(57)【要約】【課題】Ｄ級アンプにおいて、ＬＣフィルタのインダクタによる歪やダンピングファクタの悪化を、支障なく防止することができるようにする。【解決手段】出力フィルタとしてＬＣフィルタ３を備えたＤ級アンプにおいて、Ｄ級アンプの出力を入力側に負帰還させる帰還回路４と、Ｄ級アンプの出力において前記ＬＣフィルタに起因する共振波形が重畳されていることを検出して検出信号を出力する検出回路５とを設ける。そして検出回路は、Ｄ級アンプの出力電圧が電源電圧より低い所定の電圧以上の場合に、検出信号の出力を行い、Ｄ級アンプへの電源電圧の供給を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力フィルタとしてＬＣフィルタを備えたＤ級アンプであって、
Ｄ級アンプの出力を入力側に負帰還させる帰還回路と、
Ｄ級アンプの出力において前記ＬＣフィルタに起因する共振波形が重畳されていることを検出して検出信号を出力する検出回路とを具備することを特徴とするＤ級アンプ。
【請求項２】
前記検出回路は、Ｄ級アンプの出力電圧を分圧した電圧と、電源電圧を分圧した電圧との比較結果に基づいて前記検出を行うものであることを特徴とする請求項１に記載のＤ級アンプ。
【請求項３】
前記検出回路は、Ｄ級アンプの出力電圧が電源電圧より低い所定の電圧以上の場合に、前記検出信号の出力を行うものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＤ級アンプ。
【請求項４】
前記所定の電圧は、所定の低い周波数におけるクリップ電圧よりも高いことを特徴とする請求項３に記載のＤ級アンプ。
【請求項５】
前記検出回路は、他のチャンネルのＤ級アンプの出力についても前記共振波形の重畳がなされていることを検出し、前記検出信号の出力を行うものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤ級アンプ。
【請求項６】
前記検出回路は、Ｄ級アンプの出力におけるプラス成分及びマイナス成分に基づき、少なくとも一方の成分において前記共振波形の重畳がなされていることを検出したとき、前記検出信号の出力を行うものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＤ級アンプ。
【請求項７】
前記検出信号は、Ｄ級アンプへの電源電圧の供給を停止させるためのトリガとして用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＤ級アンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｄ級アンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来のＤ級アンプの構成を示す回路図である。同図に示すように、このＤ級アンプは抵抗Ｒ６１を介して入力される信号に基づき、増幅したＰＷＭ信号を出力するＤ級アンプＩＣ６１、Ｄ級アンプＩＣ６１の出力を入力側に負帰還させ、自励発振を生じさせる負帰還回路６２、並びにＤ級アンプＩＣ６１からのＰＷＭ信号を平滑化してアナログ信号に変換するＬＣフィルタ６３を備える。ＬＣフィルタ６３はＤ級アンプＩＣ６１及び出力端子間に設けられたインダクタＬ６１、並びにインダクタＬ６１の出力側及びグラウンド間に接続されたコンデンサＣ６１により構成される。
【０００３】
しかしこのＤ級アンプによれば、Ｄ級アンプＩＣ６１の出力を、ＬＣフィルタ６３に入力される前に負帰還させるようにしているので、インダクタＬ６１による影響については負帰還による特性改善がなされない。したがって、インダクタＬ６１による歪やダンピングファクタが悪化する。
【０００４】
そこで、インダクタＬ６１の出力を負帰還させるようにした技術が案出されている（たとえば特許文献１参照）。これによれば、理論上は上述のインダクタによる歪やダンピングファクタが悪化するといった不都合を解消することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２３９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のようにインダクタＬ６１の出力を帰還させるようにすると、２０［ｋＨｚ］の出力クリップ近傍において、無負荷時に回路が発振するという問題がある。ＬＣフィルタ６３のカットオフ周波数（共振周波数）が５０〜６０［ｋＨｚ］程度に設定されており、インダクタＬ６１の出力側から帰還を行うと、位相が回るからである。
【０００７】
ＬＣフィルタ６３による位相回りの影響を回避するためには、ＬＣフィルタ６３のカットオフ周波数を高くすればよいが、その場合、Ｄ級アンプの出力にはスイッチングノイズが多く含まれることになる。つまり、Ｄ級アンプＩＣ６１においてはスイッチングを行っているため、その出力に含まれるスイッチングノイズをＬＣフィルタ６３によって除去する必要があるが、この本来の機能を果たすことができなくなる。
【０００８】
たとえば、位相が回らないようにするためには、ＬＣフィルタ６３のカットオフ周波数を１５０［ｋＨｚ］程度にする必要がある。その場合、Ｄ級アンプＩＣ６１におけるスイッチング周波数が４５０［ｋＨｚ］であるとすると、スイッチングノイズの減衰効果をそれほど期待することはできない。また、カットオフ周波数が１５０［ｋＨｚ］程度のＬＣフィルタを２段用いることによりスイッチングノイズを低減させることができるが、その場合にはコストが上昇する。
【０００９】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、Ｄ級アンプにおいて、ＬＣフィルタのインダクタによる歪やダンピングファクタの悪化を、支障なく防止することが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】
【００１０】
この目的を達成するため、第１の発明に係るＤ級アンプは、出力フィルタとしてＬＣフィルタを備えたＤ級アンプであって、Ｄ級アンプの出力を入力側に負帰還させる帰還回路と、Ｄ級アンプの出力において前記ＬＣフィルタに起因する共振波形が重畳されていることを検出して検出信号を出力する検出回路とを具備することを特徴とする。
【００１１】
第２の発明に係るＤ級アンプは、第１発明において、前記検出回路は、Ｄ級アンプの出力電圧を分圧した電圧と、電源電圧を分圧した電圧との比較結果に基づいて前記検出を行うものであることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明に係るＤ級アンプは、第１又は第２発明において、前記検出回路は、Ｄ級アンプの出力電圧が電源電圧より低い所定の電圧以上の場合に、前記検出信号の出力を行うものであることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明に係るＤ級アンプは、第３発明において、前記所定の電圧は、所定の低い周波数におけるクリップ電圧よりも高いことを特徴とする。
【００１４】
第５の発明に係るＤ級アンプは、第１〜第４のいずれかの発明において、前記検出回路は、他のチャンネルのＤ級アンプの出力についても前記共振波形の重畳がなされていることを検出し、前記検出信号の出力を行うものであることを特徴とする。
【００１５】
第６の発明に係るＤ級アンプは、第１〜第５のいずれかの発明において、前記検出回路は、Ｄ級アンプの出力におけるプラス成分及びマイナス成分に基づき、少なくとも一方の成分において前記共振波形の重畳がなされていることを検出したとき、前記検出信号の出力を行うものであることを特徴とする。
【００１６】
第７の発明に係るＤ級アンプは、第１〜第６のいずれかの発明において、前記検出信号は、Ｄ級アンプへの電源電圧の供給を停止させるためのトリガとして用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、検出回路が出力する検出信号に基づいて電源電圧の供給を停止させることにより、無負荷時に、ＰＷＭ信号の出力段に用いられるＭＯＳ−ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が、ＬＣフィルタに起因する共振波形の重畳により破壊されるのを防止することができる。したがってＬＣフィルタの出力を入力側に負帰還させる帰還回路を不都合なく使用し、ＬＣフィルタのインダクタによる歪やダンピングファクタの悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＤ級アンプの構成を示す回路図である。同図に示すように、このＤ級アンプは、増幅されるアナログ信号が入力される入力抵抗Ｒ１、入力抵抗Ｒ１を介して入力される信号に基づき、増幅されたＰＷＭ信号を出力するＤ級アンプＩＣ１、Ｄ級アンプＩＣ１の出力を入力側に負帰還させ、自励発振を生じさせる負帰還回路２、Ｄ級アンプＩＣ１からのＰＷＭ信号を平滑化し、アナログ信号に変換して出力するＬＣフィルタ３、ＬＣフィルタ３の出力をＤ級アンプＩＣ１の入力側に負帰還させる負帰還回路４、並びにＤ級アンプＩＣ１の出力段を構成するＭＯＳ−ＦＥＴが発振により破壊されるのを防止するための保護回路５を備える。
【００１９】
ＬＣフィルタ３はＤ級アンプＩＣ１及び出力端子間に設けられたインダクタＬ１、並びにインダクタＬ１の出力側及びグラウンド間に設けられたコンデンサＣ１により構成される。保護回路５は、ＬＣフィルタ３の出力側にアノードが接続されたダイオードＤ１、ダイオードＤ１のカソードに一端が接続された抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ２の他端及びグラウンド間に設けられた抵抗Ｒ３、電源電圧＋Ｂに一端が接続された抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ４の他端及びグラウンド間に設けられた抵抗Ｒ５、並びに非反転入力端子が抵抗Ｒ４及びＲ５間の接続点に接続され、反転入力端子が抵抗Ｒ２及びＲ３間の接続点に接続されたコンパレータ６を備える。
【００２０】
この構成において、入力信号はＤ級アンプＩＣ１によりＰＷＭ信号に変換され、増幅される。増幅されたＰＷＭ信号はＬＣフィルタ３により平滑化され、アナログ信号に戻されて出力される。出力された信号は負荷としてのスピーカに供給され、スピーカを駆動させる。
【００２１】
一方、スピーカが出力端子に接続されていない無負荷時には、２０［ｋＨｚ］の出力クリップ近傍の周波数において、ＬＣフィルタ３による共振の影響を受けるので、Ｄ級アンプの出力波形には共振波形が重畳する。このとき、保護回路５においては、ダイオードＤ１からの半波整流を抵抗Ｒ２及びＲ３で分圧した電圧値が、電源電圧＋Ｂを抵抗Ｒ４及びＲ５で分圧した電圧値より大きくなり、コンパレータ６はその旨を示す検出信号を出力する。この検出信号に基づき、Ｄ級アンプへの電源供給が停止される。なお、このときのＬＣフィルタ３における共振の発生周波数や程度は負帰還回路４を構成する抵抗やコンデンサによって調整され、共振波形の重畳が確実に検出されるようになっている。
【００２２】
図２はこの共振波形の重畳が検出されるときの各部の波形を示す。図中の２１はコンパレータ６の非反転入力の波形、２２はコンパレータ６の反転入力におけるクリップ発生時の２０［ｋＨｚ］成分の波形、２３は電源電圧＋Ｂの波形、２４はＤ級アンプの出力におけるクリップ発生時の２０［ｋＨｚ］成分の波形である。なお、２５はコンパレータ６の反転入力におけるクリップ発生時の２［ｋＨｚ］成分の波形、２６はＤ級アンプの出力におけるクリップ発生時の２［ｋＨｚ］成分の波形であり、参考として示されている。ただし、波形２１〜２４と、波形２５及び２６とを、相互に時間軸方向においてずらして表示している。また、理解しやすいように、コンパレータ６から検出信号が出力される状況においても、Ｄ級アンプへの電源供給を停止しない場合について示している。
【００２３】
無負荷時にはＤ級アンプの出力に共振波形が重畳するので、同図に示すように、コンパレータ６の反転入力における２０［ｋＨｚ］成分２２は、波形部分２７のところで、非反転入力の電圧値２１を超える。コンパレータ６はこれを検出すると、検出信号を出力し、Ｄ級アンプへの電源供給を停止させる。なお、ここでは２０［ｋＨｚ］の成分２２について例示したが、これは高い周波数の代表例として示したのであり、他の高い周波数においても同様である。
【００２４】
ここで、コンパレータ６により、電源電圧＋Ｂを基準とし、これを分圧した電圧との比較を行うようにしているが、これは、電源電圧±Ｂは安定化されておらず変動するので、電源電圧＋Ｂを超えない範囲において、電源電圧＋Ｂの変動に連動させて検出を行うようにするためである。電源電圧±Ｂが定電圧化されていれば、コンパレータ６の非反転入力として、固定電圧を採用するようにしてもよい。電源電圧＋Ｂを超えない範囲において検出するようにしているのは、電源電圧＋Ｂを超えた状態において帰還回路４による帰還が行われると、その帰還は正帰還となり、Ｄ級アンプが不安定化して発振するおそれがあるからである。
【００２５】
ちなみに、コンパレータ６は、非反転入力の電圧よりも反転入力の電圧が大きくなる波形部分２７において検出信号を出力するが、このとき、実際の電源電圧＋Ｂの波形２３及びＤ級アンプの出力波形２４を比較すると、出力波形２４は電源電圧＋Ｂの波形２３を超えてはいない。これは、抵抗Ｒ２及びＲ３の分圧比よりも、抵抗Ｒ４及びＲ５の分圧比を下げている（Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）＜Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３））ことによるものである。このように、保護回路５により出力波形２４が電源電圧＋Ｂを超えない状態で検出信号を出力してＤ級アンプへの電源供給を遮断するようにしているので、Ｄ級アンプＩＣ１のＭＯＳ−ＦＥＴを安全に保護することができる。
【００２６】
また、これによれば、低い周波数において電源電圧＋Ｂまでクリップしたときに誤動作するおそれがあるとも考えられる。しかしながら、Ｄ級アンプの場合、スイッチング動作を安定させるために通常は、波形２６のように、電源電圧＋Ｂよりも５〜１０［Ｖ］程度低いところでクリップさせるようにしている。スイッチングを連続させるためである。つまり、スイッチングの最小パルスを設定すると、電源電圧＋Ｂ以下でクリップする。したがって、たとえば、クリップポイントを電源電圧＋Ｂ−５［Ｖ］に設定した場合、Ｄ級アンプの出力電圧が電源電圧＋Ｂ−２［Ｖ］になったときに保護回路５が検出信号を出力するように、抵抗Ｒ２〜Ｒ５の値を決定すればよい。
【００２７】
なお、以上の共振波形の重畳現象はスピーカを接続していない無負荷の状態においてのみ生じる現象であり、スピーカが接続されている状態においては生じない。負荷によりＬＣ共振がダンピングされるからである。つまり、保護回路５はスピーカを接続していない状態においてＭＯＳ−ＦＥＴを保護するための回路である。
【００２８】
本実施形態によれば、ＬＣフィルタ３の出力を負帰還させた場合に、無負荷時において生じる恐れがあるＤ級アンプＩＣ１における出力段のＭＯＳ−ＦＥＴの破壊を、保護回路５によって防止することができる。したがって、ＬＣフィルタ３の出力側からの負帰還を支障なく行うことができる。これによって、インダクタンスＬ１による歪やインピーダンスファクタの悪化を改善することができる。
【００２９】
図３は本発明の第２の実施形態に係るＤ級アンプの構成を示す回路図である。図中の図１と同一の符号は、図１の場合と同様の要素を示す。このＤ級アンプは一般的な他励式Ｄ級アンプであり、他励式のＤ級アンプＩＣ３１及び、特性を改善するための負帰還回路３２を備える。負帰還回路３２はＤ級アンプＩＣ３１が出力するＰＷＭ信号を、抵抗及びコンデンサからなるローパスフィルタを経てＤ級アンプＩＣ３１の負側入力端子に帰還させるものである。この場合も、ＬＣフィルタ３の出力を負帰還回路４により負帰還させるとともに、保護回路５により、Ｄ級アンプＩＣ３１における出力段のＭＯＳ−ＦＥＴの破壊を防止するようにしている。したがって、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
図４は本発明の第３の実施形態に係るＤ級アンプの構成を示す回路図である。図中の図１と同一の符号は、図１の場合と同様の要素を示す。図中のＤ２〜Ｄ４はそれぞれ、カソード側が抵抗Ｒ２の入力側に接続され、アノード側が他のチャンネルのＤ級アンプにおけるＬＣフィルタの出力側に接続されたダイオードである。他のチャンネルのＤ級アンプも図１と同様の構成を備える。つまり、ダイオードＤ１〜Ｄ４によりダイオードＯＲを構成しており、いずれかのチャンネルのＤ級アンプにおいて出力波形に共振波形が重畳した場合には、保護回路５により検出信号が出力され、各Ｄ級アンプへの電力供給が停止されるようになっている。これによれば、各チャンネルのＤ級アンプについて、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図５は本発明の第４の実施形態に係るＤ級アンプの構成を示す回路図である。図中の図１と同一の符号は、図１の場合と同様の要素を示す。保護回路５はＤ級アンプの出力におけるプラス側成分において共振波形が重畳した場合を検出するものであるが、図中の５０は、同様にしてＤ級アンプの出力におけるマイナス側成分において共振波形が重畳した場合を検出し、検出信信号を出力する保護回路である。
【００３２】
すなわち、保護回路５０は、ＬＣフィルタ３の出力側にカソードが接続されたダイオードＤ５１、ダイオードＤ５１のアノードに一端が接続された抵抗Ｒ５２、抵抗Ｒ５２の他端及びグラウンド間に設けられた抵抗Ｒ５３、電源電圧−Ｂに一端が接続された抵抗Ｒ５４、抵抗Ｒ５４の他端及びグラウンド間に設けられた抵抗Ｒ５５、並びに反転入力端子が抵抗Ｒ５４及びＲ５５間の接続点に接続され、非反転入力端子が抵抗Ｒ５２及びＲ５３間の接続点に接続されたコンパレータ５６を備える。コンパレータ５６の出力側はコンパレータ６の出力側に接続されている。
【００３３】
保護回路５０は保護回路５の場合と同様にして、Ｄ級アンプの出力におけるマイナス側成分において共振波形が重畳した場合を検出し、検出信号を出力する。すなわち、Ｄ級アンプの出力をダイオードＤ５１により半波整流し、これを抵抗Ｒ５２及びＲ５３で分圧した値と、電源電圧−Ｂを抵抗Ｒ５４及びＲ５５で分圧した値とをコンパレータ５６で比較することにより検出信信号を出力する。これによれば、Ｄ級アンプの出力のプラス側及びマイナス側の少なくとも一方に共振波形が重畳した場合に検出信号を出力することが可能になる。したがって、より高い精度で共振波形の重畳を検出し、Ｄ級アンプへの電力供給を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＤ級アンプの構成を示す回路図である。
【図２】図１のＤ級アンプにおいて共振波形の重畳が検出されるときの各部の波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＤ級アンプの構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るＤ級アンプの構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るＤ級アンプの構成を示す回路図である。
【図６】従来のＤ級アンプの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，３１，６１：Ｄ級アンプＩＣ、２，４，３２，６２：負帰還回路、３，６３：ＬＣフィルタ、５，５０：保護回路、６，５６：コンパレータ、Ｃ１，Ｃ６１：コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ５１：ダイオード、Ｒ１〜Ｒ５，Ｒ５１〜Ｒ５５，Ｒ６１：抵抗、２１〜２６：波形、２７：波形部分。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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