(57)【要約】【課題】より適切に発熱を抑制できる技術を提供する。【解決手段】パルス幅変調部１２は、入力信号Ｖｉｎとクロック信号ＣＬＫに基づいてパルス幅変調信号を生成する。電力増幅部１４は、パルス幅変調信号を電力増幅して増幅信号を出力する。ローパスフィルタ２０は、増幅信号の高周波成分を減衰させる。第１温度検出部３０は、電力増幅部１４の温度を検出する。第２温度検出部４０は、ローパスフィルタ２０の温度を検出する。制御部５０は、第１温度検出部３０で検出された電力増幅部１４の温度と、第２温度検出部４０で検出されたローパスフィルタ２０の温度とに基づいてクロック信号ＣＬＫの周波数を制御する。【選択図】図１
2017195440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号とクロック信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調信号を電力増幅して増幅信号を出力する電力増幅部と、
前記増幅信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタと、
前記電力増幅部の温度を検出する第１温度検出部と、
前記ローパスフィルタの温度を検出する第２温度検出部と、
前記第１温度検出部で検出された前記電力増幅部の温度と、前記第２温度検出部で検出された前記ローパスフィルタの温度とに基づいて前記クロック信号の周波数を制御する制御部と、
を備える増幅装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電力増幅部の温度が高くなるほど前記クロック信号の周波数を低く制御し、前記ローパスフィルタの温度が高くなるほど前記クロック信号の周波数を高く制御する、請求項１に記載の増幅装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電力増幅部の温度が第１温度以下であり、前記ローパスフィルタの温度が第２温度以下である場合、前記クロック信号の周波数を第１周波数に制御し、
前記電力増幅部の温度が前記第１温度以下であり、前記ローパスフィルタの温度が前記第２温度より高い場合、前記クロック信号の周波数を前記第１周波数より高い第２周波数に制御し、
前記電力増幅部の温度が前記第１温度より高く、前記ローパスフィルタの温度が前記第２温度以下である場合、前記クロック信号の周波数を前記第１周波数より低い第３周波数に制御する、請求項１又は２に記載の増幅装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電力増幅部の温度が前記第１温度より高く、前記ローパスフィルタの温度が前記第２温度より高い場合、前記パルス幅変調部と前記電力増幅部の動作を停止させる、請求項３に記載の増幅装置。
【請求項５】
入力信号とクロック信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調部と、前記パルス幅変調信号を電力増幅して増幅信号を出力する電力増幅部と、前記増幅信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタと、を備える増幅装置における温度保護方法であって、
前記電力増幅部の温度を検出するステップと、
前記ローパスフィルタの温度を検出するステップと、
検出された前記電力増幅部の温度と、検出された前記ローパスフィルタの温度とに基づいて前記クロック信号の周波数を制御するステップと、
を備える温度保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅装置に関し、特に温度保護機能を有する増幅装置および温度保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｄ級増幅回路において、電力増幅部のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）の発熱を抑制してＭＯＳＦＥＴを保護するために、ＭＯＳＦＥＴの温度が上昇した場合にパルス幅変調信号の周波数を低下させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５１９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、ＭＯＳＦＥＴ以外の構成要素の発熱については考慮されておらず、発熱の抑制が不十分な可能性がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、より適切に発熱を抑制できる増幅装置および温度保護方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の増幅装置は、入力信号とクロック信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調部と、パルス幅変調信号を電力増幅して増幅信号を出力する電力増幅部と、増幅信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタと、電力増幅部の温度を検出する第１温度検出部と、ローパスフィルタの温度を検出する第２温度検出部と、第１温度検出部で検出された電力増幅部の温度と、第２温度検出部で検出されたローパスフィルタの温度とに基づいてクロック信号の周波数を制御する制御部と、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、温度保護方法である。この方法は、入力信号とクロック信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調部と、パルス幅変調信号を電力増幅して増幅信号を出力する電力増幅部と、増幅信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタと、を備える増幅装置における温度保護方法であって、電力増幅部の温度を検出するステップと、ローパスフィルタの温度を検出するステップと、検出された電力増幅部の温度と検出されたローパスフィルタの温度とに基づいてクロック信号の周波数を制御するステップと、を備える。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、より適切に発熱を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のインダクタの交流抵抗の周波数特性の一例を示す図である。
【図３】図１の制御部の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、一実施形態に係る増幅装置１の構成を示すブロック図である。増幅装置１は、Ｄ級増幅回路１０と、ローパスフィルタ２０と、第１温度検出部３０と、第２温度検出部４０と、制御部５０と、クロック信号生成部６０とを備える。
【００１２】
Ｄ級増幅回路１０は、パルス幅変調部１２と、電力増幅部１４とを有する。パルス幅変調部１２は、音声信号等である入力信号Ｖｉｎとクロック信号ＣＬＫに基づいてパルス幅変調信号を生成する。パルス幅変調信号の周波数は、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋと等しい。電力増幅部１４は、図示を省略した複数のスイッチング素子を含み、複数のスイッチング素子のスイッチングによって、パルス幅変調部１２で生成されたパルス幅変調信号を電力増幅して増幅信号を出力する。スイッチング素子は、例えばＭＯＳＦＥＴである。
【００１３】
ローパスフィルタ２０は、電力増幅部１４から出力された増幅信号の高周波成分を減衰させて、出力信号Ｖｏｕｔを負荷であるスピーカ７０に出力する。スピーカ７０は出力信号Ｖｏｕｔを音声に変換する。ローパスフィルタ２０のカットオフ周波数は、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋに応じて設定される。ローパスフィルタ２０は、概ね２０ｋＨｚ以下の周波数成分を通過させ、クロック信号ＣＬＫの周波数成分等を減衰させる。これにより、入力信号Ｖｉｎとほぼ等しい波形の増幅された出力信号Ｖｏｕｔが得られる。
【００１４】
ローパスフィルタ２０は、ＬＣフィルタであり、インダクタＬ１と、キャパシタＣ１とを有する。インダクタＬ１は、電力増幅部１４から出力された増幅信号が供給される一端と、出力信号Ｖｏｕｔを出力する他端とを含む。キャパシタＣ１は、インダクタＬ１の他端に接続された一端と、接地された他端とを含む。
【００１５】
第１温度検出部３０は、電力増幅部１４に熱結合され、電力増幅部１４の温度Ｔ１を検出する。より詳しくは、第１温度検出部３０は電力増幅部１４のＭＯＳＦＥＴの温度を検出する。第２温度検出部４０は、ローパスフィルタ２０に熱結合され、ローパスフィルタ２０の温度Ｔ２を検出する。より詳しくは、第２温度検出部４０はインダクタＬ１の温度を検出する。電力増幅部１４のＭＯＳＦＥＴとインダクタＬ１は、一定の距離を空けて配置されている。そのため、第１温度検出部３０はインダクタＬ１の温度の影響を受けにくく、第２温度検出部４０は電力増幅部１４のＭＯＳＦＥＴの温度の影響を受けにくい。第１温度検出部３０と第２温度検出部４０はそれぞれ、サーミスタまたはトランジスタ等の温度に応じて出力値が変化する素子を含む。
【００１６】
制御部５０は、クロック信号生成部６０を制御する。クロック信号生成部６０は、制御部５０の制御に従ってクロック信号ＣＬＫを生成する。具体的には制御部５０は、第１温度検出部３０で検出された電力増幅部１４の温度Ｔ１と、第２温度検出部４０で検出されたローパスフィルタ２０の温度Ｔ２とに基づいてクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを制御する。制御部５０は、電力増幅部１４の温度Ｔ１が高くなるほどクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを低く制御し、ローパスフィルタ２０の温度Ｔ２が高くなるほどクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを高く制御する。
【００１７】
より詳しくは、制御部５０は、電力増幅部１４の温度Ｔ１が第１温度以下であり、ローパスフィルタ２０の温度Ｔ２が第２温度以下である場合、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを第１周波数に制御する。制御部５０は、電力増幅部１４の温度Ｔ１が第１温度以下であり、ローパスフィルタ２０の温度Ｔ２が第２温度より高い場合、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを第１周波数より高い第２周波数に制御する。制御部５０は、電力増幅部１４の温度Ｔ１が第１温度より高く、ローパスフィルタ２０の温度Ｔ２が第２温度以下である場合、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを第１周波数より低い第３周波数に制御する。制御部５０は、電力増幅部１４の温度Ｔ１が第１温度より高く、ローパスフィルタ２０の温度Ｔ２が第２温度より高い場合、パルス幅変調部１２と電力増幅部１４の動作を停止させる。
【００１８】
第１温度と第２温度は、電力増幅部１４のＭＯＳＦＥＴとインダクタＬ１の許容温度に応じて設定できる。第１周波数、第２周波数および第３周波数は、実験やシミュレーションによって設定できる。第１温度等は特に限定されないが、例えば、第１温度は６０℃でもよく、第２温度は８０℃でもよい。また例えば、第１周波数は８００ｋＨｚでもよく、第２周波数は１０００ｋＨｚでもよく、第３周波数は４００ｋＨｚでもよい。
【００１９】
制御部５０はコンピュータを含み、制御部５０の各種機能は、ハードウェア的には、回路ブロック、メモリ、その他のＬＳＩで構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、制御部５０の各種機能はハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。
【００２０】
ここで、電力増幅部１４のＭＯＳＦＥＴの発熱は、飽和損失とスイッチング損失の和として表される。一般的にスイッチング損失は、飽和損失より大きく、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋに比例する。即ち、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋが高くなるほど電力増幅部１４のＭＯＳＦＥＴの温度は上昇する。そのため、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを低くすることにより、ＭＯＳＦＥＴの温度を低下させることができる。
【００２１】
また、インダクタＬ１の発熱は、銅損と鉄損の和として表される。Ｄ級増幅回路１０と共に用いられるインダクタＬ１では、一般的に銅損が支配的である。銅損は、交流抵抗に基づいて算出できる。
【００２２】
図２は、図１のインダクタＬ１の交流抵抗の周波数特性の一例を示す図である。図２の縦軸と横軸は対数軸である。図示する例では、１０ＭＨｚ以下において、周波数が低下するほど交流抵抗は減少するため、周波数が低下するほどインダクタＬ１に流れる交流電流が増加し、温度が上昇する。即ち、ＭＯＳＦＥＴの特性とは逆に、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋが低くなるほどインダクタＬ１の温度は上昇する。
【００２３】
そのため、単にＭＯＳＦＥＴの発熱に応じてクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを低下させるだけでは、インダクタＬ１の温度が上昇し過ぎてしまい、インダクタＬ１を適切に保護できない可能性がある。そこで本実施形態では、前述のように電力増幅部１４の温度Ｔ１とローパスフィルタ２０の温度Ｔ２とに基づいてクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを制御する。これにより、ＭＯＳＦＥＴとインダクタＬ１をより適切に保護することができる。
【００２４】
増幅装置１の全体的な動作について説明する。入力信号Ｖｉｎはクロック信号ＣＬＫに基づいてパルス幅変調され、パルス幅変調信号に基づいてスピーカ７０から音声が出力される。温度Ｔ１と温度Ｔ２に基づいてクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋは制御されるため、パルス幅変調信号の周波数も変化するが、音声は出力され続ける。入力信号Ｖｉｎの振幅が比較的小さい間は、温度Ｔ１と温度Ｔ２は低く、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋは第１周波数に保たれる。そして、入力信号Ｖｉｎの振幅が比較的大きい状態が継続することなどにより、ＭＯＳＦＥＴに電流が流れ続け、温度Ｔ１が第１温度より高くなった場合、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋは第３周波数に低下する。これにより温度Ｔ１は低下し、温度Ｔ２は上昇する。この後、温度Ｔ１が第１温度以下に低下し、温度Ｔ２が第２温度より高くなった場合、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋは第２周波数に高くなる。よって、温度Ｔ１は上昇するが、温度Ｔ２は低下する。
【００２５】
一方、温度Ｔ１が第１温度より高く、温度Ｔ２が第２温度より高くなった場合、パルス幅変調部１２と電力増幅部１４の動作は停止する。これにより、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋの制御によって発熱を十分に抑制できない場合であっても、電力増幅部１４のＭＯＳＦＥＴとインダクタＬ１を高温から保護することができる。
【００２６】
図３は、図１の制御部５０の処理を示すフローチャートである。まず制御部５０は、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを第１周波数に制御する（Ｓ１）。次に制御部５０は、第１温度検出部３０と第２温度検出部４０から、電力増幅部１４の温度Ｔ１とローパスフィルタ２０の温度Ｔ２を取得する（Ｓ２）。
【００２７】
次に制御部５０は、電力増幅部１４の温度Ｔ１が第１温度より高いか判定する（Ｓ３）。温度Ｔ１が第１温度以下である場合（Ｓ３のＮ）、制御部５０は、ローパスフィルタ２０の温度Ｔ２が第２温度より高いか判定する（Ｓ４）。温度Ｔ２が第２温度以下である場合（Ｓ４のＮ）、制御部５０は、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを第１周波数に制御し（Ｓ５）、Ｓ２に戻る。
【００２８】
一方、Ｓ４において温度Ｔ２が第２温度より高い場合（Ｓ４のＹ）、制御部５０は、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを第２周波数に制御し（Ｓ６）、Ｓ２に戻る。
【００２９】
また、Ｓ３において温度Ｔ１が第１温度より高い場合（Ｓ３のＹ）、制御部５０は、ローパスフィルタ２０の温度Ｔ２が第２温度より高いか判定する（Ｓ７）。温度Ｔ２が第２温度以下である場合（Ｓ７のＮ）、制御部５０は、クロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを第３周波数に制御し（Ｓ８）、Ｓ２に戻る。
【００３０】
一方、Ｓ７において温度Ｔ２が第２温度より高い場合（Ｓ７のＹ）、制御部５０は、停止処理を行いパルス幅変調部１２と電力増幅部１４の動作を停止させ（Ｓ９）、処理を終了する。
【００３１】
このように本実施形態によれば、電力増幅部１４の温度Ｔ１とローパスフィルタ２０の温度Ｔ２とに基づいてクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを制御するので、電力増幅部１４のＭＯＳＦＥＴとローパスフィルタ２０のインダクタＬ１の発熱をより適切に抑制できる。よって、ＭＯＳＦＥＴとインダクタＬ１を高温から保護することができる。
【００３２】
また、比較例として、ＭＯＳＦＥＴの温度が上昇した場合に入力信号Ｖｉｎの振幅を減衰させるか、または、入力信号Ｖｉｎをミュートして、温度を低下させる技術も考えられるが、音量が小さくなるか、または、音声が聞こえなくなり、不便である。これに対して本実施形態では、温度上昇時に入力信号Ｖｉｎを変化させていないので、所望の音量を確保でき、利便性を向上できる。
【００３３】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３４】
例えば、制御部５０は、温度Ｔ１と温度Ｔ２の少なくとも何れかに関して複数のしきい値を設けて、温度Ｔ１と温度Ｔ２に基づいてクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆｃｋを４つ以上の周波数に制御してもよい。これにより、温度Ｔ１と温度Ｔ２に応じてより細かく周波数を変化させ、より細かく発熱を制御できる。
【符号の説明】
【００３５】
１…増幅装置、Ｃ１…キャパシタ、Ｌ１…インダクタ、１０…Ｄ級増幅回路、１２…パルス幅変調部、１４…電力増幅部、２０…ローパスフィルタ、３０…第１温度検出部、４０…第２温度検出部、５０…制御部、６０…クロック信号生成部。
【図１】
2017195440.tif 000003
【図２】
2017195440.tif 000004
【図３】
2017195440.tif 000005