CN101151799A

CN101151799A - 放大器装置

Info

Publication number: CN101151799A
Application number: CNA2006800100056A
Authority: CN
Inventors: 佐佐木裕
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2008-03-26
Also published as: EP1865597B1; EP1865597A1; EP1865597A4; JP2008047945A; US20090022339A1; WO2006104075A1

Abstract

本发明是一种放大器装置，包括：放大部(26)，接受输入信号并驱动扬声器(23)，以及电源电路部(25)，向该放大部供应输出电压。所述放大部(26)包括将输入信号转换为PWM信号的PWM信号发生电路(4)，根据该PWM信号驱动扬声器的扬声器驱动电路(20)，以及输出与PWM信号的脉宽和脉冲间隔的差成比例的时间差信号的占空比检测电路(8)。所述电源电路部(25)包括根据所述时间差信号控制所述输出电压的PWM控制电路(15)。当扬声器(23)的音量大时，放大器装置提高放大器(23)的驱动电压，来抑制音量的失真。

Description

放大器装置

技术领域

本发明涉及在便携式设备上使用的放大器装置。

背景技术

在使用电池的便携式设备等中，为了确保大声音而在电源电路中使用升压用的DD转换器的情况正逐渐增多。在该情况下，谋求同时满足在确保大音量的同时保证声音的质量。

以往，在使用电池的便携式设备中，为了使声音放大而使用D类放大器，并在电源电路上使用DD转换器而使作为电源的电池电压升压的放大器装置被提出了各种各样的方案(例如，参照日本专利文献特开平1-147907号公报)。

下面，参照图6对现有的升压型DD转换器进行说明。

如该图所示，在现有的升压型DD转换器25中，比较DD转换器的输出电压27和基准电压17，为了使该差分接近“0”，经由差分放大器16由PWM(脉宽调制)控制电路15控制开关元件13。

对于该升压型DD转换器25，当设输入电压为Vin、输出电压为Vout，设开关元件13的导通(ON)时间为Ton、关断(OFF)时间为Toff时，如果忽略使用的元件的损耗，则表示为Vout＝(1+Ton/Toff)×Vin。输出电压由电容器18滤波，由此在某种程度上可减轻开关的波动，使Vout可表示为平均电压。

图7示出了该动作的时序图。时间从图7的左侧向右侧前进，在左侧示出了DD转换器25的稳定状态。

在图6的DD转换器25的稳态时间带，在差分放大器16将DD转换器25的输出电压27与基准电压17比较，为了使差分为“0”，由与不同的被输入的时钟28同步的PWM控制电路15控制开关元件13。

在图7的时序图中，在输出电压27比基准电压17低的情况下，PWM信号为正，开关元件13导通。并且，在下一时钟的上升沿被复位，PWM信号为负。在PWM信号为负的瞬间，由于开关元件13关断，因此储存在电感器12中的能量由于反方向电流流动而被释放，经由整流元件14而表现为输出电压。因此，输出电压的波形为电压在时钟的上升沿较高、在下一时钟到来之前电压慢慢下降的波形，该波形被定义为输出电压的波动(ripple)。由于在输出电压27上连接有电容器17，因此变化一般是平缓的。

当DD转换器25的负载电流变多时，输出电压27到下一时钟的电压的下降变快，因此，在使Ton和Toff之比固定的情况下，输出电压27的平均值降低。通过将该降低的电压和基准电压17在差分放大器16上比较，作为改变Ton和Toff的时间之比以抑制电压的降低的控制方式是PWM方式。即，在PWM方式中，如果使Ton/Toff的比变大、脉宽变宽，则输出电压27上升。

与此相反，当负载电流变小时，由于输出电压27到下一时钟的电压的下降缓慢，因此脉宽变窄。但是，在负载电流急剧变化的情况下，由于产生由差分放大器16检测电压降低之前的时间、以及从那时起到控制开关元件13之前的时间等的延迟时间，因此在负载电流增加的情况下，输出电压27有时会暂时降低。另外，在负载电流急剧减少的情况下，输出电压27有时会暂时上升。

发明内容

发明想要解决的课题

如上所述，在使用现有的DD转换器25的电源电路的情况下，当由于D类放大器的输入信号的急剧地变化，而使电源的负载电流急剧增加时，DD转换器25的输出电压会暂时降低。这是由于在DD转换器25的差分放大器16检测电压的降低、使PWM控制电路15的脉宽变化之前有时间延迟而产生的，在该延迟时间以及该过渡响应时间期间，电源的输出电压变得不稳定。特别在D类放大器的情况下，电源的输出电压暂时降低会存在如下问题：使输出的失真变大，当从扬声器突然发出大声音时，在所输出的大声音的最初的部分上失真增大，从而成为对耳朵有害的声音。

本发明其目的在于提供一种放大器装置，使与驱动扬声器的放大部的PWM信号的占空比成比例的信号为电源电路部的PWM信号，由此即使在放大部输出大声音的情况下，也能在相同的时刻使电源的输出容量变大，由此，可减小电源输出电压的变动，从而减小声音上升沿的失真。

用于解决课题的手段

本发明提供一种放大器装置，包括：放大部，接受输入信号并驱动扬声器，以及电源电路部，向该放大部供应输出电压，所述放大器的特征在于：所述放大部包括将输入信号转换为PWM信号的PWM信号发生电路、根据该PWM信号驱动扬声器的扬声器驱动电路、以及输出取决于所述PWM信号的脉宽的脉宽信号的占空比检测电路，所述电源电路部包括根据所述脉宽信号控制所述输出电压的PWM控制电路。

发明的效果

根据本发明的放大器装置，由电源电路部的PWM控制电路根据取决于驱动扬声器的放大部的的PWM信号的脉宽的脉宽信号控制电源电路的输出电压，由此，在放大部输出大声音的情况下，能相同的时刻提高电源电路部的输出电压。因此，可减小电源电压的变动，从而减小声音上升沿的失真。作为所述脉宽信号优选使用取决于PWM脉冲的脉宽和与各脉宽邻接的脉冲的间隔的差的信号、或者取决于作为所述脉宽和脉冲的间隔之比的占空比的信号。作为取决于信号优选脉宽信号随着示出的脉宽增大的而单调增大的信号，例如比例信号。

附图说明

图1是第一实施方式的放大器装置的框图；

图2是表示相同的D类放大器的PWM信号发生电路的输出动作的时序图；

图3是表示相同的D类放大器的低通滤波器的输出动作的时序图；

图4是相同的占空比检测电路的时序图；

图5是第二实施方式的放大装置的框图；

图6是作为现有的放大器装置的电源电路部的DD转换器的框图；

图7是表示图6的DD转换器动作的时序图。

具体实施方式

下面，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的放大器装置的第一实施例的框图。

本发明是一种放大器装置，包括接受输入信号而驱动扬声器的放大部26，以及向该放大部26供给电源电压的电源电路部25，放大部26包括将输入信号转换为PWM信号的PWM信号发生电路4、以及输出与PWM信号的时间差成分成比例的信号的占空比检测电路8，所述电源电路部25包括被输入来自所述占空比检测电路8的信号，并根据该信号控制电源输出电压的PWM控制电路15。

如图1所示，在本实施方式的放大器装置中，使用PWM方式的D类放大器作为驱动扬声器23的放大部。该D类放大器26输入的模拟信号21被输入到差分放大器1，并且，为了进行反馈控制，入到扬声器23的信号也被输入到差分放大器1。差分放大器1的输出信号被输入到比较器2，在比较器2中与根据单独输入的时钟22的信号在三角波发生电路3中生成的三角波进行比较，由比较器2中产生PWM信号。即，由比较器2和三角波发生电路(三角波发生器3)构成PWM信号发生电路4。

从比较器2输入的PWM信号驱动稳压开关电路5、9，并且，该PWM信号也被输入占空比(Duty)检测电路8，而转换成与该时间差成比例的信号，所述占空比(Duty)检测电路8输出与导通时间(Ton)和关断时间(Toff)的差分输出成比例的信号。从占空比检测电路8中输出的信号是作为向D类放大器26供给电源的电源电路部的DD转换器25的PWM控制电路15的输入信号，并控制DD转换器25的输出电压。

在本实施方式中采用通常使用的全桥连接的PWM方式的D类放大器26，驱动稳压开关电路5的PWM信号在全桥方式中被分为两路，一路通过反相电路7使相位反转，另一路驱动稳压开关电路9，由此稳压开关电路5、9彼此为相反相位。各自的稳压开关电路5、9的输出分别与低通滤波器6、10连接而除去时钟成分等的噪音，从而驱动扬声器23。

使用PWM驱动方式的升压型DD转换器25作为向该D类放大器26供给电源的电源电路部。

由电池11供给的电源电压经由电感器12供应给开关元件13。由D类放大器26生成的PWM信号在占空比检测电路8中转换成与Ton和Toff的时间差分输出成比例的信号，并经由PWM控制电路15驱动开关元件13。从连接到电感器12的输出侧的整流元件14输出的电压由于含有波动，因此由电容器18滤波后作为输出电压27。

如此，通过与驱动扬声器23的D类放大器26的输入信号的电平直接关联的信号，可驱动作为电源电路部的DD转换器25，因此可使DD转换器25的启动变快。因此，DD转换器25可改善电流急剧增加时电源电压的下降。

接着，进一步详细说明上述放大器装置的动作。首先从作为放大部的D类放大器26的电路的动作进行说明。

输入的模拟信号21被输入到差分放大器1，将其与反馈信号的差分转递给PWM信号发生电路4。通过该反馈控制，控制放大器电路全体的增益，从而起到使失真的发生变小的作用。

PWM信号发生电路4包括比较器2和三角波发生电路3，以图2所示的时序图输出PWM信号。即，将时钟22作为基准，比较作为差分放大器1的输出信号的模拟输入信号和作为三角波发生电路3的输出信号的三角波信号的电平。

在模拟输入信号比三角波信号大的情况下比较器2的输出为“正”信号，在模拟输入信号比三角波信号小的情况下比较器2的输出为“负”信号。该信号是具有与模拟输入信号的电压成比例的脉宽的PWM信号。在这里，时钟22作为采样时钟与模拟信号的输入的最高频率相对应而设定为充分高的频率。以该时钟为基础，在三角波发生电路3中产生三角波信号。

将从PWM信号发生电路4输出的PWM信号分成通过反相电路7的信号和不通过反相电路7的信号，所述反相电路7生成相位偏差180度的信号，使各信号通过稳压开关电路5、9以及低通滤波器6、10，由此再一次转换成模拟信号，并以相反的相位驱动扬声器。图3的时序图示出了该动作。

在图3中，以时钟22为基准的PWM信号被输入到稳压开关电路5，从而得到驱动扬声器23的充分的电力，当该信号通过低通滤波器6除去时钟成分时，成为与脉宽的时间成比例的模拟电压的水平，从而成为与输入信号21的电平成比例的模拟信号。被反相的PWM信号被输入到稳压开关电路9，从而得到驱动扬声器23的充分的电力，当该信号由低通滤波器10除去时钟成分时，成为与输入信号21的值成比例的、相位相反的模拟信号。

该扬声器23的驱动方式通常采用全桥连接，具有如下很多优点：即使电源电压低也能期待大的输出，另外，电源利用率高，可省略输出的耦合电容器等。但是，作为扬声器23的驱动方式，除全桥连接方法以外，也可适用一组稳压开关电路构成的半桥连接。

另一方面，从PWM信号发生电路4输出的PWM信号进而被送到占空比检测电路8。在该电路中，如图4的时序图所示，在从一个时钟的上升沿到下一时钟的上升沿的时间内，输出与从PWM信号发生电路4输出的PWM信号的Ton和Toff之间的时间差成比例的信号。实际上，在该信号上还附有系数，当从扬声器发出的声音大的时候，需要对来自DD转换器的电源电压进行调整以输出合适的电压。

下面对于作为电源电路的DD转换器25进行说明。

在图1示出的升压型的DD转换器25中，来自电池11的输入电压通过电感器12与开关元件13和整流元件14连接，开关元件13仅在受到PWM控制电路15控制的时间(Ton)内使电感器12的一路与地电位连接，由此，DD转换器25与来自电池11的输入电压相对应而输出与开关元件13的Ton和Toff成比例的电压。所输出的电压由电容器18滤波，从而减轻了开关的波动，并被控制成大致保持稳定的平均电压。

此时，当由来自D类放大器26的PWM信号控制开关元件13时，在DD转换器25的负载电流增加时，即在通过D类放大器发出大声音而使消耗电流增加时，由于从原来PWM信号的占空比检测电路8输出的信号的脉宽发生变化，因此可抑制DD转换器25的电源输出电压的降低。

一般采用如下方法防止DD转换器25的效率的低下：DD转换器25在负载电流非常小的区域稳定为占空比小的状态，并可自动地切换为控制时钟的频率可调的PFM控制方式。另外，所谓的PFM控制方式是脉冲频率调制的控制方式，是不改变脉冲的占空比而改变频率的控制方式。

图5示出了本发明的第二实施方式。

在图1所示的第一实施方式中，是使模拟信号作为输入，在数字信号输入时如果被变换为PWM信号，则可以原样使用。图5示出在D类放大器26上使用∑Δ调制电路30而生成PWM信号的例子。另外，数字信号可以由多位构成，如果在占空比检测电路8中将该差分转换为PWM信号，则可原样使用。另外，输入信号可使用数字信号、模拟信号中的任一种。

本实施方式的放大器装置适用于使用D类放大器驱动扬声器23的便携式设备、即由DD转换器25使电池11的电压升压并作为该电源的装置，例如可适用在便携式电话、PHS、PDA等便携式终端装置，以及具有从扬声器输出声音的功能的所有的装置。

以上，根据该优选的实施例说明了本发明，但是，本发明的放大装置并不仅限于上述实施例的构成，由上述实施例的构成进行各种修正以及变更也包含在本发明的范围内。例如，在上述实施方式中，使用与PWM信号的时间差信号成比例的信号，但是不限于此，作为脉宽信号也可以是除PWM脉冲的时间差分信号之外的PWM脉冲的占空比，另外，如果是PWM脉冲的脉宽增大并且单调增加的信号也可以，并不特别限于成比例信号。

Claims

1.一种放大器装置，包括：

放大部(26)，接受输入信号并驱动扬声器(23)；以及

电源电路部(25)，向该放大部供给输出电压；

所述放大器装置的特征在于，

所述放大部(26)包括：将输入信号转换为PWM信号的PWM信号发生电路(4)、根据该PWM信号驱动扬声器的扬声器驱动电路(20)、以及输出取决于所述PWM信号的脉宽的脉宽信号的占空比检测电路(8)，

所述电源电路部(25)包括根据所述脉宽信号控制所述输出电压的PWM控制电路(15)。

2.如权利要求1所述的放大器装置，其特征在于，

所述扬声器驱动电路(20)包括：

第一开关电路，输入所述PWM信号；

第一滤波器(6)，从该第一开关电路的输出中除去规定的频率成分，并输入到所述扬声器的一个端子；

反相电路(7)，使所述PWM信号的相位反转；

第二开关电路，输入该反相电路输出；以及

第二滤波器(10)，从该第二开关电路的输出中除去规定的频率成分，并输入到所述扬声器的另一端子。

3.如权利要求1所述的放大器装置，其特征在于，

所述扬声器驱动电路(20)包括：输入所述PWM信号的开关电路、以及从该开关电路的输出中除去规定的频率成分并输入到所述扬声器的滤波器(6)，

并且，对所述扬声器进行全桥连接。

4.如权利要求1所述的放大器装置，其特征在于，所述PWM信号发生电路为ΣΔ调制电路。

5.如权利要求1所述的放大器装置，其特征在于，所述放大部(26)是D类放大器。

6.如权利要求1所述的放大器装置，其特征在于，

所述电源电路部(25)是DD转换器，该DD转换器(25)包括：将所述输出电压和基准电压比较并放大差分的差分放大器(16)，

所述PWM控制电路(15)根据所述差分放大器(16)的输出来开关控制开关元件(13)。

7.如权利要求1所述的放大器装置，其特征在于，

所述脉宽信号是与时间差成比例的信号，所述时间差是所述PWM信号的脉冲的脉宽和该脉冲与相邻脉冲之间间隔的差。

8.如权利要求1所述的放大器装置，其特征在于，所述脉宽信号是与所述PWM信号的占空比成比例的信号。