(57)【要約】  実施形態は、バッテリ駆動オーディオデバイスのための電力管理システムを提供する。当該システムは、対応する制御方式を実現するための双方向電力変換及び制御回路を含む。当該システムは、電力変換及び制御回路がオーディオデバイスのバッテリを充電し、AC/DCアダプタが増幅器供給電圧をオーディオデバイスの1つ以上の増幅器に供給する充電モードと、電力変換及び制御回路がシステムの1つ以上の動作条件に基づいて調整される調整増幅器供給電圧を1つ以上の増幅器に供給し得る放電モードとの間で切り替え可能でもよい。当該システムは、従来のシステムと比較して、減少したコスト、減少した電力消費及び減少したサイズを提供し得る。
2020530753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ再生システムのための回路であって、
バッテリ、交流・直流(AC/DC)アダプタ及び1つ以上のオーディオ増幅器に結合される電力変換回路と、
前記電力変換回路に結合された制御回路であり、
前記AC/DCアダプタが前記電力変換回路と外部交流(AC)主電源との間に結合されているとき、前記AC/DCアダプタから前記バッテリを充電するように、前記電力変換回路を制御するために充電モードで動作し、
前記AC/DCアダプタが前記電力変換回路と前記外部AC主電源との間に結合されていないとき、前記1つ以上のオーディオ増幅器に供給される前記バッテリからの増幅器供給電圧を生成するように、前記電力変換回路を制御するために放電モードで動作する
制御回路と
を含む回路。
【請求項２】
充電モードにおいて、前記制御回路は、前記AC/DCアダプタから前記電力変換回路により引き出される第1の電流を調整し、前記AC/DCアダプタから前記1つ以上の増幅器により引き出される第2の電流に基づいて前記バッテリを充電し、それにより、前記第1の電流と前記第2の電流との合計が閾値未満になるようにする、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
充電モードにおいて、前記第1の電流を調整し、前記バッテリのバッテリ電圧を調整するために、前記制御回路は、
電源の出力電流の大きさを目標電流の大きさと比較し、前記比較に基づいて定電流(CC)出力信号を出力するCC充電誤差増幅器と、
前記バッテリ電圧を定電圧(CV)基準電圧と比較し、前記比較に基づいてCV出力信号を出力するCV充電誤差増幅器と、
前記CC出力信号又は前記CV出力信号のうち小さい方を充電誤差信号として受信し、前記充電誤差信号に基づいて前記電力変換回路の変調を制御する充電パルス幅変調(PWM)変調器と
を含む、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記放電モードにおいて、前記制御回路は、前記オーディオシステムの1つ以上の動作条件に基づいて、前記増幅器供給電圧の電圧レベルを調整する、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の回路。
【請求項５】
前記増幅器供給電圧の電圧レベルを調整するために、前記制御回路は、
前記1つ以上の動作条件に基づいて目標供給電圧を生成する目標回路と、
前記増幅器供給電圧及び前記目標供給電圧に基づいて放電誤差信号を生成する放電誤差増幅器と、
前記放電誤差信号に基づいて放電モード可変パルス幅変調(PWM)信号を生成するPWM放電変調器であり、前記放電モード可変PWM信号は、前記増幅器供給電圧を生成するように前記電力変換回路を制御する、請求項４に記載の回路。
【請求項６】
前記1つ以上の動作条件は、システムボリューム設定、前記1つ以上の増幅器の入力における入力オーディオ信号の大きさ、前記1つ以上の増幅器の出力における出力オーディオ信号の大きさ又は来るべきオーディオ信号のタイムアドバンス・エンベロープを含む、請求項４又は５に記載の回路。
【請求項７】
前記制御回路は、前記バッテリのバッテリ電圧よりも小さい電圧レベルと、前記バッテリ電圧よりも大きい電圧レベルとを含む可能な値の範囲内で前記電圧レベルを調整する、請求項４乃至６のうちいずれか１項に記載の回路。
【請求項８】
前記電力変換回路は、複数のスイッチングトランジスタと単一のインダクタとを有する切り替え電力制御回路である、請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の回路。
【請求項９】
前記制御回路は、
前記増幅器供給電圧の目標供給電圧が前記バッテリのバッテリ電圧よりも小さいとき、前記放電モード中にバックモードで動作し、
前記目標供給電圧が前記バッテリ電圧よりも大きいとき、前記充電モード中にブーストモードで動作するように、
前記電力変換回路を制御する、請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の回路。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記充電モード中に充電バックモードで動作するように、前記電力変換回路を制御する、請求項９に記載の回路。
【請求項１１】
オーディオ再生システムであって、
1つ以上のオーディオ増幅器と、
バッテリ、交流・直流(AC/DC)アダプタ及び前記1つ以上のオーディオ増幅器に結合される電力変換回路と、
前記電力変換回路に結合された制御回路であり、
充電モード中に、前記AC/DCアダプタから前記バッテリを充電するように、前記電力変換回路を制御し、
放電モード中に、前記1つ以上のオーディオ増幅器に供給される前記バッテリからの増幅器供給電圧を生成するように、前記電力変換回路を制御する
制御回路と
を含むシステム。
【請求項１２】
前記充電モード中に、前記制御回路は、前記AC/DCアダプタから引き出される第1の電流を調整し、前記AC/DCアダプタから前記1つ以上の増幅器により引き出される第2の電流に基づいて前記バッテリを充電し、それにより、前記第1の電流と前記第2の電流との合計が閾値未満になるようにする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第1の電流を調整し、前記バッテリのバッテリ電圧を調整するために、前記制御回路は、
電源の出力電流の大きさを目標電流の大きさと比較し、前記比較に基づいて定電流(CC)出力信号を出力するCC充電誤差増幅器と、
前記バッテリ電圧を定電圧(CV)基準電圧と比較し、前記比較に基づいてCV出力信号を出力するCV充電誤差増幅器と、
前記CC出力信号又は前記CV出力信号のうち小さい方を充電誤差信号として受信し、前記充電誤差信号に基づいて前記電力変換回路を制御する充電パルス幅変調(PWM)変調器と
を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記オーディオシステムの1つ以上の動作条件に基づいて、前記増幅器供給電圧の電圧レベルを調整し、前記制御回路は、前記バッテリのバッテリ電圧よりも小さい電圧レベルと、前記バッテリ電圧よりも大きい電圧レベルとを含む可能な値の範囲内で前記電圧レベルを調整する、請求項１１乃至１３のうちいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記増幅器供給電圧の前記電圧レベルを調整するために、前記制御回路は、
前記1つ以上の動作条件に基づいて目標供給電圧を生成する目標回路と、
前記増幅器供給電圧及び前記目標供給電圧に基づいて放電誤差信号を生成する放電誤差増幅器と、
前記放電誤差信号に基づいて放電モード可変パルス幅変調(PWM)信号を生成する放電PWM変調器であり、前記放電モード可変PWM信号は、前記増幅器供給電圧を生成するように前記電力変換回路を制御する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記AC/DCアダプタと、前記バッテリとを更に含む、請求項１１乃至１５のうちいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
バッテリ駆動オーディオシステムのための制御回路であって、
充電モード中に、交流・直流(AC/DC)アダプタから前記オーディオシステムのバッテリを充電するように、電力変換回路を制御する充電モード回路と、
放電モード中に、1つ以上のオーディオ増幅器に供給される前記バッテリからの増幅器供給電圧を生成するように、前記電力変換回路を制御する放電モード回路であり、前記放電モード回路は、前記オーディオシステムの1つ以上の動作条件に基づいて、前記増幅器供給電圧の電圧レベルを調整し、前記放電モード回路は、前記バッテリのバッテリ電圧よりも小さい電圧レベルと、前記バッテリ電圧よりも大きい電圧レベルとを含む可能な値の範囲内で前記電圧レベルを調整する、放電モード回路と
を含む制御回路。
【請求項１８】
前記充電モード中に、前記充電モード回路は、前記AC/DCアダプタから前記電力変換回路により引き出される第1の電流を調整し、前記AC/DCアダプタから前記1つ以上の増幅器により引き出される第2の電流に基づいて前記バッテリを充電し、それにより、前記第1の電流と前記第2の電流との合計が閾値未満になるようにする、請求項１７に記載の制御回路。
【請求項１９】
前記第1の電流を調整し、前記バッテリのバッテリ電圧を調整するために、前記充電モード回路は、
電源の出力電流の大きさを目標電流の大きさと比較し、前記比較に基づいて定電流(CC)出力信号を出力するCC充電誤差増幅器と、
前記バッテリ電圧を定電圧(CV)基準電圧と比較し、前記比較に基づいてCV出力信号を出力するCV充電誤差増幅器と、
前記CC出力信号又は前記CV出力信号のうち小さい方を充電誤差信号として受信し、前記充電誤差信号に基づいて前記電力変換回路を制御する充電パルス幅変調(PWM)変調器と
を含む、請求項１８に記載の制御回路。
【請求項２０】
前記増幅器供給電圧の前記電圧レベルを調整するために、前記放電モード回路は、
前記1つ以上の動作条件に基づいて目標供給電圧を生成する目標回路と、
前記増幅器供給電圧及び前記目標供給電圧に基づいて放電誤差信号を生成する放電誤差増幅器と、
前記放電誤差信号に基づいて放電モード可変パルス幅変調(PWM)信号を生成する放電PWM変調器であり、前記放電モード可変PWM信号は、前記増幅器供給電圧を生成するように前記電力変換回路を制御する、請求項１７乃至１９のうちいずれか１項に記載の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願への相互参照］
この出願は、2017年8月7日に出願された米国仮出願第62/542,179号に対する優先権を主張する。
【０００２】
［技術分野］
本実施形態は、電子回路の分野に関し、より具体的には、バッテリ駆動オーディオデバイスのための電力管理システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
携帯型無線スピーカは、典型的には、1つ以上の増幅器及び再充電可能バッテリを含む。現在の実装は、バッテリから1つ以上の増幅器に電力供給する電力変換回路と、バッテリを充電する別の電力変換回路とを含む。2つの電力変換回路のそれぞれは、それ自体の関連する制御回路、電力トランジスタ及びインダクタを有する。さらに、1つ以上の増幅器に電力供給する電力変換回路は、その入力電圧よりも小さい電圧を出力できないブーストコンバータを含み、それにより、かなりの電力消費をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
実施形態は、添付の図面及び添付の特許請求の範囲と共に以下の詳細な説明により容易に理解される。実施形態は、例示として示されており、添付の図面の図面に限定されるものではない。
【図１】様々な実施形態によるバッテリ駆動オーディオシステムを概略的に示す。
【図２】様々な実施形態によるシステムの放電モード中のシステムのボリューム設定に基づいて、調整増幅器供給電圧を供給するバッテリ駆動オーディオシステムを概略的に示す。
【図３】様々な実施形態による、図２のシステムにより使用され得る例示的な放電電流モードパルス幅変調(PWM:pulse  width  modulation)変調器回路を示す。
【図４】様々な実施形態による、図２のシステムにより使用され得る例示的な充電電流モードPWM変調器回路を示す。
【図５】様々な実施形態による、図２のシステムにより使用され得る例示的な駆動論理回路を示す。
【図６】様々な実施形態による、放電モードにおいて図２のシステムにより使用され得る様々な信号の例示的な波形を示す。
【図７】様々な実施形態による、放電モードにおいて図２のシステムにより使用され得る様々な信号の例示的な波形を示す。
【図８】様々な実施形態による、放電モードにおいて図２のシステムにより使用され得るシステムボリューム設定の様々な値に対する目標供給電圧、増幅器供給電圧及び増幅器出力電圧の例示的な波形を示す。
【図９】様々な実施形態による、システムの放電モード中に、増幅器により処理されたオーディオ信号に基づいて(例えば、ピーク増幅器出力電圧に基づいて)、調整増幅器供給電圧を供給する他のバッテリ駆動オーディオシステムを示す。
【図１０】様々な実施形態による、放電モード中に電力変換回路をバックコンバータ又はブーストコンバータとして、或いは充電モード中にバックコンバータとして選択的に動作させ得る他のバッテリ駆動オーディオシステムを示す。
【図１１】様々な実施形態による、ブーストモード又はバックモードで選択的に動作するように電力変換回路のトランジスタを制御するために、図１０のシステムの駆動ロジックに含まれ得る切り替え制御回路を示す。
【図１２】様々な実施形態による、放電モード中にバックモードで電力変換回路を動作させるための、ここに記載のシステムの様々な信号についての例示的な波形を示す。
【図１３】様々な実施形態による、放電モード中にブーストモードで電力変換回路を動作させるための、ここに記載のシステムの様々な信号についての例示的な波形を示す。
【図１４】様々な実施形態による、充電モード中にバックモードで電力変換回路を動作させるための、ここに記載のシステムの様々な信号についての例示的な波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下の詳細な説明において、実施形態の一部を形成する添付図面に参照が行われ、添付図面において、実施され得る実施形態が例示として示される。本範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよく、或いは構造的又は論理的な変更が行われてもよいことが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で受け取られるべきではない。
【０００６】
様々な動作は、実施形態を理解する際に役立ち得るように、順に複数の別々の動作として説明され得るが、説明の順序は、これらの動作が順序に依存することを意味すると解釈されるべきではない。
【０００７】
説明では、上/下、背面/前面、上面/下面のような斜視図に基づく説明を使用することがある。このような説明は、単に議論を容易にするために使用されており、開示の実施形態の適用を限定することを意図するものではない。
【０００８】
「結合」及び「接続」という用語は、これらの派生語と共に使用されることがある。これらの用語は、互いに同義語として意図されているのではないことが理解されるべきである。むしろ、特定の実施形態において、「接続」は、2つ以上の要素が互いに直接的に物理的又は電気的に接触していることを示すために使用されてもよい。「結合」は、2つ以上の要素が直接的に物理的又は電気的に接触していることを意味してもよい。しかし、「結合」はまた、2つ以上の要素が互いに直接的に接触しているのではなく、依然として互いに協働又は相互作用することを意味してもよい。
【０００９】
説明の目的で、「A/B」の形式又は「A及び/又はB」の形式の語句は、(A)、(B)又は(A及びB)を意味する。説明の目的で、「A、B及びCのうち少なくとも1つ」の形式の語句は、(A)、(B)、(C)、(A及びB)、(A及びC)、(B及びC)又は(A、B及びC)を意味する。説明の目的で、「(A)B」の形式の句は、(B)又は(AB)を意味し、すなわち、Aは任意選択の要素である。
【００１０】
説明では、「実施形態」又は「複数の実施形態」という用語を使用することがあり、これらは、同じ或いは異なる実施形態のうち1つ以上を示してもよい。さらに、「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」等の用語は、実施形態に関して使用される場合、同義語であり、一般的に「オープンな」用語として意図される(例えば、「含む(including)」という用語は「含むがこれに限定されない」と解釈されるべきであり、「有する(having)」という用語は「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「含む(includes)」という用語は「含むがこれに限定されない」と解釈されるべきであり、以下同様である)。
【００１１】
ここで使用される場合、「回路」という用語は、特定用途向け集積回路(ASIC:Application  Specific  Integrated  Circuit)、電子回路、1つ以上のソフトウェア又はファームウェアプログラムを実行するプロセッサ(共有、専用又はグループ)及び/又はメモリ(共有、専用又はグループ)、組み合わせ論理回路、及び/又は記載の機能を提供する他の適切なコンポーネントを示してもよく、これらの一部でもよく、或いはこれらを含んでもよい。
【００１２】
ここでのいずれかの複数及び/又は単数の用語の使用に関して、当業者は、文脈及び/又は用途に適切であるように、複数から単数及び/又は単数から複数に変換できる。様々な単数/複数の順列は、明瞭性の目的でここに明示的に示されてもよい。
【００１３】
ここでの実施形態は、バッテリ駆動オーディオデバイスのための電力管理システムを提供する。開示のシステムは、従来のシステムと比較して、減少したコスト及び減少した電力消費を提供してもよい。バッテリから動作するとき、開示のシステムは、所与のバッテリ容量についてバッテリ実行時間を延長できる(及び/又は、減少したバッテリサイズが使用可能になる)。開示のシステムは、対応する制御方式を実装するための双方向電力変換及び制御回路を含む。当該システムは、1つ以上の増幅器チャネル、再充電可能バッテリ及び/又は交流/直流(AC/DC)アダプタを更に含んでもよい。1つ以上の増幅器チャネルは、1つ以上のスピーカドライバを駆動するために、それぞれの増幅器に結合されてもよい。当該システムは、全体的に或いは部分的に筐体内に収容されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、AC/DCアダプタは、筐体の外部にあってもよい(例えば、「ブリック(brick)」アダプタ)。さらに或いは代替として、当該システムは、携帯型バッテリ駆動無線オーディオデバイスのようないずれか適切なデバイスに実装されてもよい。
【００１４】
様々な実施形態では、双方向電力変換及び制御回路は、充電モード(例えば、AC/DCアダプタが、1つ以上の増幅器と、AC主電源(例えば、壁ソケット)のような外部電源との間に結合されるとき)と放電モード(例えば、AC/DCアダプタが、1つ以上の増幅器及び/又は外部電源に結合されないとき)との間で切り替え可能でもよい。充電モード中に、双方向電力変換及び制御回路は、適切な増幅器機能を維持するために(例えば、入力オーディオ信号に基づいて関連するスピーカドライバを駆動するために)、AC/DCアダプタが増幅器供給電圧を1つ以上の増幅器に供給する間にバッテリを充電してもよい。いくつかの実施形態では、双方向電力変換及び制御回路は、電力を1つ以上の増幅器に供給するために使用されるAC/DCアダプタからの電流量に基づいて、バッテリを充電するためにAC/DCアダプタから使用される電流量を調整してもよい。したがって、双方向電力変換及び制御回路は、AC/DCアダプタの電流定格を超えることなく(例えば、いくつかの実施形態では、安全マージンを有して)、できるだけ速くバッテリを充電し得る。
【００１５】
放電モード中に、双方向電力変換及び制御回路は、バッテリから増幅器供給電圧を生成し、増幅器供給電圧を1つ以上の増幅器に供給してもよい。いくつかの実施形態では、増幅器供給電圧は、可変電圧レベルに調整されてもよい。例えば、増幅器供給電圧の値は、システムの1つ以上の動作条件に基づいて(例えば、システムのオーディオ入力信号及び/又はボリューム設定に基づいて)、双方向電力変換及び制御回路により設定されてもよい。調整増幅器供給電圧は、適切な増幅器機能を維持しつつ、1つ以上の動作条件に基づいて、可能な場合には増幅器供給電圧を減少させることを可能にし、それにより、増加したバッテリ実行時間及び/又は減少したバッテリサイズ及びコストを提供する。
【００１６】
図１は、様々な実施形態によるバッテリ駆動オーディオ増幅器システム100(以下、「システム100」という)を概略的に示す。当該システムは、図示のように互いに結合された、再充電可能バッテリ102と、制御回路104と、切り替え電力変換回路106(パワートレイン106とも呼ばれる)と、1つ以上の増幅器108と、AC/DCアダプタ110とを含んでもよい。例えば、電力変換回路106は、バッテリ102と1つ以上の増幅器108との間、且つバッテリ102とAC/DCアダプタ110との間に結合されてもよい。制御回路104は、電力変換回路106に結合されてもよい。AC/DCアダプタ110は、電力変換回路106及び1つ以上の増幅器108に(例えば、ダイオードD1を介して)結合されてもよい。
【００１７】
様々な実施形態では、AC/DCアダプタ110は、外部電源112(例えば、壁ソケットのようなAC主電源)に選択的に結合されてもよく、外部電源からのAC電圧をDC入力供給電圧に変換してもよい。DC入力供給電圧は、限定ではなく、一例では15ボルト(V)のようないずれかの適切な値を有してもよい。充電モード中に、AC/DCアダプタ110は、電力変換回路106及び1つ以上の増幅器108に(例えば、増幅器供給電圧として)DC入力供給電圧を供給してもよい。1つ以上の増幅器108は、DC入力供給電圧を使用して動作してもよい(例えば、それぞれの増幅器108に結合された1つ以上のスピーカドライバを駆動してもよい)。さらに、電力変換回路106は、バッテリ102を充電するために(例えば、制御回路104と協働して)、DC入力供給電圧を使用してもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、AC/DCアダプタ110は、例えばプラグ115及びジャック117を介して、1つ以上の増幅器108及び電力変換回路106に取り外し可能に結合されてもよい。このようなAC/DCアダプタは、「ブリック」AC/DCアダプタと呼ばれてもよく、バッテリ102と、制御回路104と、電力変換回路106と、1つ以上の増幅器108とを含む筐体の外部にあってもよい。他の実施形態では、AC/DCアダプタ110は、1つ以上の増幅器108及び電力変換回路106に永久的に結合されてもよい。いくつかのこのような実施形態では、AC/DCアダプタ110は、バッテリ駆動オーディオデバイスの筐体内に収容されてもよい。
【００１９】
いくつかの実施形態では、制御回路104は、バッテリ102を充電するためにAC/DCアダプタから消費される電流量(例えば、レート)を減少又は増加させるように、電力変換回路106を制御してもよい。例えば、電力変換回路106と増幅器と108の合計によりAC/DCアダプタ110から消費される電流量が監視されてもよく、制御回路104は、AC/DC電源アダプタの電流定格を超えることなく(いくつかの場合、安全マージンを有して)バッテリ充電の速度を最大化するために、このAC/DCアダプタ電流の調整を維持するように、電力変換回路106の切り替えタイミングを調整してもよい(例えば、フィードバック又はフィードフォワードループを使用する)。いくつかの実施形態では、制御回路104は、1つ以上の増幅器108により引き出される電流量に基づいてバッテリ102を充電するために、電力変換回路106により引き出される電流量を調整してもよい。1つ以上の増幅器108により引き出される電流は、オーディオ信号の1つ以上のパラメータ(例えば、rmsの移動平均(例えば、クラスD増幅器の場合)又は増幅器108に供給される入力オーディオ信号又は増幅器108により生成される出力オーディオ信号の平均電圧(例えば、クラスA、AB又はB増幅器の場合))のようなシステム100の1つ以上の動作条件、及び/又は1つ以上の他の適切な動作パラメータに基づいて、直接決定されてもよく或いは推定されてもよい。
【００２０】
システム100の放電モード中に、AC/DCアダプタ110は、外部電源及び/又は電力変換回路106及び1つ以上の増幅器108に結合されなくてもよい(例えば、AC/DCアダプタが、オーディオデバイスの筐体から切断された外部「ブリック」アダプタであるとき)。したがって、電力変換回路は、バッテリ102により供給される電圧から増幅器供給電圧(Vampsupply)を生成し、増幅器供給電圧を1つ以上の増幅器108に供給してもよい。1つ以上の増幅器108は、増幅器供給電圧を使用して動作してもよい。バッテリ102は、限定されることなく、一例では7.2Vのようないずれかの適切なバッテリ電圧を供給してもよい。
【００２１】
様々な実施形態では、電力変換回路106により供給される増幅器供給電圧は、システムボリューム設定及び/又はオーディオ信号の1つ以上のパラメータ(例えば、増幅器108の入力又は出力におけるオーディオ信号の大きさ、来るべきオーディオ信号のタイムアドバンス・エンベロープ(time-advance  envelope)及び/又は1つ以上の他の適切なパラメータ)のような1つ以上の動作条件に基づいて調整されてもよい。例えば、電力変換回路106は、1つ以上の動作条件(例えば、比較的低いボリュームレベル又はオーディオ信号レベル)に基づいて、許容されるときには、バッテリ供給電圧よりも小さい電圧レベルを、調整増幅器供給電圧に提供し、それにより、増幅器供給電圧が一定値(例えば、バッテリ供給電圧)に維持される場合よりも少ない電力を消費する。いくつかの実施形態では、調整増幅器供給電圧は、最小電圧未満に低下されなくてもよく、最小電圧は、(例えば、低ボリュームレベル又はオーディオ信号レベルにおいてさえ)増幅器108の適切な機能に必要な最小電圧に対応してもよい。
【００２２】
さらに或いは代替として、いくつかの実施形態では、電力変換回路106は、1つ以上の動作条件(例えば、比較的高いボリュームレベル又はオーディオ信号レベル)により指示されたとき、バッテリ供給電圧よりも大きい電圧値を、調整増幅器供給電圧に提供してもよく、それにより、増幅器供給電圧がバッテリ供給電圧に制限された場合よりも高いピーク出力電力を増幅器108が達成することを可能にする。したがって、いくつかの実施形態では、電力変換回路106は、1つ以上の動作条件に依存して、バッテリ供給電圧よりも小さい、それと等しい、或いはそれよりも大きい電圧レベルを、調整増幅器供給電圧に提供可能でもよい。
【００２３】
図１に示すように、電力変換回路106の1つの実装は、トランジスタ(例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:metal-oxide-semiconductor  field-effect  transistor))S1〜S4及びインダクタL1を含んでもよい。電力変換回路106はここではMOSFETを参照して記載されるが、他の実施形態は、他の適切なタイプのトランジスタを含んでもよい。いくつかの実施形態では、バッテリ102は、MOSFET  S1のドレイン端子に結合されてもよく、増幅器108の電力レールは、放電モード中に増幅器供給電圧Vampsupplyを受け取るために、MOSFET  S3のドレイン端子に結合されてもよい。MOSFET  S2のドレイン端子は、MOSFET  S1のソース端子に結合されてもよく、MOSFET  S4のドレイン端子は、MOSFET  S3のソース端子に結合されてもよい。インダクタL1は、MOSFET  S1及びS2の間にある第1のノードと、MOSFET  S3及びS4の間にある第2のノードとの間に結合されてもよい。制御回路104は、電力変換回路106の動作を制御するために、MOSFET  S1〜S4のゲート端子にそれぞれの駆動信号を提供してもよい。電力変換回路106の動作について、図２を参照して以下に更に説明する。
【００２４】
いくつかの実施形態では、電力変換回路106内のMOSFET  S2は、ダイオードで置き換えられてもよい。
【００２５】
様々な実施形態では、システム100は、充電のためと増幅器を駆動するためとでそれぞれ別々の制御回路及び電力変換回路を使用した従来のシステムとは対照的に、単一の制御回路104及び単一の電力変換回路106を提供してもよい。したがって、システム100は、従来の設計よりも1つ少ない制御回路及び1つ少ないインダクタを含んでもよく、それにより、従来のシステムと比較して、システム100のコスト、サイズ及び実装の複雑さを減少させる。いくつかの実施形態では、制御回路104及び電力変換回路106からインダクタを引いたものが、単一の集積回路(IC:integrated  circuit)に配置されてもよい。他の実施形態では、制御回路104及び電力変換回路106からインダクタを引いたものが、2つの異なるICに配置されてもよい。他の実施形態では、制御回路104の態様は、互いに結合された異なるICに配置されてもよい。
【００２６】
さらに、電力制御回路104及び電力変換回路106により供給される可変調整増幅器供給電圧は、システム100の電力消費を減少させてもよく、それにより、バッテリ102のバッテリ実行時間を延長し、及び/又は、より小さい容量のバッテリ102がシステム100で使用されることを可能にする。さらに、AC/DCアダプタ110からのピーク電流需要は、従来のシステムと比較して減少してもよく、それにより、AC/DCアダプタのサイズ及びコストの減少を可能にする。さらに、調整増幅器供給電圧は、必要な場合には、1つ以上の増幅器108のより高いピーク出力電力を可能にし、一方で、可能な場合には、電力を節約することも可能にしてもよい。
【００２７】
様々な実施形態では、1つ以上の増幅器108は、線形型増幅器(例えば、クラスA、クラスAB、クラスB)、スイッチング型増幅器(例えば、クラスD)、他の適切なタイプの増幅器及び/又は増幅器タイプの組み合わせのような、いずれか適切な増幅器トポロジを有してもよい。複数の増幅器108を含む実施形態では、増幅器108は、図１に示すようにブリッジ型になってもよい。増幅器108は、増幅器供給電圧を受け取るために同じ単極供給バスから動作してもよい。増幅器108は、それぞれの増幅器108により受信された入力オーディオ信号に基づいてスピーカドライバ119を駆動するために、それぞれのスピーカドライバ119に結合されてもよい。
【００２８】
図２は、様々な実施例による携帯型バッテリ駆動オーディオシステム200(以下、「システム200」という)を示す。システム200は、図１を参照して上述したシステム100の例示的な実装でもよい。例えば、システム200は、バッテリ102に対応するバッテリ202と、電力変換回路106に対応する電力変換回路(パワートレイン)206と、増幅器108に対応する増幅器208と、AC/DCコンバータ110に対応するAC/DCコンバータ210とを含んでもよい。図２に示す一部又は全部の残りの回路ブロックは、システム100の制御回路104に対応し得る制御回路に含まれてもよい。
【００２９】
様々な実施形態では、AC/DCコンバータは、AC供給電圧212(例えば、壁ソケット)に選択的に結合されてもよい。システム100に関して上述したように、システム200は、増幅器供給電圧Vampsupplyが電力変換回路206によりバッテリ202から供給される放電モードと、増幅器供給電圧VampsupplyがAC/DC電源アダプタ210により供給されて電力変換回路206がバッテリ202を充電する充電モードとの間で切り替え可能でもよい。システム200は、システム200が電圧Vadapterに基づいて放電モードにあるか充電モードにあるかを決定してもよい。電圧Vadapterは、AC/DCアダプタにより供給されてもよく、AC/DCアダプタがAC供給電圧212及び増幅器208に結合されている間にAC/DCアダプタ210により供給される増幅器供給電圧Vampsupplyに対応してもよく、それにより、外部電源(AC供給電圧212)がシステム200に接続されていることを示す。
【００３０】
様々な実施形態では、図２に示すシステム200は、システム200のボリュームレベル設定(例えば、ユーザにより設定される)に基づいて、放電モード中に増幅器208に供給される増幅器供給電圧(Vampsupply)を調整してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、システム200は、増幅器供給電圧を、ボリュームレベル設定にオフセットを加えたものに比例するように且つ最小値に従うように調整してもよい。
【００３１】
図２に示すように、システムボリュームレジスタ214は、ボリュームレベル設定を記憶してもよい。ボリュームレベル設定は、ボリュームインタフェース216を使用してシステム200のユーザにより設定されてもよい。ボリュームインタフェース216は、例えば、1つ以上のボタン、無線インタフェース(例えば、スマートフォン、電子デバイス上のアプリケーション及び/又は専用リモートコントロールのような電子デバイスと相互作用するため)、タッチスクリーン、マイクロホン(例えば、ユーザから音声コマンドを受信するため)及び/又は他の適切なインタフェースを含んでもよい。いくつかの実施形態では、システムボリュームレジスタ214は、システム200を実装するバッテリ駆動オーディオデバイスに含まれてもよい。他の実施形態では、システムボリュームレジスタ214は、外部デバイス(例えば、スマートフォン)に含まれてもよく、システム200は、外部デバイスからシステムボリュームレジスタ214に記憶されたボリュームレベル設定を受信してもよい。
【００３２】
ブロック220において、オフセット値(例えば、オフセットレジスタ218に記憶される)は、ボリュームレベル設定に追加されてもよく、結果の値は、レジスタ222に記憶されてもよい。ブロック224は、レジスタ222に記憶された値(ボリュームレベルにオフセット値を加えたものに対応する)と最小供給電圧値(例えば、レジスタ226に記憶される)との間でより大きい値を決定し、より大きい値を目標供給レジスタ228に渡す。デジタル・アナログ変換器(DAC:digital-to-analog  converter)230は、目標供給レジスタ228に記憶された目標値をアナログ目標供給電圧(Vsupplytarget)に変換してもよい。レジスタ214、218、222、226及び228は、目標供給電圧について更新された値を提供するために、連続的に更新されてもよい(例えば、クロック信号及び/又はシステムボリュームレジスタ214により記憶されたボリュームレベル設定における変化に応じる)。
【００３３】
図２に示す実施形態では、レジスタ214、218、222、226及び228はデジタルレジスタでもよく、それぞれのレジスタに記憶された対応する値はデジタル値でもよい。しかし、他の実施形態では、レジスタのうち1つ以上がアナログレジスタでもよいことは明らかである。さらに或いは代替として、レジスタのうち1つ以上のようなシステム200の態様は、ソフトウェア及び/又はファームウェアで実装されてもよい。
【００３４】
様々な実施形態では、目標供給電圧Vsupplytargetは、以下に更に説明するように、放電モード中にシステム200により増幅器に印加される意図した供給電圧に対応する。例えば、放電モード中に増幅器208に供給される増幅器供給電圧Vampsupplytargetは、目標供給電圧Vsupplytargetに実質的に比例してもよい。
【００３５】
様々な実施形態では、目標供給電圧Vsupplytargetは、放電誤差増幅器232の第1の入力端子に供給されてもよい。放電誤差増幅器232の第2の入力端子は、一種の増幅器供給電圧Vampsupply(例えば、抵抗器R5及びR6により提供されるような増幅器供給電圧Vampsupplyのスケールダウンしたもの)を受け取ってもよい。放電誤差増幅器232は、一種の増幅器供給電圧Vampsupplyと目標供給電圧Vsupplytargetとの間の差を示す(例えば、比例する)誤差電圧VerrDを生成してもよい。したがって、誤差電圧VerrDは、増幅器供給電圧がその目標値に到達するためにどのように調整される必要があるかを示してもよい。
【００３６】
様々な実施形態では、放電誤差増幅器232は、誤差電圧VerrDを放電電流モードパルス幅変調(PWM)変調器234に供給してもよい。放電電流モードPWM変調器234は、電力変換回路206のインダクタL1を通るピーク電流を示す電圧信号Vr1を更に受信してもよい。放電電流モードPWM変調器234は、電圧信号Vr1により示されるインダクタL1を通るピーク電流及び誤差電圧VerrDに基づいて、放電モード可変パルス幅変調(PWN)信号VpwmDを生成してもよい。信号VpwmDは、放電モード中に目標電圧レベルによって増幅器供給電圧Vampsupplyを生成するように、電力変換回路206を制御するために(例えば、MOSFET1〜S4の切り替え時間及びインダクタL1におけるピーク電流を制御するために)使用されてもよい。
【００３７】
様々な実施形態では、抵抗R1は、電圧信号Vr1を(例えば、抵抗R1とMOSFET  S4との間のノードから)提供し、放電モード中にピーク電流モード制御PWM方式を実装するために、MOSFET  S4のソース端子とグラウンドとの間に結合されてもよい。放電モード中に、MOSFET  S2のソース端子とグラウンドとの間に結合されてもよい抵抗R2は、MOSFET  S2及びS3のための同期整流器の方式を制御するために、増幅器108に流れる電流を(例えば、増幅器供給電圧Vampsupplyを介して)感知するために使用されてもよい。
【００３８】
様々な実施形態では、放電モード可変PWM信号VpwmDは、マルチプレクサ236の入力端子に渡されてもよい。マルチプレクサ236はまた、他の入力端子において充電モード可変PWM信号VpwmC(以下にさらに説明する)を受信し、選択端子において信号Vadapterを更に受信してもよい。信号Vadapterが、システム200が放電モードにあることを示すとき(例えば、AC/DCアダプタが電力を供給しておらず、Vadapterが結果的に論理ローであるとき)、マルチプレクサは、電力変換回路206を(例えば、駆動ロジック238及び/又はMOSFETドライバ240を介して)制御するために、放電モード可変PWM信号をその出力端子(例えば、Vpwmとして)に渡してもよい。
【００３９】
対照的に、信号Vadapterが、システム200が充電モードにあることを示す場合(例えば、Vadapterが論理ハイのとき)、マルチプレクサ236は、充電モード可変PWM信号VpwmCをその出力端子に(例えば、Vpwmとして)渡す。様々な実施形態では、システム200の充電モード回路は、定電流(CC:constant  current)充電誤差増幅器242と、定電圧(CV:constant  voltage)充電誤差増幅器244と、充電電流モードPWM変調器246とを含んでもよい。バッテリ電圧Vbattery は、抵抗R12及びR13により感知され、CV充電誤差増幅器244の入力端子に渡されてもよい。CV充電誤差増幅器244は、他の入力端子においてCV基準電圧Vref_cvを受け取り、比較に基づいてCV誤差信号を生成してもよい。CV充電誤差増幅器244からのCV誤差信号は、バッテリ電圧VbatteryをVref_cvに比例する目標電圧以下にするように調整するために、充電電流モードPWM変調器246に提供されてもよい。
【００４０】
CC充電誤差増幅器242は、AC/DCアダプタ210の出力電流の大きさ(例えば、グラウンド側の感知を使用して抵抗R3により電圧として提供される)を、目標電流の大きさ(例えば、基準電圧Vref_ccに比例する)と比較してもよい。目標電流は、AC/DCアダプタ210の定格出力電流に対応してもよく(安全マージンが引かれるかを問わない)、CC充電誤差増幅器242は、比較に基づいて誤差信号を出力してもよい。基準電圧Vref_ccは、抵抗R3を通過する目標電流から生じる電圧に対応してもよい。CC充電誤差増幅器242からの誤差信号は、AC/DCアダプタ210の出力電流を目標電流以下にするように調整するために、充電電流モードPWM変調器246に提供されてもよい。いくつかの実施形態では、CC充電誤差増幅器242からの誤差信号又はより低い値を有するCV充電誤差増幅器244からの誤差信号のうち一方は、充電誤差信号VerrCとして充電電流モードPWM変調器246に提供されてもよい。例えば、CC充電誤差増幅器242及びCV充電誤差増幅器244の出力端子は、それぞれのダイオードD2及びD3を介して、充電電流モードPWM変調器246のVerrC入力端子に結合されてもよい。充電モードにおいて、システム200の回路は、AC/DCアダプタ210が電力(例えば、ダイオードD1を介して提供される増幅器供給電圧Vampsupply)を増幅器に供給する一方で、AC/DCアダプタの電流定格を超えることなく、できるだけ速くバッテリを充電することも可能にする。
【００４１】
例えば、バッテリ電圧が小さいとき、CV充電誤差増幅器244は、高い出力電圧に飽和してもよい。CC充電誤差増幅器242は、その誤差信号を充電電流モードPWM変調器246に提供してもよく、バッテリ202がAC/DCアダプタ210の電流限界が許す限り速く充電することを可能にする。バッテリ電圧がその最大値に上昇すると、CV充電誤差増幅器244は、CC充電誤差増幅器242からの誤差信号の代わりに、その誤差信号を充電電流モードPWM変調器246に提供し始め、充電電流モードPWM変調器246により提供されるPWM指数を徐々に減少させて、バッテリ電圧を目標最大値に維持しつつ充電電流を徐々に小さくする。
【００４２】
様々な実施形態では、充電電流モードPWM変調器は、電力変換回路206のインダクタL1を通るピーク電流を示す信号Vr2及び充電誤差信号VerrCに基づいて、充電モードPWM信号VpwmCを生成してもよい。信号Vr2は、抵抗R2により提供されてもよい。電力変換回路206の抵抗R1は、MOSFET  S1及びS4のための同期整流器の方式を制御するために、電力変換回路206からバッテリ202に流れる電流を感知するために使用されてもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態では、バッテリ充電電流に対する1つ以上の更なる制限又は代替の制限が充電電流モードPWM変調器246に課されてもよい。例えば、いくつかの場合、バッテリ202の充電電流定格を超えないようにするために、最大バッテリ充電電流はAC/DCアダプタ210の電流定格未満に制限されてもよい。
【００４４】
さらに或いは代替として、いくつかの実施形態では、放電モード中に、目標供給電圧がバッテリ電圧Vbatteryよりも小さいとき、電力変換回路206のMOSFET  S3はオンのままでもよく(例えば、完全なクロックサイクルの間)、MOSFET  S4はオフのままでもよい。MOSFET  S1のオン時間のパルス幅は、(例えば、放電電流モードPWM変調器により)変調されてもよく、MOSFET  S2は、同期整流器として使用されてもよい。したがって、電力変換回路206はバックコンバータとして動作してもよい。
【００４５】
さらに或いは代替として、いくつかの実施形態では、放電モード中に、目標供給電圧がバッテリ電圧Vbatteryよりも大きいとき、MOSFET  S1はオンのままでもよく、MOSFET  S2はオフのままでもよい。MOSFET  S4のオン時間のパルス幅は、(例えば、放電電流モードPWM変調器により)変調されてもよく、MOSFET  S3は、同期整流器として使用されてもよい。したがって、電力変換回路206は、ブーストコンバータとして動作してもよい。
【００４６】
他の実施形態では、電力変換回路206のMOSFET  S1〜S4は、バッテリ電圧Vbatteryよりも大きいか、小さいか、或いは等しい調整増幅器供給電圧Vampsupplyを達成するために、電力変換の当業者によく知られた他の適切な方式で(例えば、駆動ロジック238により)起動されてもよい。
【００４７】
様々な実施形態では、増幅器208は、それぞれの増幅器入力信号(例えば、オーディオプロセッサから受信される)に基づいて、それぞれの増幅器出力信号Va、Vb、Vc及びVdを生成するために、増幅器供給電圧Vampsupplyを使用して電力供給される。増幅器出力信号は、スピーカドライバを駆動するために、それぞれのスピーカドライバ248に渡される。
【００４８】
図３は、放電電流モードPWM変調器234のいくつかの実施形態において使用され得る放電電流モードPWM変調器回路300を示す。放電電流モードPWM変調器234に関して上述したように、放電電流モードPWM変調器回路300は、電圧信号Vr1により示されるインダクタL1を通るピーク電流及び誤差電圧VerrDに基づいて放電モード可変PWM信号VpwmDを生成してもよい。他の実施形態では、電圧モードPWM方式、可変周波数定時間パルス密度変調及び/又は電力変換の当業者に既知の他の変調方式のような他の変調方式が使用されてもよい。
【００４９】
図４は、充電電流モードPWM変調器246のいくつかの実施形態において使用され得る充電電流モードPWM変調器回路400を示す。充電電流モードPWM変調器246に関して上述したように、充電電流モードPWM変調器回路400は、信号Vr2により示される電力変換回路のインダクタL1を通るピーク電流及び充電誤差信号VerrCに基づいて充電モードPWM信号VpwmCを生成してもよい。放電電流モードPWM変調器回路300と同様に、他の実施形態では、電圧モードPWM方式、可変周波数定時間パルス密度変調及び/又は電力変換の当業者に既知の他の変調方式のような他の変調方式が使用されてもよい。
【００５０】
図５は、いくつかの実施形態におけるシステム200の駆動ロジック238に使用され得る駆動論理回路500を示す。駆動論理回路500は、PWM信号Vpwm及びシステムが充電モードにあるか放電モードにあるかを示すVadapter信号に基づいて、電力変換回路(例えば、電力変換回路206)のMOSFET  S1〜S4のための駆動信号を提供してもよい。駆動論理回路500は、例えば、MOSFET  S1及びS4を同時にオン又はオフするために、第1の駆動信号(V_S1,S4)を電力変換回路206のMOSFET  S1及びS4に提供してもよい。さらに、駆動論理回路500は、例えば、MOSFET  S2及びS3を同時にオン又はオフするために、第2の駆動信号(V_S2,S3)をMOSFET  S2及びS3に提供してもよい。Vadapter信号は、どの対のMOSFETがVpwm信号に従ってオンになるかを決定する。同期整流信号は、Vpwm信号がローになったときに対向する対のMOSFETをオンにし、次いで、インダクタ電流がゼロに低下したとき、或いはVpwm信号が再びハイになったときに、これらをオフにするために、駆動論理回路500により生成される。
【００５１】
図６は、様々な実施形態による、放電モード中の図２のシステム200の様々な信号についての例示的な波形600を示す。波形600は、第1の駆動信号V_S1,S4と、第2の駆動信号S2,S3と、電力変換回路206のインダクタL1を通る電流(I_L1)と、増幅器供給電圧Vampsupplyとを含む。図６に示す例示的な波形600のために、同期整流が駆動論理ブロック238において使用される。MOSFET  S1及びS4は、或る期間オンになり、インダクタL1の電流が増加する。次いで、MOSFET  S1及びS4は、或る期間の後にオフになり、MOSFET  S2及びS3は、インダクタL1内のインダクタ電流が非常に小さい電圧降下で(例えば、同期整流原理に従って)Vampsupplyノードに流れることを可能にするために、オンになる。次いで、MOSFET  S2及びS3は、インダクタ電流がゼロになったときにオフになる。この実施形態における平均Vampsupply電圧は、システムボリューム位置及びオフセットにより設定されたVsupplytargetに比例して調整され、増幅器に電圧を供給し且つ増幅器の出力信号Va、Vb、Vc及びVdとVampsupply電圧との間のクリッピング衝突を回避するのに十分に大きい。
【００５２】
図７は、充電モード中の図２のシステム200の様々な信号についての例示的な波形700を示す。波形700は、第1の駆動信号V_S1,S4と、第2の駆動信号S2,S3と、電力変換回路206のインダクタL1を通る電流(I_LI)と、増幅器供給電圧Vampsupplyとを含む。図７に示す例示的な波形700のために、同期整流が、駆動論理ブロック238において使用される。MOSFET  S2及びS3は、或る時間オンになり、インダクタL1の電流は、大きさが増すにつれて負になる。次いで、MOSFET  S2及びS3は、或る期間の後にオフになり、MOSFET  S1及びS4は、インダクタL1内の電流が非常に小さい電圧降下で(例えば、同期整流原理に従って)Vbatteryに流れ、それによりバッテリを充電することを可能にするために、オンになる。次いで、MOSFET  S1及びS4は、インダクタL1における電流の大きさがゼロになったときにオフになる。この実施形態におけるVampsupply電圧は、AC/DCアダプタの出力電圧からダイオードD1によるダイオード降下を引いたものに等しい。Vampsupply電圧は、電圧を増幅器に供給し且つ増幅器の出力信号Va、Vb、Vc及びVdとVampsupply電圧との間のクリッピング衝突を回避するのに十分大きい。
【００５３】
図８は、いくつかの実施形態に従って、ボリューム設定が(例えば、ユーザにより)調整されるときのシステム200内の様々な信号についての例示的な波形800を示す。例示的な波形800は、システムボリュームレジスタに記憶されたボリューム設定と、目標供給電圧Vsupplytargetと、増幅器供給電圧Vampsupplyと、増幅器出力電圧信号Vaとを含む。この実施形態では、システムボリュームレジスタに記憶されたボリューム設定は、3ビットのデジタル値で表される。他の実施形態では、異なる数のビットがボリューム設定のために使用されてもよいことは明らかである。さらに或いは代替として、いくつかの実施形態では、システムボリュームレジスタに記憶されたボリューム設定は、オーディオデバイス上の実際のボリューム設定からダウンサンプリングされてもよい。例えば、オーディオデバイスは、システムボリュームレジスタに記憶され得る利用可能なボリューム設定(例えば、ビット数に対応する)よりも多くの利用可能なボリューム設定(例えば、より多くのビットに対応する)を有してもよい。
【００５４】
図９は、様々な実施形態による、携帯型バッテリ駆動オーディオシステム900(以下、「システム900」という)の他の例を示す。システム900は、図１を参照して上述したシステム100の他の例示的な実装でもよい。システム900は、増幅器908により処理されるオーディオ信号に基づいて、放電モード中の増幅器供給電圧Vampsupplyの電圧レベルを設定してもよい。
【００５５】
例えば、システム900は、増幅器出力電圧のピーク値に対応する供給目標電圧を生成してもよい。いくつかの実施形態では、増幅器出力電圧に基づいて供給目標電圧を生成するために、例えば、供給目標電圧が増幅器出力電圧におけるピーク後によりゆっくりと低下するように、ピーク・ホールド・ウィズ・ディケイ(peak-hold-with-decay)方式が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、供給目標電圧は、増幅器出力電圧のピーク値にオフセット電圧を加えたものに対応してもよい。さらに或いは代替として、供給目標電圧は、最小電圧に従ってもよい。すなわち、システム900は、最小電圧又は増幅器出力電圧のピーク値に対応する値(例えば、オフセット電圧を加えたもの)のうちの大きい方として、供給目標電圧を設定してもよい。複数の増幅器チャネルが増幅器供給電圧Vampsupplyを共有するシステム900の実施形態では、システム900は、最大の大きさのピークを有する増幅器出力電圧に基づいて(例えば、ピーク・ホールド・ウィズ・ディケイ方式を使用して、いずれかの所与の時間に)供給目標電圧を決定してもよい。
【００５６】
この制御方式の例示的な実装として、システム900は、目標供給電圧を生成するための目標供給回路950を含んでもよい。目標供給回路950は、それぞれの増幅器908から増幅器出力電圧Va、Vb、Vc及びVdを受け取ってもよい。加算ブロック952は、それぞれのダイオードD4、D5、D6及びD7を介して増幅器出力電圧を受け取ってもよく、それにより、増幅器出力電圧の中から最大値を加算ブロック952に効果的に渡す。最大増幅器出力電圧におけるピークの後に、加算ブロック952により受け取られる電圧レベルは、キャパシタC20及び抵抗R20により提供される時定数に従って減衰してもよい。
【００５７】
加算ブロック952は、最大増幅器出力電圧にオフセット電圧Voffsetを加算してもよく、生成された電圧は、ダイオードD8を介して目標電圧ノード954に結合されてもよい。最小電圧Vminはまた、他のダイオードD9を介して目標電圧ノード954に結合されてもよい。したがって、目標電圧ノード954は、加算ブロック952からの出力電圧(最大増幅器出力電圧にオフセット電圧Voffsetを加えたものに対応する)又は最小電圧Vminのうち大きい方を受け取ってもよい。目標電圧ノード954における結果の目標供給電圧Vsupplytargetは、放電誤差増幅器932に渡されてもよく、これはシステム200の放電誤差増幅器232と同様でもよい。放電誤差増幅器932は、目標供給電圧Vsupplytargetに実質的に比例する調整電圧レベルを増幅器供給電圧に提供するために、目標供給電圧Vsupplytarget及び増幅器供給電圧Vampsupplytargetに基づいて誤差信号VerrDを生成してもよい。
【００５８】
したがって、放電モードのときに、目標供給回路950により生成された目標供給電圧Vsupplytargetは、増幅器供給電圧Vampsupplyを、増幅器出力電圧の最大の大きさのエンベロープに追従させてもよく、Vampsupplyは、大きい増幅器出力電圧の短時間の間に必要に応じて急速に上昇し、次いで、他の大きい短時間が生じるまで、徐々に(例えば、キャパシタC20及び抵抗R20により提供される時定数に従って)減衰する。
【００５９】
システム900の残りの構成要素は、上記のシステム200の対応する構成要素と同様でもよく、したがって、ここでは再び説明しない。
【００６０】
他の実施形態では、目標供給電圧は、オーディオ信号の将来(forward-looking)のバージョンに基づいて決定されてもよい。例えば、ピーク・ホールド・ウィズ・ディケイ関数及び最小電圧との比較は、デジタル領域において実行されてもよく、例えば、デジタル遅延メモリを使用して、時間を進めたオーディオ信号を効果的に生成して、対応するオーディオ信号レベルを再生する増幅器に先立って(例えば、数ミリ秒又は数十マイクロ秒前のオーダで)、電力変換回路がキャパシタC1の増幅器供給電圧Vampsupplyをより大きい目標値にスライドさせることを可能にする。
【００６１】
いくつかの実施形態では、目標供給電圧Vtargetsupplyは、増幅器供給電圧Vampsupplyが多数の別々の電圧レベル(例えば、再生されるオーディオ信号のエンベロープに比例する)のうち1つに調整されるようにデジタル化されてもよい。さらに或いは代替として、システム900は、増幅器出力電圧に基づいて目標供給電圧Vtargetsupplyを決定することを参照して記載されているが、他の実施形態は、増幅器アナログ入力電圧(オーディオ信号に関連する)、増幅器の入力電圧及び出力電圧の組み合わせ及び/又は増幅器の出力電圧と増幅器の供給電圧Vampsupplyとの差のような、1つ以上の他の或いは更なる動作パラメータに基づいて、目標供給電圧Vtargetsupplyを決定してもよい。
【００６２】
図１０は、放電モードにおいて、電力変換回路1006をバックコンバータ(例えば、目標供給電圧がバッテリ電圧Vbatteryよりも小さいとき)又はブーストコンバータ(例えば、目標供給電圧がバッテリ電圧Vbatteryよりも大きいとき)として、或いは、充電モードにおいて、上記のように、AC/DC電源アダプタからバッテリに電力を伝達するバックコンバータとして選択的に動作させ得るバッテリ駆動オーディオシステム1000(以下、「システム1000」という)の例を示す。
【００６３】
例えば、システム1000は、図１を参照して上述したシステム100の他の例示的な実装でもよい。システム1000は、目標供給電圧がバッテリ電圧より大きいか又は小さいかを決定し、決定に基づいてバックモード又はブーストモードで動作させるように電力変換回路1006を(例えば、駆動ロジック1038を介して)制御するためのモード選択回路1051をシステム1000が含むことを除き、それぞれ、図１及び図９に示すシステム100及び/又は900と同様のものでもよい。
【００６４】
例えば、モード選択回路1051は、図１０に示すように、目標供給電圧をバッテリ電圧(例えば、抵抗R50及びR51により提供されるバッテリ電圧の電圧分割バージョン)と比較するための比較器を含んでもよい。比較器の出力は、駆動ロジック1038に渡されてもよい。目標供給電圧がバッテリ電圧Vbatteryよりも小さい場合、モード選択回路1051は、電力変換回路1006のMOSFET  S3をオンのままにし(例えば、完全なクロックサイクルの間)、MOSFET  S4をオフのままにするように制御してもよい。MOSFET  S1のオン時間のパルス幅は、(例えば、放電電流モードPWM変調器により)変調されてもよく、MOSFET  S2は、同期整流器として使用されてもよい。したがって、電力変換回路1006は、バックコンバータとして動作してもよい。
【００６５】
しかし、目標供給電圧がバッテリ電圧Vbatteryよりも大きい場合、モード選択回路1051は、MOSFET  S1をオンのままにし、MOSFET  S2をオフのままにするように制御してもよい。MOSFET  S4のオン時間のパルス幅は、(例えば、放電電流モードPWM変調器により)変調されてもよく、MOSFET  S3は、同期整流器として使用されてもよい。したがって、電力変換回路1006は、ブーストコンバータとして動作してもよい。
【００６６】
さらに或いは代替として、いくつかの実施形態では、充電モード中に、制御回路は、バックコンバータとして(例えば、充電バックモードと呼ばれる放電モードとは逆方向に)動作するように、電力変換回路1006を制御してもよい。すなわち、トランジスタS3は、PWMバックコンバータとして変調され、S4は同期整流器として変調され、S1はオン(例えば、完全なクロックサイクルの間)であり、S2はオフ(例えば、完全なクロックサイクルの間)である。電力変換回路1006のバックコンバータ機能は、図１０の実施形態に特有のものではなく、いくつかの実施形態(例えば、図１、図２及び/又は図９の実施形態)においてどこかに記載されている電力変換回路によっても使用されてもよい。
【００６７】
図１１は、図１０に関して上述したように、ブーストモード又はバックモードで選択的に動作させるように電力変換回路(例えば、電力変換回路1006又はここに記載の他の電力変換回路)のトランジスタ(例えば、S1、S2、S3及びS4)を制御するために使用され得る切り替え制御回路1100を示す。例えば、切り替え制御回路1100は、いくつかの実施形態では、駆動ロジック1038に含まれてもよい。図示のように、切り替え制御回路1100は、切り替え制御信号をスイッチングトランジスタのそれぞれのゲート端子に提供するために、一対のマルチプレクサ1102及び1104を含んでもよい。切り替え制御回路1100は、ここに記載のように、放電モード中に同期整流器としてそれぞれのトランジスタS2又はトランジスタS3を選択的に動作させるための放電同期整流器制御回路1106及び1108を含んでもよい。切り替え制御回路1100は、ここに記載のように、充電モード中に同期整流器としてトランジスタS4を選択的に動作させるための充電同期整流器制御回路1110を更に含んでもよい。
【００６８】
図１２は、様々な実施形態による、放電モード中に(例えば、目標供給電圧がバッテリ電圧よりも小さいとき)、バックモードで電力変換回路1006を動作させるためのシステム1000の様々な信号についての例示的な波形1200を示す。波形1200は、図６の波形600に代わるものでもよい。波形1200は、電力変換回路1006のそれぞれのトランジスタS1、S2、S3及びS4を制御するための駆動信号V_S1、V_S2、V_S3及びV_S4と、電力変換回路1006のインダクタL1を通る電流(I_L1)と、増幅器供給電圧Vampsupplyとを含む。
【００６９】
図１３は、様々な実施形態による、放電モード中に(例えば、目標供給電圧がバッテリ電圧よりも大きいとき)、ブーストモードで電力変換回路1006を動作させるためのシステム1000の様々な信号についての例示的な波形1300を示す。波形1300は、図６の波形600に代わるものでもよい。波形1300は、電力変換回路1006のそれぞれのトランジスタS1、S2、S3及びS4を制御するための駆動信号V_S1、V_S2、V_S3及びV_S4と、電力変換回路1006のインダクタL1を通る電流(I_L1)と、増幅器供給電圧Vampsupplyとを含む。
【００７０】
図１４は、様々な実施形態による、充電モード中にバックモードで電力変換回路1006を動作させるためのシステム1000の様々な信号についての例示的な波形1400を示す。波形1400は、図７の波形700に代わるものでもよい。波形1400は、電力変換回路1006のそれぞれのトランジスタS1、S2、S3及びS4を制御するための駆動信号V_S1、V_S2、V_S3及びV_S4と、電力変換回路1006のインダクタL1を通る電流(I_L1)と、増幅器供給電圧Vampsupplyとを含む。
【００７１】
様々な実施形態では、ここに記載のシステムは、スイッチングタイプ(クラスD)又は線形タイプ(クラスA又はクラスAB又はクラスB)又はこれらの組み合わせのような、いずれか適切なタイプのオーディオ増幅器と共に使用されてもよい。使用される増幅器のタイプにかかわらず、増幅器の電力損及びそれによるシステムの電力損は、ここに記載のように、許容可能なときに増幅器に供給するために使用される増幅器供給電圧Vampsupplyを減少させることにより減少し得る。システム電力損のこの減少は、携帯型オーディオデバイスのバッテリ実行時間を増加させる。
【００７２】
ここに開示される回路、システム及び方法は、無線オーディオスピーカ(例えば、ブルートゥース（登録商標）、ローカルエリアネットワーク(LAN:local  area  network、例えば、WiFi)、セルラ(例えば、第3世代パートナーシッププロトコル(3GPP:Third  Generation  Partnership  Protocol)セルラ及び/又は他の適切な無線ネットワークインタフェースのようないずれか適切な無線インタフェースを使用する)、スマートホーム・スピーカ、スマートフォン、ラップトップコンピュータ及び/又は他の適切なデバイスを含むが、これらに限定されない、携帯型バッテリ駆動オーディオデバイスのようないずれか適切なバッテリ駆動オーディオデバイスにおいて使用されてもよい。バッテリ駆動オーディオデバイスは、デバイスのスピーカにより再生されるオーディオ信号を受信するための無線ネットワークインタフェース(例えば、ブルートゥース、ローカルエリアネットワーク(LAN、例えば、WiFi)、セルラ(例えば、第3世代パートナーシッププロトコル(3GPP)セルラ及び/又は他の適切な無線ネットワークインタフェースを使用する)を更に含んでもよい。オーディオプロセッサ回路は、無線ネットワークインタフェースとデバイスの増幅器との間に結合され、無線ネットワークインタフェースにより受信されたオーディオ信号を、増幅器により使用可能な形式に処理してもよい。例えば、オーディオプロセッサは、フィルタリング及び遅延のようなオーディオ処理を実現するためのデジタル信号プロセッサと、デジタルオーディオ信号を増幅器により処理されるアナログオーディオ信号に変換するためのデジタル・アナログ変換器とを含んでもよい。さらに或いは代替として、バッテリ駆動オーディオデバイスは、1つ以上のプロセッサ、メモリ(例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM:random  access  memory)、大容量記憶装置(例えば、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ(HDD:hard-disk  drive)等)、アンテナ等のような1つ以上の更なる構成要素を含んでもよい。
【００７３】
特定の実施形態がここに図示及び記載されているが、同じ目的を達成するように計算された広範な種類の代替及び/又は同等の実施形態又は実装が、本範囲から逸脱することなく、図示及び記載の実施形態の代わりに使用されてもよいことが、当業者により認識される。当業者は、実施形態が非常に多様な方法で実装され得ることを容易に理解する。この出願は、ここで議論される実施形態のいずれかの適合又は変形をカバーすることを意図する。したがって、実施形態は、請求項及びその均等物によりのみ限定されることが明らかに意図される。
【図１】
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【図２】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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