の制御可能半導体スイッチのそれぞれが、例えば、非導通状態においては高いインピーダンスを有し、導通状態においては、低い、非常に対称性のあるインピーダンスを有する、例えば、ＮＭＯＳまたはＰＭＯＳトランジスタのようなＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えることができるということを理解するであろう。スイッチングマトリックスの複数の制御可能半導体スイッチの１個以上は、ＬＤＭＯＳトランジスタを備えることができる。
【０００７】
本マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの１つの実施の形態は、正のＤＣ供給レールに対するＤＣ電圧と少なくとも（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧とを生成するための必須の電力供給を含むが、他の実施の形態は、外部電力供給回路により生成される電力供給電圧を利用できる。前者の実施の形態によれば、マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは、スイッチングマトリックスの（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードにおける少なくとも（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧を生成するように構成されるマルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータを備える。マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータは、第１出力ドライバに結合される第１ＤＣ供給レールの電圧レベルを、例えば、スケーリングファクタ（ｎ−２）／［Ｎ−１］（ただし、ｎ＝３〜Ｎ）でスケーリングすることにより、実質的に等しい電圧間隔の（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧を生成するように構成できる。マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータは、本出願人の同時係属欧州特許出願第１４１８７４９０．９号に開示されているマルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ回路の１つを備えることができる。従って、後者のマルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ回路は、本マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの、正のＤＣ供給レールと（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードそれぞれへの接続のための、複数の実質的に等しい間隔を置いたＤＣ出力電圧を生成するように便利に構成することができる。マルチ出力ＤＣ−ＤＣコンバータは、２〜２０Ｖのように、または、より好ましくは１〜１０Ｖのように、１〜３０Ｖの範囲において最大ＤＣ電圧を生成するように構成できる。最大ＤＣ電圧は、本マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの正のＤＣ供給レールに加えることができる。マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ回路は、例えば、１０Ｖおよび５Ｖ、または１０Ｖ、６．６７Ｖ、３．３３ＶなどのＤＣ出力電圧を生成するように構成でき、ここにおいて１０Ｖは、少ない数の別個の構成要素を使用した高いエネルギー変換効率を有する、特定の適用要件およびＮの値に依存する最大ＤＣ電圧に対応する。
【０００８】
マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの制御回路は、第１出力ドライバの少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの制御端子に対する、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号を生成するように構成されているマルチフェーズパルス幅変調器を備えることができる。マルチフェーズパルス幅変調器は、パルス幅変調制御信号の、少なくとも（Ｎ−１）個の個々の位相を生成するように構成できる。パルス幅変調制御信号の少なくとも（Ｎ−１）個の個々の位相は、第１出力ドライバの少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチのそれぞれの制御端子に対する適切な変調制御信号を導出するために使用できる。マルチフェーズパルス幅変調器は、例えば、パルス幅変調制御信号の２個、３個、または４個の個々の位相を生成するように構成でき、２個の個々の位相は、相対的に実質的に１８０度位相をシフトすることができ、３個の個々の位相は、相対的に実質的に１２０度位相をシフトすることができ、４個の個々の位相は、相対的に実質的に９０度シフトすることができるといった具合に、より多くの数の個々の位相に対して相対的に位相をシフトすることができる。制御回路は更に、スイッチングマトリックスの複数の制御可能半導体スイッチのそれぞれの制御端子に対するパルス幅変調制御信号を生成するように構成できる。スイッチングマトリックスの半導体スイッチに対するパルス幅変調制御信号は、付随する図面を参照して下記に詳細に開示されるように、第１出力ドライバの少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの変調制御信号から、相対的に簡単な方法で導出できる。
【０００９】
制御回路のマルチフェーズパルス幅変調器は、それぞれが、マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプに対するオーディオ信号に結合されている第１入力と、コンパレータ出力において、パルス幅変調制御信号の少なくとも２つの個々の位相の生成のための三角または鋸波生成器に結合されている第２入力とを有している、２つ以上のコンパレータを備えることができる。制御回路は、１つ以上のパルス幅変調制御信号の位相反転レプリカを生成するための、種々のタイプのインバータとデジタルロジックとを備えることができる。これらの波生成器により生成される三角または鋸波信号の周波数は、マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの変調または搬送波周波数を設定する。三角または鋸波信号の周波数は、例えば、１００ｋＨｚと１ＭＨｚとの間に位置することができる。
【００１０】
マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは、ラウドスピーカーの第１および第２入力にわたって、例えば、ラウドスピーカーのボイスコイルにわたって差動駆動信号を供給するために、Ｈブリッジ出力ドライバ、または差動／ＢＴＬ出力ドライバトポロジを備えることができる。本実施の形態によれば、マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは、第１出力ドライバと実質的に同一であってよい第２出力ドライバと、第２スイッチングマトリックスとを備えている。従って、Ｈブリッジ出力ドライバ、または差動／ＢＴＬ出力ドライバを備えているマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは更に、
第２出力ドライバであって、
第１ＤＣ供給レールと第２ＤＣ供給レールとの間に直列結合する少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチであって、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの制御端子は、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれに接続可能な、制御可能半導体スイッチと、
第２出力ドライバの、直列接続する２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの間に介在する２＊（Ｎ−２）個の中間ノードと、
直列接続する２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの中間点に配置され、ラウドスピーカーの第２出力に接続可能な第２ドライバ出力ノードまたは第２ドライバ出力端子と、を備える、第２出力ドライバと、
複数の制御可能半導体スイッチを備える第２スイッチングマトリックスであって、スイッチングマトリックスは、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードのそれぞれに結合する少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力と、第２出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードのそれぞれに結合する少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力と、を備える、第２スイッチングマトリックスと、を備え、第２出力ドライバの少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれは、第１出力ドライバの対応する変調制御信号に対して位相反転されている。
【００１１】
Ｎ＝３の場合の、マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの例としての実施の形態は、
第１ＤＣ供給レールと第２ＤＣ供給レールとの間に直列結合する第１、第２、第３、および第４制御可能半導体スイッチを少なくとも備える第１出力ドライバを備えることができる。第１、第２、第３、および第４制御可能半導体スイッチのそれぞれの制御端子は、少なくとも４個の変調制御信号のそれぞれに接続可能であるか、または接続されており、第１出力ドライバは、第１直列接続制御可能半導体スイッチと第２直列接続制御可能半導体スイッチとの間に配置される第１中間ノードと、第３直列接続制御可能半導体スイッチと第４直列接続制御可能半導体スイッチとの間に配置される第２中間ノードを備える。スイッチングマトリックスは、
第１ＤＣ入力電圧ノードに結合するスイッチ入力と、第１出力ドライバの第１中間ノードに結合するスイッチ出力とを備える第５制御可能半導体スイッチと、第１ＤＣ入力電圧ノードに結合するスイッチ入力と、第１出力ドライバの第２中間ノードに結合するスイッチ出力とを備える第６制御可能半導体スイッチを備えることができ、制御回路は、
第５制御可能半導体スイッチの変調制御信号に従って、第１ＤＣ入力電圧を第１中間ノードに順次接続し、第６制御可能半導体スイッチの変調制御信号に従って、第１ＤＣ入力電圧を第２中間ノードに順次接続するように構成され、第５および第６制御可能半導体スイッチの変調制御信号は、実質的に位相反転されている。
【００１２】
当業者は、第１出力ドライバの少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチと、スイッチングマトリックスの複数の制御可能半導体スイッチと、任意に制御回路と第２出力ドライバを、例えば、シリコン半導体基板上に一体的に統合できるということを理解するであろう。これは、本マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの、低コストで小型の実施の形態を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
発明の種々の実施の形態を、付随する図面と連携して更に詳細に下記に記述する。
【図１】本発明に従う、Ｎレベル駆動信号をラウドスピーカーに供給するためのマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの簡略ブロック図である。
【図２】発明に従う、マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの第１出力ドライバとスイッチングマトリックスの簡略回路図を示している。
【図３】発明の第１実施の形態に従う、３レベルシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプの簡略ブロック図を示している。
【図４】発明の第２実施の形態に従う、Ｈブリッジ出力、または差動出力を有する３レベルクラスＤオーディオパワーアンプの簡略ブロック図を示している。
【図４Ａ】Ｈブリッジ出力段に基づく、４レベルクラスＤオーディオパワーアンプでの使用のための例としての４フェーズＰＷＭ変調器とＰＷＭ変調制御信号を示している。
【図５】発明の第３実施の形態に従う、シングルエンド出力を有する、４レベルクラスＤオーディオパワーアンプの簡略ブロック図を示している。
【図６】発明の第４実施の形態に従う、Ｈブリッジ出力、または差動出力を有する、４レベルクラスＤオーディオパワーアンプの簡略ブロック図を示している。
【図７】シングルエンドまたはＨブリッジ出力駆動を有する、４レベルクラスＤオーディオパワーアンプにおける使用のための代替のスイッチマトリックスを示している。
【図８】発明の第５実施の形態に従う、シングルエンド出力を有する、５レベルクラスＤオーディオパワーアンプの簡略模式回路図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の好適な実施の形態に従う、Ｎレベル駆動信号をラウドスピーカー５０に供給するためのマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ１００のトップレベルのブロック図を示している。マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは、オーディオ駆動電流および電圧をラウドスピーカーのボイスコイルに供給するために、第１および第２相補的Ｎレベル駆動信号Ｖｓｗ＿ａ、Ｖｓｗ＿ｂをラウドスピーカーの第１および第２端子に提供するＨブリッジ出力、または差動出力を備えている。マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプの本発明の他の実施の形態は、下記の追加的詳細において検討されるように、ラウドスピーカーの１つの端子にＮレベル駆動信号を提供し、一方では、中間供給ＤＣ参照電圧を他のラウドスピーカー端子に提供するシングルエンド出力を備えることができる。Ｎは３以上の正の整数であり、それにより、本発明に従うマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは、３、４、５、および更にそれ以上のレベルの駆動信号をラウドスピーカーに供給するように構成できる。
【００１５】
マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ１００は、上述したように、ラウドスピーカー５０に結合されている第１出力Ｖｓｗ＿ａおよび第２出力Ｖｓｗ＿ｂを有する第１出力ドライバと、任意に、第２出力ドライバを備えることができる電力段または出力回路４０とを備えている。ラウドスピーカー５０における駆動電圧は、Ｎレベルを備えており、ここにおいてＮは３以上の正の整数である。第１出力ドライバは、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールと、例えば、オーディオパワーアンプ１００のグランド電位である負のＤＣ供給レールとの間に直列結合されている少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチを備えることができる（示されているように）。下記に更に詳細に検討されるように、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの制御端子（図示されていない）は、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれに接続されている。マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ１００は、それぞれのゲート端子において自身の個々の制御電圧で制御される、ＭＯＳＦＥＴトランジスタのような複数の制御可能半導体スイッチ（図示されていない）を備えるスイッチングマトリックス３０を備えている。スイッチングマトリックス３０は、ここでは、（Ｎ−２）／（Ｎ−１）＊Ｐｖｄｄのライン、１／（Ｎ−１）＊Ｐｖｄｄのラインなどで例示されている（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードのそれぞれに結合されている、少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力を備えることができる。従って、マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ２０は、スイッチングマトリックス３０の（Ｎ−２）個のスイッチ入力のそれぞれに結合するための、（Ｎ−２）個の実質的に等しい間隔を置いたＤＣ入力電圧を生成するように構成されている。この電圧スケーリングは、上方ＤＣ供給電圧または第１ＤＣ供給電圧ＰＶｄｄを分割、またはスケーリングファクタ（ｎ−２）／［Ｎ−１］（ｎは３〜Ｎ）によりスケーリングすることで行われる。Ｎは、例えば、３、４、５、または６であってよく、下記に更に詳細に検討するように、本マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ１００の多数の好適な実施の形態を形成できる。スイッチングマトリックス３０は、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードのそれぞれに結合されている少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔｐなどを備えている。スイッチングマトリックス３０は、スイッチングマトリックス３０の（Ｎ−２）個のスイッチ入力、従って、対応する（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧が、どのように、およびいつ、少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力を介して、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードに結合されるかを判定するスイッチングマトリックス制御回路（図示されていない）を備えることができる。スイッチングマトリックス制御回路は、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号の１つ以上に従って、スイッチングマトリックス３０を介して、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧のそれぞれを第１出力ドライバの２＊（Ｎ−２）個の中間ノードの所定のノードセットに順次接続するように構成されている。それぞれのＤＣ入力電圧が接続されている第１出力ドライバの中間ノードの所定のセットは、該ＤＣ入力電圧の電圧レベルに依存して、および、図２のノードスイッチングの一覧を参照してさらに詳細に下記に記述されるようにＮに依存して、変化する。
【００１６】
電源１０は、マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ２０の入力２２に適切なＤＣ供給電圧を供給することにより、マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ１００に動作電力および電圧を供給できる。電源１０は、充電可能バッテリおよび／または、例えばＡＣ／ＤＣスイッチモード電力供給装置である、電源が接続されている電力供給回路を備えることができる。マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ２０は、本出願人の同時係属欧州特許出願第１４１８７４９０．９号に開示されているマルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ回路の１つを備えることができる。後者のマルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ回路は、少数の別個の構成要素を使用して、高いエネルギー変換効率で、例えば、１０Ｖ、５Ｖ、および０Ｖ、または１０Ｖ、６．６７Ｖ、３．３３Ｖなどのように、複数の実質的に等しい間隔を置いたＤＣ出力電圧を生成するように便利に構成できる。
【００１７】
図２は、上で検討した、例としてのスイッチングマトリックス２３０に結合されている電力段４０の第１出力ドライバ２４０の簡略回路図を示している。第１出力ドライバ２４０は、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールと、グランド電位またはグランドノード２４１の間に直列またはカスケード結合されている２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチＱ［２＊（Ｎ−１）−１］〜Ｑ［２＊（Ｎ−１）−２］を備えている。２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチＱ［２＊（Ｎ−１）−１］〜Ｑ［２＊（Ｎ−１）−２］のゲート入力または端子は、例としての３レベルパルス幅変調クラスＤオーディオパワーアンプ３００を参照して下記に更に詳細に説明されるように、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれに接続されている。当業者は、２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチＱ［２＊（Ｎ−１）−１］〜Ｑ［２＊（Ｎ−１）−２］のそれぞれは、ＩＧＢＴのようなパワートランジスタ、または、例えば、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、またはＤＭＯＳパワートランジスタのようなＭＯＳＦＥＴパワートランジスタであるＦＥＴパワートランジスタを備えることができることを理解するであろう。第１出力ドライバ２４０の１つの実施の形態においては、制御可能半導体スイッチＱ［２＊（Ｎ−１）−１］〜Ｑ［２＊（Ｎ−１）−２］のそれぞれは、トランジスタの所与のサイズに対する低いオン抵抗のために、ＮＭＯＳトランジスタを備えている。Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールは、１Ｖと３０Ｖの間のレベルを有することができる。第１出力ドライバ２４０は、直列接続されている２＊（Ｎ−１）個の半導体スイッチの間またはパワートランジスタ［２＊（Ｎ−１）−1］〜Ｑ［２＊（Ｎ−１）−２］の間に介在する２＊（Ｎ−２）個の中間ノードＶｐ［Ｎ−１］〜Ｖｎ［Ｎ−１］を備えている。第１出力ドライバ２４０は追加的に、直列接続されている２＊（Ｎ−１）個の半導体スイッチの中間点、例えば、最も内側のパワートランジスタＱ１とＱ０の相互接続されているドレインノードに配置されているドライバ出力ノードまたはドライバ出力端子Ｖｓｗを備えている。ドライバ出力端子Ｖｓｗは、オーディオ駆動電流および電圧を、ラウドスピーカーのボイスコイルに供給するために、前に検討したＮレベル出力信号をラウドスピーカーに送り出す。マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプは、Ｎレベル出力信号の搬送波信号成分を除去または抑制し、そして、それにより、潜在的に有害である超音波信号の過度のレベルに対してラウドスピーカーを保護するために、ラウドスピーカーのドライバ出力端子Ｖｓｗと入力端子との間に接続されているローパスフィルタを備えることができる。第１出力ドライバ２４０の２＊（Ｎ−２）個の中間ノードＶｐ［Ｎ−１］〜Ｖｎ［Ｎ−１］は、スイッチングマトリックス２３０の２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力のそれぞれに接続され、それにより、各中間ノードのＤＣ電圧を、スイッチングマトリックス２３０の特別な入力において利用可能な特別なＤＣ入力電圧に一時的に設定できる。スイッチングマトリックス２３０は、上で検討したように、（Ｎ−２）個の等しい間隔を置いたＤＣ入力電圧Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２、Ｖｄｃ３、Ｖｄｃ４、Ｖｄ��（Ｎ−２）のそれぞれに接続されている少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力を備えている。上で検討したように、スイッチングマトリックス制御回路（図示されていない）は、第１出力ドライバの２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号の１つ以上に従って、スイッチングマトリックス２３０を介して、（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧のそれぞれを、第１出力ドライバ２４０の２＊（Ｎ−２）個の中間ノードＶｐ［Ｎ−１］〜Ｖｎ［Ｎ−１］の所定のノードセットに順次接続するように構成されている。表２６０は、Ｎの各値、および中間ノードＶｎ１、Ｖｎ２、Ｖｎ３、Ｖｎ４、Ｖｎ［Ｎ−１］に対して、該中間ノードが、第１出力ドライバ２４０の動作の間に、２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号の１つ以上により、どのＤＣ入力電圧に一時的に接続されるかを示している。下方脚部の最も内側のパワートランジスタＱ０のドレインノードＶｎ１は、３レベル変調に対しては、例えば、一時的にＶｄｃ１に結合され、Ｖｄｃ１は好ましくは、例示されているように第２ＤＣ入力電圧がグランド電位であると仮定すれば、第１ＤＣ入力電圧Ｐｖｄｄの半分であるＤＣ電圧レベルの中間供給ＤＣ電圧である。Ｎの値が大きくなるにつれ、最も内側のパワートランジスタＱ０のドレインノードＶｎ１が一時的に接続される異なるＤＣ入力電圧の数も線形に増加し、それにより、ドレインノードＶｎ１は、Ｎ＝６の場合、Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２、Ｖｄｃ３、およびＶｄｃ４に一時的且つ選択的に接続される。第１出力ドライバ２４０の上方脚部の中間ノードＶｐ１、Ｖｐ２、Ｖｐ３、Ｖｐ４、Ｖｐ［Ｎ−１］のそれぞれは、下方脚部の対応するノードＶｎ１、Ｖｎ２、Ｖｎ３、Ｖｎ４、Ｖｎ［Ｎ−１］と反対の位相／反転位相で駆動される。
【００１８】
図３は、発明の第１実施の形態に従う、３レベルシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ３００の簡略ブロック図を示している。３レベルシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ３００は、任意のデュアル出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ３２０を備えている。デュアル出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ３２０は、出力ドライバ３４０に対して、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールにおいて第１ＤＣ出力電圧を生成するように構成されている。デュアル出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ３２０は更に、シングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ３００のスイッチングマトリックス３３０の単一ＤＣ入力電圧ノード３１２に加えられる、第２ＤＣ出力電圧１／２Ｐｖｄｄを生成するように構成されている。第２ＤＣ出力電圧１／２Ｐｖｄｄのレベルは、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールのレベルの約１／２であってよい。第１平滑容量Ｃ４は好ましくは、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールに結合され、第２平滑容量Ｃ３は好ましくは、１／２Ｐｖｄｄに接続される。出力ドライバ３４０は、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールと、シングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ３００の、本実施の形態においてはグランド電位である負のＤＣ供給レールとの間に直列接続されている、４個の、ＳＣＳと略記される制御可能半導体スイッチＱａ０、Ｑａ１、Ｑａ２、およびＱａ３を備えている。出力ドライバ３４０の第１脚部は、グランド電位に接続されている第１端部、例えばソース端子、を有し、且つ、出力ドライバ３４０の第１中間ノード３０１に接続されている第２端部、例えばドレイン端子、を有している第１制御可能ＳＣＳ  Ｑａ０と、第１中間ノード３０１に接続されている第１端部を有し、且つ、ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａに接続されている第２端部を有している第２制御可能ＳＣＳ  Ｑａ１とを備えている。出力ドライバのドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａは、音再生のためのラウドスピーカー３５０の端子または入力に接続可能である。図３に示されているクラスＤオーディオパワーアンプ３００の使用の間は、他のラウドスピーカー端子が、１／２Ｐｖｄｄである中間供給レベルに接続される。従って、ラウドスピーカー３５０における電圧は、Ｖｓｗ＿ａ−（１／２）Ｐｖｄｄである。出力ドライバ３４０の第２脚部は、ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａに接続されている第１端部を有し、且つ、第２中間ノード３０２に接続されている第２端部を有している第３制御可能ＳＣＳ  Ｑａ２と、第２中間ノード３０２に接続されている第１端部を有し、且つ、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給電圧レールに接続されている第２端部を有している第４制御可能ＳＣＳ  Ｑａ３とを備えている。当業者は、出力ドライバ３４０の第１、第２、第３、および第４制御可能半導体スイッチのそれぞれは、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、またはＬＤＭＯＳパラートランジスタのようなＭＯＳＦＥＴパワートランジスタを備えることができることを理解するであろう。
【００１９】
スイッチングマトリックス３３０は、単一のＤＣ入力電圧ノード３１２に結合されている単一のスイッチ入力と、第５ＳＣＳ  Ｑａ４および第６ＳＣＳ  Ｑａ５の形態の、２個の制御可能半導体スイッチとを備えている。第５ＳＣＳ  Ｑａ４の第１端部、例えばドレイン端子は、出力ドライバ３４０の第１中間ノード３０１に接続されており、Ｑａ４の第２端部は、１／２Ｐｖｄｄである中間供給レベルの受信のために、スイッチ入力ノード３１２においてスイッチ入力に接続されている。第６ＳＣＳ  Ｑａ５は、スイッチ入力に接続されている第１端部と、出力ドライバ３４０の第２中間ノード３０２に接続されている第２端部とを有している。６個の制御可能ＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ５のそれぞれは、制御端子、例えば、ゲート端子を有しており、適切な制御信号に従って、該ＳＣＳを、導通／オン状態と、非導通／オフ状態との間で切り替える。動作中は、デュアル出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ３２０は、出力ドライバ３４０とスイッチングマトリックス３３０とに電力を供給するための第１ＤＣ出力電圧Ｐｖｄｄおよび第２ＤＣ出力電圧１／２Ｐｖｄｄを生成して、後者の回路に、等しい間隔を置いたＤＣ電圧を供給する。デュアル出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ３２０には、任意の適切な電源から電力を供給することができ、例えば、電力入力３１０における充電可能バッテリセルまたはバッテリパック（Ｖｂａｔ）から電力供給可能である。ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａにおいて、増幅されたオーディオ信号を生成するために、６個の制御可能ＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ５のＳＣＳ制御端子は、例えば、波形プロット３６０に示されているような、それぞれの変調制御信号により駆動される。変調制御信号は、特に、マルチフェーズＰＷＭ変調器を備える制御回路３７０により生成される。入力オーディオ信号Ｖｍｏｄは、２個のコンパレータ３１１、３１２の非反転入力のそれぞれに加えられる。２個のコンパレータ３１１、３１２の反転入力のそれぞれは、相補的三角波信号、つまり、反対の極性の波形を受信する。出力ドライバ３４０のＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ３と、スイッチングマトリックス３３０のＳＣＳ  Ｑａ４〜Ｑａ５とのそれぞれの制御端子に提供される変調制御信号Ｑａ０〜Ｑａ５の結果としての波形は、すべて波形プロット３６０に示されている。波形プロット３６０は更に、ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａにおける結果としての電圧、ラウドスピーカー３５０における結果としての電圧Ｖｓｗ＿ａ−１／２Ｐｖｄｄ、第２中間ノード３０２における結果としての電圧Ｖｐａ、および第１中間ノード３０１における結果としての電圧Ｖｎａも示しており、これらすべては、制御回路３７０の動作を反映している。
【００２０】
そのため、Ｑａ４〜Ｑａ５に対する変調制御信号は、反対の極性を有しており、位相シフトは実質的に０度であり、一方、ＳＣＳ  Ｑａ３〜Ｑａ４に対する変調制御信号は、同じ極性を有しており、位相シフトは実質的に０度である。Ｑａ１〜Ｑａ２に対する変調制御信号は、反対の極性を有しており、位相シフトは１８０度である。
【００２１】
従って、スイッチングマトリックス３３０のスイッチ入力３１２に加えられる第２ＤＣ出力電圧１／２Ｐｖｄｄは、第１中間ノード３０１と第２中間ノード３０２とに順次接続される。第２ＤＣ出力電圧１／２Ｐｖｄｄは、Ｑａ４が導通状態でＱａ５が非導通状態のときに、Ｑａ４のオン抵抗を通して第１中間ノード３０１に接続される。同様に、第２ＤＣ出力電圧１／２Ｐｖｄｄは、Ｑａ５が導通状態でＱａ４が非導通状態のときに、Ｑａ５のオン抵抗を通して第２中間ノード３０２に接続される。Ｑａ４〜Ｑａ５の変調制御信号の反対の極性は、任意の所与の時間において、これらのＳＣＳの１つのみが導通状態であることを確実にする。制御回路３７０は好ましくは、図３の波形プロット３６０に示されているように、出力ドライバ３４０を順次、３２１、３２２、および３２３のような少なくとも３つの異なる状態または構成（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）にそれぞれ置くように構成される。
【００２２】
第１状態３２１においては、Ｑａ０、Ｑａ２、およびＱａ５は非導通状態であり、一方、Ｑａ１、Ｑａ３、およびＱａ４は導通状態であり、それぞれの波形は、関連する制御可能半導体スイッチの制御端子における、該変調制御信号の論理レベルを示している。第２状態３２２においては、Ｑａ１、Ｑａ３、およびＱａ４は非導通状態であり、一方、Ｑａ０、Ｑａ２、およびＱａ５は導通状態である。第３状態または構成３２３においては、Ｑａ１、Ｑａ３、およびＱａ４は非導通状態であり、一方、Ｑａ０、Ｑａ２、およびＱａ５は導通状態である。制御回路３７０は好ましくは、出力ドライバ３４０の少なくとも動作期間の間は、出力ドライバを、下記の通りに、これら３つの状態３２１、３２２、および３２３の間で順次切り替えるように構成されている。第１状態３２１→第２状態３２２→第３状態３２３→第２状態３２２→第１状態３２１。
【００２３】
図４は、発明の第２実施の形態に従う、Ｈブリッジ出力ドライバ、または差動／ＢＴＬ出力ドライバトポロジを有する、３レベルクラスＤオーディオパワーアンプ４００の簡略ブロック図を示している。３レベルクラスＤオーディオパワーアンプ４００は、任意のデュアル出力ブーストＤＣ-ＤＣパワーコンバータ４２０を備えている。デュアル出力ＤＣ-ＤＣパワーコンバータ４２０は、発明の第１実施の形態に関連して上述したデュアル出力ＤＣ-ＤＣパワーコンバータ３２０と実質的に同一であってよい。同様に、デュアル出力ブーストＤＣ-ＤＣパワーコンバータ４２０の電源４１０は、前に検討した電源３１０と同一であってよい。出力ドライバ４４０は、前に検討した出力ドライバ３４０とスイッチングマトリックス３３０とは対照的に、関連するスイッチングマトリックスを有する、いわゆるＨブリッジまたはＢＴＬトポロジで構成されている２個の別個のドライバ回路を備えている。出力ドライバ４４０の第１ドライバセクションは、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールと、本実施の形態においてはグランド電位である負のＤＣ供給レールとの間に直列に結合されている４個の制御可能半導体スイッチＱａ０、Ｑａ１、Ｑａ２、およびＱａ３を備えている。スイッチングマトリックスは、制御可能ＳＣＳ  Ｑａ４およびＱａ５を備えている。当業者は、本クラスＤパワーアンプ４００の第１ドライバセクションおよび関連するスイッチングマトリックスの構成要素および動作の特性が、上で検討した発明の第１実施の形態の出力ドライバ３４０およびスイッチングマトリックス３３０の構成要素および動作の特性と同一であってよいことを認識するであろう。特に、出力ドライバ４４０のＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ３と、スイッチングマトリックスのＳＣＳ  Ｑａ４〜Ｑａ５とのそれぞれの制御端子に提供される変調制御信号Ｑａ０〜Ｑａ５の波形は、波形プロット３６０に示されている対応する波形と同一であってよい。変調制御信号は、下で検討されるように、Ｈブリッジ出力ドライバ４４０に対する、ある追加的ロジック回路を有しているが、第１実施の形態の制御回路３７０に類似した制御回路（図示されていない）により生成できる。出力ドライバ４４０は、第１出力ドライバ３４０とは対照的に、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールと、グランドである負のＤＣ供給レールとの間に直列結合されている４個の制御可能半導体スイッチＱａ６、Ｑａ７、Ｑａ８、およびＱａ９を備える第２ドライバセクションを備えている。第２スイッチングマトリックスは、制御可能ＳＣＳ  Ｑａ１０およびＱａ１１を備えている。第１および第２スイッチングマトリックスは、もちろん、３レベルクラスＤオーディオパワーアンプ４００の単一の、より大きなスイッチングマトリックスと見ることができる。出力ドライバ４４０の第１および第２ドライバセクションは、好ましくは、実質的に同一である。第１ドライバセクションは、第１および第２中間ノード４０１、４０２を備え、第２ドライバセクションは、第３および第４中間ノード４０３、４０４を備えている。
【００２４】
出力ドライバ４４０は、第１ドライバセクションのＱａ１とＱａ２との間の相互接続ノード４２１における第１ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａと、第２ドライバセクションのＱａ７とＱａ８との間の相互接続ノード４２２における第２ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ｂとを備えている。第１ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａおよび第２ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ｂは、第１ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａおよび第２ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ｂにわたる差動駆動電圧および変調駆動電圧のオーディオ信号成分に従う音再生のためのラウドスピーカー４５０のラウドスピーカー端子対に接続可能である。
【００２５】
マルチフェーズＰＷＭ変調器は、波形プロット３６０に示されている対応する変調制御信号Ｑａ０〜Ｑａ５に対して位相反転されている、第２ドライバセクションに対する変調制御を生成または導出するように構成されている。従って、波形プロット３６０において、Ｑａ６のゲート端子に加えられる変調制御信号は、変調制御信号Ｑａ０に対して位相反転され、または反対の極性であり、Ｑａ７のゲート端子に加えられる変調制御信号は、変調制御信号Ｑａ１に対して位相反転されるといった具合である。従って、第１ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａおよび第２ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ｂにおける出力電圧は位相反転され、上で検討したシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ３００により生成される駆動電圧と比較して、ラウドスピーカー４５０における駆動電圧を倍にする。
【００２６】
図４と関連して模式的に例示されている更に別の実施の形態においては、４フェーズＰＷＭ変調器を備える制御回路４７０は、波形プロット３６０に示されているＱａ０〜Ｑａ５に対する対応する変調制御信号に対して位相反転され、実質的に９０度位相シフトされている第２ドライバセクションのＱａ６〜Ｑａ１１に対するＰＷＭ変調制御を生成または導出するように構成されており、第１および第２ドライバセクションに対する変調制御の位相反転特性により提供される３つの異なる電圧レベルではなく、５つの異なる電圧レベルを備える、第１ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａおよび第２ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ｂにわたるＰＷＭ駆動信号を提供する。
【００２７】
下記の表１は、ＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ１１に対する変調制御の相対的な位相および極性を一覧表示している。下記の表１と表２において、「極性」欄における（＋）は、非反転変調制御信号を示し、「極性」欄における（−）は、（＋）に対して反転された変調制御信号を示している。従って、例えば、Ｑａ０およびＱａ３に対する変調制御信号は、反転されまたは相補的であり、例えば、Ｑａ１およびＱａ２に対する変調制御信号は、反転されまたは相補的である。
【００２８】
Ｈブリッジ出力ドライバおよびスイッチングマトリックスのＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ１１のそれぞれの制御端子に提供されるＰＷＭ変調制御信号Ｑａ０〜Ｑａ１１の結果としての波形は、すべて波形プロット４６０に示されている。波形プロット４６０は更に、駆動出力における結果としての駆動電圧も示している。
【００２９】
【表１】
2018502511.tif 000003
【００３０】
制御回路４７０は、出力ドライバ４４０の少なくとも動作期間の間は、波形プロット４６０に示されている４つの構成または状態５２１、５２２、５２３、５２４の間で、出力ドライバを下記の通りに順次切り替えるように構成できる。第１構成５２１→第２構成５２２→第３構成５２３→第４構成５２４→第１構成５２１。
【００３１】
図５は、発明の第３実施の形態に従う、４レベルシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ５００の簡略ブロック図を示している。従って、Ｎ＝４である。４レベルシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ５００は、マルチ出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ５２０を備えることができる。マルチ出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ５２０は、クラスＤオーディオパワーアンプ５００のシングルエンド出力ドライバ５４０の、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールに対する第１ＤＣ出力電圧を生成するように構成されている。マルチ出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ５２０は更に、クラスＤオーディオパワーアンプ５００のスイッチングマトリックス５３０の第１スイッチ入力５２３に加えられる第２ＤＣ出力電圧２／３Ｐｖｄｄを生成するように構成されている。第２ＤＣ出力電圧２／３Ｐｖｄｄの電圧レベルまたは電圧の振幅は、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールのレベルの約２／３であってよい。マルチ出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ５２０は更に、スイッチングマトリックスの第２スイッチ入力５２１に加えられる、第３ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄを生成する。第３ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄの電圧レベルまたは電圧の振幅は、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールのレベルの約１／３であってよい。マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ５２０は、本出願人の同時係属欧州特許出願第１４１８７４９０．９号に開示されているマルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータの１つを備えることができる。
【００３２】
シングルエンド出力ドライバ５４０は、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールと、クラスＤオーディオパワーアンプ５００の本実施の形態においてはグランド電位である負のＤＣ供給レールの間に直列／カスケード結合または接続されている６個の制御可能ＳＣＳ  Ｑａ０、Ｑａ１、Ｑａ２、Ｑａ３、Ｑａ４、Ｑａ５、およびＱａ６を備えている。シングルエンド出力ドライバ５４０は、中間ノード５０１、５０２、５０３、５０４を備えている。出力ドライバ５４０の第１脚部は、それぞれがＮＭＯＳまたはＬＤＭＯＳトランジスタを備えることができるＱａ０、Ｑａ１、およびＱａ２を備えている。Ｑａ２のドレイン端子は、ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａに接続されている。出力ドライバ５４０の第２脚部は、それぞれがＰＭＯＳまたはＬＤＭＯＳトランジスタを備えることができるＱａ３、Ｑａ４、Ｑａ５を備えている。Ｑａ３のドレイン端子は、ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａに接続されている。ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａは、音再生のためのラウドスピーカー５５０の端子または入力に接続可能である。クラスＤオーディオパワーアンプ５００の使用中は、他のラウドスピーカー端子を、第２ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄに接続できる。従って、ラウドスピーカー５５０における駆動電圧は、Ｖｓｗ＿ａ−１／３Ｐｖｄｄである。出力ドライバ５４０の第２脚部は、Ｑａ４、Ｑａ５、およびＱａ６を備えており、Ｑａ３は、ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａに接続されている第１端部またはドレイン端子を有している。Ｑａ３の第２端部は、第３中間ノード５０３においてＱａ４に接続されている。Ｑａ５は、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールに接続されているソース端子と、第４中間ノード５０４においてＱａ４のソースに接続されているドレイン端子とを有している。当業者は、出力ドライバ５４０の第１〜第６制御可能半導体スイッチのそれぞれが、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、またはＬＤＭＯＳパワートランジスタのようなＭＯＳＦＥＴパワートランジスタを備えることができることを理解するであろう。
【００３３】
スイッチングマトリックス５３０は、ブーストＤＣ−ＤＣコンバータ５２０の第２および第３ＤＣ出力電圧のそれぞれに結合されている、前に検討した第１および第２スイッチ入力５２３、５２１を備えている。スイッチングマトリックス５３０は更に、出力ドライバ５４０のそれぞれの中間ノード５０１、５０２、５０３、５０４に接続されている少なくとも４個のスイッチ出力５１１、５１２、５１３、５１４を備えている。スイッチングマトリックス５３０は、Ｑａ６、Ｑａ７、Ｑａ８、Ｑａ９、Ｑａ１０、およびＱａ１１の形態の本実施の形態における６個の制御可能半導体スイッチを備えている。１１個の制御可能ＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ１１のそれぞれは、該ＳＣＳを、前に検討したように、適切な変調制御信号、例えば、ＰＷＭ変調制御信号に従って、導通／オン状態と非導通／オフ状態との間で切り替えるために、ゲート端子のような制御端子を有している。動作中は、マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ５２０は、出力ドライバ５４０とスイッチングマトリックス５３０に電力供給するために、第１ＤＣ出力電圧Ｐｖｄｄ、第２ＤＣ出力電圧２／３Ｐｖｄｄ、および第３ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄを生成し、それにより後者の回路に、等しい間隔を置いたＤＣ電圧のセットを供給する。デュアル出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ５２０は、任意の適切な電源、例えば、充電可能バッテリセルまたはバッテリパック（Ｖｂａｔ）５１０により電力供給できる。ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａにおいて、増幅されたオーディオ信号を生成するために、６個の制御可能ＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ５のＳＣＳ制御端子は、発明の第２実施の形態、および対応する波形プロット３６０に関連して前に検討したように、それぞれの変調制御信号により駆動される。動作の間は、スイッチングマトリックス５３０は、適切な信号レベルを、スイッチングマトリックス５３０のＳＣＳ  Ｑａ６、Ｑａ７、Ｑａ８、Ｑａ９、Ｑａ１０、およびＱａ１１の制御端子に加えることにより、第２中間ノード５０２を、第２ＤＣ出力電圧２／３Ｐｖｄｄおよび第３ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄに順次接続し、第３中間ノード５０３を、第２ＤＣ出力電圧２／３Ｐｖｄｄおよび第３ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄに順次接続する。当業者は、例えば、Ｑａ６およびＱａ１０を、それらの導通状態に切り替え、同時に、例えば、Ｑａ７、Ｑａ８、Ｑａ９、およびＱａ１１を、それらの非導通状態に切り替えることで、第２中間ノード５０２を、第２ＤＣ出力電圧２／３Ｐｖｄｄに接続できるということを認識するであろう。加えて、例えば、Ｑａ６およびＱａ９を、それらの導通状態に切り替え、同時に、例えば、Ｑａ９、Ｑａ７、およびＱａ１１を、それらの非導通状態に切り替えることで、第２中間ノード５０２を、第３ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄに接続できる。当業者は、スイッチングマトリックス５３０のＳＣＳ  Ｑａ６、Ｑａ７、Ｑａ８、Ｑａ９、Ｑａ１０、およびＱａ１１の適切な状態または構成を選択することにより、第３中間ノード５０３を、第２ＤＣ出力電圧２／３Ｐｖｄｄと、第３ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄとに順次接続できるということを認識するであろう。更に、図２の表２６０により考案される４レベル出力ドライバ（���＝４）に対する一般的な状態切替えルールに従って、当業者は、第１中間ノード５０１を、第３ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄのみに選択的に接続でき、同じ特徴を、第４中間ノード５０４に対しても適用できることを認識するであろう。
【００３４】
本４レベルシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ５００のＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ１１に対する変調制御信号は、制御回路３７０、４７０に対する、前に検討した設計原則に従って適切に構成されているマルチフェーズＰＷＭ変調器（図示されていない）により生成できる。下記の表２は、マルチフェーズＰＷＭ変調器により生成され、シングルエンド出力ドライバまたは段５４０のＳＣＳ  Ｑａ１〜Ｑａ５の制御端子と、スイッチングマトリックス５３０のＳＣＳ  Ｑａ６〜Ｑａ１１の制御端子とに加えられる変調制御信号の相対的な位相および極性を一覧表示している。
【００３５】
【表２】
2018502511.tif 000004
【００３６】
図６は、発明の第４実施の形態に従う、Ｈブリッジ出力ドライバ、または差動／ＢＴＬ出力ドライバトポロジを有する、４レベルクラスＤオーディオパワーアンプ６００の簡略ブロック図を示している。４レベルクラスＤオーディオパワーアンプ６００は、任意である、トリプル出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ６２０を備えている。トリプル出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ６２０は、発明の第３実施の形態に関連して上述したトリプル出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ５２０と実質的に同一であってよい。同様に、電源６１０は、前に検討した電源３１０、５１０と同一であってよい。出力ドライバ４４０は、関連するスイッチングマトリックス６３０ａ、６３０ｂを有する、いわゆるＨブリッジまたはＢＴＬトポロジで構成されている２個の別個のドライバ回路６４０ａ、６４０ｂを備えている。第１ドライバセクション６４０ａは、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールと、本実施の形態においてはグランド電位である負のＤＣ供給レールとの間に直列結合されている６個の制御可能半導体スイッチＱａ０〜Ｑａ５を備えている。スイッチングマトリックス６３０ａは、発明の第３実施の形態の、前に検討されたスイッチングマトリックス５３０と同一であってよい。当業者は、本４レベルクラスＤオーディオパワーアンプ６００の第１ドライバセクション６４０ａおよび関連するスイッチングマトリックス６３０ａの構成要素および動作の特性が、上で検討した発明の第３実施の形態の出力ドライバ５４０およびスイッチングマトリックス５３０の構成要素および動作の特性と同一であってよいということを認識するであろう。特に、出力ドライバ５４０のＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ５およびスイッチングマトリックスのＳＣＳ  Ｑａ６〜Ｑａ１１のそれぞれの制御端子に提供される変調制御信号Ｑａ０〜Ｑａ５の波形は、表２に一覧表示されている対応する波形と同一であってよい。変調制御信号は、適切なマルチフェーズＰＷＭ変調器（図示されていない）により生成できる。出力ドライバは、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールと、グランドである負のＤＣ供給レールとの間に直列結合されている６個の制御可能半導体スイッチＱａ１２〜Ｑａ１７を備える第２ドライバセクション６４０ｂを備えている。第２スイッチングマトリックス６３０ｂは、第２ＤＣ出力電圧２／３Ｐｖｄｄおよび第３ＤＣ出力電圧１／３Ｐｖｄｄが第２ドライバセクション６４０ｂの第１、第２、第３、および第４中間ノード６０５、６０６、６０７、６０８に結合されるシーケンスを制御する。第１スイッチングマトリックス６３０ｂは同様に、第２および第３ＤＣ出力電圧２／３Ｐｖｄｄおよび１／３Ｐｖｄｄが第１ドライバセクション６４０ａの第１、第２、第３、および第４中間ノード６０１、６０２、６０３、６０４に結合されるシーケンスを制御する。第１および第２スイッチングマトリックス６３０ａ、６３０ｂは、もちろん、４レベルクラスＤオーディオパワーアンプ６００の単一の、より大きなスイッチングマトリックスとして見ることができる。出力ドライバの第１および第２ドライバセクション６４０ａ、６４０ｂは、好ましくは、実質的に同一である。
【００３７】
出力ドライバは、第１ドライバセクション６４０ａのＱａ２とＱａ３との間の相互接続ノードにおける第１ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａと、第２ドライバセクション６４０ｂのＱａ１４とＱａ１５との間の相互接続ノードにおける第２ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ｂとを備えている。第１ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａおよび第２ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ｂは、第１ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａおよび第２ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ｂにおける差動駆動電圧および変調駆動電圧のオーディオ信号成分に従って、音再生のためのラウドスピーカー６５０のラウドスピーカー端子対に接続可能である。
【００３８】
マルチフェーズＰＷＭ変調器（図示されていない）は、上の表１に一覧表示されている対応する変調制御信号Ｑａ０〜Ｑａ１１に対して位相反転され、実質的に６０度位相シフトされている第２ドライバセクション６４０ｂおよび第２スイッチングマトリックス６３０ｂに対する変調制御信号を生成または導出するように構成されている。従って、マルチフェーズＰＷＭ変調器により生成される変調制御信号の相対的な位相および極性は下記の通りであり、ここでは、表１と表２と同じ符号規則を使用している。
【００３９】
Qa11: (-) 0°
Qa10: (+) 0°
Qa9: (-) 0°
Qa8: (+) 0°
Qa7: (-) 120°
Qa6: (+) 120°
Qa5: (+) 0°
Qa4: (+) 120°
Qa3: (+) 240°
Qa2: (-) 240°
Qa1: (-) 120°
Qa0: (-) 0°
Qa23: (+) 300°
Qa22: (-) 300°
Qa21: (+) 300°
Qa20: (-) 300°
Qa19: (+) 60°
Qa18: (-) 60°
Qa17: (-) 300°
Qa16: (-) 60°
Qa15: (-) 180°
Qa14: (+) 180°
Qa13: (+) 60°
Qa12: (+) 300°
【００４０】
ここで、第１スイッチングマトリックス６３０ａはＳＣＳ  Ｑａ６〜Ｑａ１１を備え、第２スイッチングマトリックス６３０ｂはＳＣＳ  Ｑａ１８〜Ｑａ２３を備えている。
【００４１】
図７は、代替のトポロジを有するスイッチングマトリックス７３０と、上で検討した４レベルクラスＤオーディオパワーアンプ６００の出力ドライバの第１ドライバセクション６４０ａまたは第２ドライバセクション６４０ｂへのスイッチングマトリックス７３０の結合とを示している。
【００４２】
図８は、発明の第５実施の形態に従う、５レベルシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ８００の簡略ブロック図を示している。従って、Ｎ＝５である。５レベルシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ８００は、マルチ出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ８２０を備えることができる。マルチ出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ８２０は、クラスＤオーディオパワーアンプ８００のシングルエンド出力ドライバ８４０の、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールに対する第１ＤＣ出力電圧を生成するように構成されている。マルチ出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ８２０は更に、クラスＤオーディオパワーアンプ８００のスイッチングマトリックス８３０の第１スイッチ入力８２５に加えられる、第２ＤＣ出力電圧３／４Ｐｖｄｄを生成するように構成されている。第２ＤＣ出力電圧３／４Ｐｖｄｄの電圧レベルまたは電圧の振幅は、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールのレベルの約３／４であってよい。マルチ出力ブーストＤＣ−ＤＣパワーコンバータ８２０は更に、スイッチングマトリックス８３０の第２スイッチ入力８２３に加えられる第３ＤＣ出力電圧１／２Ｐｖｄｄを生成し、スイッチングマトリックス８３０の第３スイッチ入力８２１に加えられる第４ＤＣ出力電圧１／４Ｐｖｄｄを生成する。第３ＤＣ出力電圧１／２Ｐｖｄｄの電圧レベルまたは電圧の振幅は、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールのレベルの約１／２であってよく、第４ＤＣ出力電圧１／４Ｐｖｄｄは、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールのレベルの約１／４であってよい。マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ８２０は、本出願人の同時係属欧州特許出願第１４１８７４９０．９号において開示されているマルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ回路の１つを備えることができる。スイッチングマトリックス８３０は、ＳＣＳ  Ｑａ１０〜Ｑａ１９を備えている。シングルエンド出力ドライバ８４０は、Ｐｖｄｄである正のＤＣ供給レールと、クラスＤオーディオパワーアンプ８００の本実施の形態においてはグランド電位である負のＤＣ供給レールとの間に直列／カスケード結合または接続されている少なくとも８個の制御可能ＳＣＳ  Ｑａ０、Ｑａ１、Ｑａ２、Ｑａ３、Ｑａ４、Ｑａ５、Ｑａ６、Ｑａ７、およびＱａ８を備えている。シングルエンド出力ドライバ８４０は更に、中間ノード８０１、８０２、８０３、８０４、８０５、および８０６を備えている。Ｑａ０〜Ｑａ４のそれぞれは、ＮＭＯＳまたはＬＤＭＯＳトランジスタを備えることができる。Ｑａ３のドレイン端子は、ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａに接続されている。Ｑａ５〜Ｑａ８のそれぞれは、ＰＭＯＳまたはＬＤＭＯＳトランジスタを備えることができる。Ｑａ４のドレイン端子は、ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａに接続されている。ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａは、音再生のためのラウドスピーカー８５０の端子または入力に接続可能である。クラスＤオーディオパワーアンプ８００の使用の間は、他のラウドスピーカー端子を、第３ＤＣ出力電圧１／２Ｐｖｄｄに接続できる。従って、ラウドスピーカー８５０における駆動電圧は、Ｖｓｗ＿ａ−１／２Ｐｖｄｄである。当業者は、出力ドライバ８４０の第１〜第８制御可能��導体スイッチのそれぞれが、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、またはＬＤＭＯＳパワートランジスタのようなＭＯＳＦＥＴパワートランジスタを備えることができるということを理解するであろう。
【００４３】
スイッチングマトリックス８３０は、６個の中間ノード８０１〜８０７のそれぞれに接続されている少なくとも６個のスイッチ出力を備えている。１９個の制御可能ＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ１９のそれぞれは、前に検討したように、適切な変調制御信号、例えば、ＰＷＭ変調制御信号に従って、該ＳＣＳを、導通／オン状態と非導通／オフ状態の間で切り替えるための制御端子、例えば、ゲート端子を有している。トリプル出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータ８２０には、適切な電力／エネルギー源、例えば、充電可能バッテリセルまたはバッテリパック８１０により電力を供給できる。ドライバ出力ノードＶｓｗ＿ａにおいて、増幅されたオーディオ信号を生成するために、８個の制御可能Ｑａ０〜Ｑａ７の制御端子は、発明の第３実施の形態および対応する波形プロット３６０と関連して前に検討したように、それぞれの変調制御信号により駆動される。動作の間は、スイッチングマトリックス８３０は、図２の表２６０により考案される５レベル出力ドライバ（Ｎ＝５）に対する通常状態切り替えルールに従って、中間ノード８０１〜８０７を、第２、第３、および第４ＤＣ出力電圧の１つ以上に順次接続する。
【００４４】
本５レベルシングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ８００のＳＣＳ  Ｑａ０〜Ｑａ１９に対する変調制御信号は、制御回路３７０、４７０に対する、前に検討した設計原則に従って、適切に構成されたマルチフェーズＰＷＭ変調器（図示されていない）により生成できる。マルチフェーズＰＷＭ変調器により生成され、シングルエンド出力ドライバまたは段８４０のＳＣＳ  Ｑａ１〜Ｑａ７の制御端子と、スイッチングマトリックス８３０のＳＣＳ  Ｑａ８〜Ｑａ１９の制御端子とに加えられる相対的な位相と極性とは、表１と表２と同じ符号規則を使用して、下記の通りであってよい。
【００４５】
【数１】
2018502511.tif 000005
【００４６】
更に、シングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ８００の５レベルＨブリッジの変形例は、第１ドライバセクション８４０と同一である第２ドライバセクションと、スイッチングマトリックス８３０と同一である第２スイッチングマトリックスとを備えることができる。後者の場合、第２ドライバセクションは、制御可能ＳＣＳ  Ｑａ２０〜Ｑａ２７と、制御可能ＳＣＳ  Ｑａ２８〜Ｑａ３９を備える第２スイッチングマトリックスとを備えることができる。マルチフェーズＰＷＭ変調器により生成され、ＳＣＳ  Ｑａ２０〜Ｑａ３９の制御端子に加えられる相対的な位相シフトおよび極性は、上に一覧表示した、シングルエンドクラスＤオーディオパワーアンプ８００の対応する変調制御信号Ｑａ０〜Ｑａ１９に対して反転され、実質的に４５度シフトされている。従って、マルチフェーズＰＷＭ変調器により生成される変調制御信号の相対的位相と極性は下記の通りである。
【００４７】
【数２】
2018502511.tif 000006
【図１】
2018502511.tif 000007
【図２】
2018502511.tif 000008
【図３】
2018502511.tif 000009
【図４】
2018502511.tif 000010
【図４Ａ】
2018502511.tif 000011
【図５】
2018502511.tif 000012
【図６】
2018502511.tif 000013
【図７】
2018502511.tif 000014
【図８】
2018502511.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月29日(2017.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎレベル駆動信号をラウドスピーカーに供給するためのマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ（３００、４００、５００、６００、８００）であって、
第１出力ドライバであって、
第１ＤＣ供給レールと第２ＤＣ供給レールとの間に直列結合する少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチであって、前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの制御端子は、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれに接続可能な、制御可能半導体スイッチと、
前記直列結合する２＊（Ｎ−１）個の半導体スイッチの間に介在する２＊（Ｎ−２）個の中間ノードと、
前記直列結合する２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの中間点に配置され、前記ラウドスピーカーの第１入力に接続可能なドライバ出力ノードまたはドライバ出力端子と、を備える、第１出力ドライバと、
（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧の受信のための（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードと、
複数の制御可能半導体スイッチを備えるスイッチングマトリックスであって、前記スイッチングマトリックスは、前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードのそれぞれに結合する少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力と、前記第１出力ドライバの前記２＊（Ｎ−２）個の中間ノードのそれぞれに結合する少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力とを備える、スイッチングマトリックスと、
前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧のそれぞれを、前記第１出力ドライバの前記２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号の１つ以上に従って、前記スイッチングマトリックスを介して、前記第１出力ドライバの前記２＊（Ｎ−２）個の中間ノードの所定のノードセットに順次接続するように構成される制御回路と、を備え、
Ｎは３以上の正の整数である、マルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項２】
前記スイッチングマトリックスの前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードにおける少なくとも前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧を生成するように構成されるマルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータを更に備える、請求項１に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項３】
前記マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータは、前記第１出力ドライバに結合される、Ｐｖｄｄである前記第１ＤＣ供給レールのレベルを、スケーリングファクタ（ｎ−２）／［Ｎ−１］（ただし、ｎ＝３〜Ｎ）でスケーリングすることにより、実質的に等しい電圧間隔の前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧を生成するように構成される、請求項２に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項４】
前記制御回路は、前記第１出力ドライバの前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの前記制御端子に対するそれぞれのパルス幅変調制御信号を生成するための、少なくとも（Ｎ−１）個の個々の位相を生成するように構成されているマルチフェーズパルス幅変調器を備える、請求項１〜３の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項５】
前記制御回路は更に、前記スイッチングマトリックスの前記複数の制御可能半導体スイッチのそれぞれの制御端子に対するパルス幅変調制御信号を生成するように構成される、請求項４に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項６】
第２出力ドライバであって、
前記第１ＤＣ供給レールと前記第２ＤＣ供給レールとの間に直列結合する少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチであって、前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチの制御端子は、少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれに接続可能な、制御可能半導体スイッチと、
前記第２出力ドライバの、前記直列結合する２＊（Ｎ−１）個の半導体スイッチの間に介在する２＊（Ｎ−２）個の中間ノードと、
前記直列結合する２＊（Ｎ−１）個の半導体スイッチの中間点に配置され、前記ラウドスピーカーの第２入力に接続可能な第２ドライバ出力ノードまたは第２ドライバ出力端子と、を備える、第２出力ドライバと、
複数の制御可能半導体スイッチを備える第２スイッチングマトリックスであって、
前記（Ｎ−２）個のＤＣ入力電圧ノードのそれぞれに結合する少なくとも（Ｎ−２）個のスイッチ入力と、
前記第２出力ドライバの前記２＊（Ｎ−２）個の中間ノードのそれぞれに結合する少なくとも２＊（Ｎ−２）個のスイッチ出力と、を備える、第２スイッチングマトリックスと、を備え、
前記第２出力ドライバの前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の変調制御信号のそれぞれは、前記第１出力ドライバの対応する前記変調制御信号に対して位相反転されている、請求項１〜５の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項７】
Ｎ＝３であり、
前記第１出力ドライバは、前記第１ＤＣ供給レールと前記第２ＤＣ供給レールとの間に直列結合する第１、第２、第３、および第４制御可能半導体スイッチを少なくとも備え、
前記第１、第２、第３、および第４制御可能半導体スイッチのそれぞれの制御端子は、前記少なくとも４個の変調制御信号のそれぞれに接続可能であり、
前記第１出力ドライバは、前記第１制御可能半導体スイッチと前記第２制御可能半導体スイッチとの間に配置される第１中間ノードと、前記第３制御可能半導体スイッチと前記第４制御可能半導体スイッチとの間に配置される第２中間ノードとを備え、
前記スイッチングマトリックスは、
第１ＤＣ入力電圧ノードに結合するスイッチ入力と、前記第１出力ドライバの前記第１中間ノードに結合するスイッチ出力とを備える第５制御可能半導体スイッチと、
前記第１ＤＣ入力電圧ノードに結合するスイッチ入力と、前記第１出力ドライバの前記第２中間ノードに結合するスイッチ出力とを備える第６制御可能半導体スイッチとを備え、
前記制御回路は、前記第５制御可能半導体スイッチの変調制御信号に従って、前記第１ＤＣ入力電圧を前記第１中間ノードに順次接続し、前記第６制御可能半導体スイッチの変調制御信号に従って、前記第１ＤＣ入力電圧を前記第２中間ノードに順次接続するように構成され、
前記第５および第６制御可能半導体スイッチの前記変調制御信号は、実質的に位相反転されている、請求項１〜６の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項８】
前記第１出力ドライバの前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチのそれぞれは、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳまたはＬＤＭＯＳパワートランジスタのようなＭＯＳＦＥＴパワートランジスタを備える、請求項１〜７の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項９】
前記スイッチングマトリックスの前記複数の制御可能半導体スイッチのそれぞれは、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳまたはＬＤＭＯＳトランジスタのようなＭＯＳＦＥＴトランジスタを備える、請求項１〜８の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項１０】
前記第１出力ドライバの前記少なくとも２＊（Ｎ−１）個の制御可能半導体スイッチと、前記スイッチングマトリックスの前記複数の制御可能半導体スイッチは、例えば、シリコン半導体基板上に一体的に統合される、請求項１〜９の何れか一項に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【請求項１１】
前記マルチ出力ＤＣ−ＤＣパワーコンバータは、２〜２０Ｖの間のように、より好ましくは、１〜１０Ｖの間のように、１〜３０Ｖの範囲において最大ＤＣ電圧を生成するように構成される、請求項２または３に記載のマルチレベルクラスＤオーディオパワーアンプ。
【国際調査報告】
2018502511.tif 000016
2018502511.tif 000017
2018502511.tif 000018
2018502511.tif 000019
2018502511.tif 000020