JP2005033344A - ディジタルアンプ - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング増幅器において単一電源方式を採用した場合、電源電圧が高いと、シャーシとピーカ端子との間が電気的に不用意に接触し、電気的に接続されるとスピーカが破損する危険性が生じるという課題があった。
【解決手段】電源電圧制御回路７のＤＣ／ＤＣ変換器によりパワースイッチング部４へ供給されている電源電圧Ｖｃｃを中点電位発生回路８へ供給し、中点電位発生回路８では、前記パワースイッチング部の基準電位と前記電源電圧Ｖｃｃとの中間の電位、Ｖｃｃ／２をシャーシ９へ印加されるシャーシ電位として発生させ、シャーシの電位である外部から見たときのグランド電位がＶｃｃ／２になるようにし、無信号時のスピーカ端子の電位とシャーシ９の電位とを同電位にする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無信号時のスピーカ端子の電位をシャーシの電位と同電位または近い電位にすることで、スピーカ端子とシャーシとの間に不用意に流れる短絡電流によるスピーカの破損を防止できるディジタルアンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＤ級増幅器（スイッチング増幅器）においては、正負２電源方式もしくは正極側のみの単一電源方式のいずかを用いている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、正負２電源方式では使用するＰｃｈＭＯＳＦＥＴのスイッチングスピードが遅いため、スピードの速いＮｃｈＭＯＳＦＥＴのみを使用した単一電源方式を採用している場合が多い。
また、音量調整を、データで絞る方式ではなく、電源電圧を可変することにより行うことで音質劣化を防止するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２０８８２４号公報
【特許文献２】
特願２０００−８４１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記特許文献１に開示された従来技術、特に単一電源方式を採用した場合においては、無信号時にスピーカ端子には電源電圧の１／２の値の直流電圧が印加されている状態になるため、電源電圧が高い場合には、スピーカ端子がむき出しの状態ではそのスピーカ端子とシャーシとの間が不用意に電気的に接続されることにより、前記スピーカ端子と前記シャーシとの間に短絡電流が流れ、その短絡電流の大きさによってはスピーカの破損を招くという課題があった。
【０００５】
また、前記特許文献２に開示された従来技術においては、一般的な実使用状態では音量は絞られているため電源電圧は低く、スピーカ端子とシャーシとの間が不用意に電気的に接続されても前記スピーカ端子と前記シャーシとの間に流れる短絡電流は小さく、これによりスピーカが破損する危険性は小さいが、音量調整により音量を絞らない場合には電源電圧は高くなるため、前記短絡電流によりスピーカが破損する危険性が大きくなり、専用のスピーカ端子が必要となる課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、無信号時のスピーカ端子の電位をシャーシの電位と同電位または近い電位にし、再生する音質の劣化を招くことなく、スピーカ端子がシャーシと電気的に不用意に接続したときの短絡電流によるスピーカの破損を回避できるディジタルアンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るディジタルアンプは、音量調整信号をもとにパワースイッチング部の直流電源の電圧値を制御する電源電圧制御回路と、前記音量調整信号をもとに制御された前記直流電源の電圧値の中点電位に対応した、シャーシへ印加されるシャーシ電圧を生成するシャーシ電位調整回路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のディジタルアンプは、電源電圧制御回路によりパワースイッチング部の直流電源の電圧値を音量調整信号をもとに制御し、前記音量調整信号をもとに制御された前記直流電源の電圧値の中点電位に対応した、シャーシへ印加されるシャーシ電圧をシャーシ電位調整回路により生成することにより、無信号時のスピーカ端子に印加される無信号時スピーカ端子電圧である前記パワースイッチング部の直流電源の電圧値の中点電位と前記シャーシの電位との差を無くすことで、前記シャーシと前記無信号時のスピーカ端子とが電気的に不用意に接続されたときの短絡電流によるスピーカの破損の危険性を回避する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について説明する。
図１は、この実施の形態のディジタルアンプの構成を示すブロック図である。この実施の形態では、主に２チャネルのスピーカ駆動の場合を例に説明する。
このディジタルアンプは、ディジタルオーディオインタフェースレシーバ（以下、ＤＩＲという）１、ディジタルシグナルプロセッサ（以下、ＤＳＰという）２、ＰＣＭ／ＰＷＭ変換部３、パワースイッチング部４、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）５、スピーカ６、電源電圧制御回路７および中点電位発生回路（シャーシ電位調整回路）８を備えている。なお、符号９は、ＤＩＲ１、ＤＳＰ２、ＰＣＭ／ＰＷＭ変換部３、パワースイッチング部４、ＬＰＦ５、電源電圧制御回路７および中点電位発生回路８などを内装するシャーシである。
【００１０】
ＤＩＲ１は、ディジタル入力信号を受信し、このディジタルアンプにより処理しやすい形式の例えばＬ−ＰＣＭなどの信号へ変換するためのものである。ＤＳＰ２は、ＤＩＲ１が受信したディジタル入力信号を復調し、ＰＣＭ信号として出力する。ＰＣＭ／ＰＷＭ変換部３は、ＰＣＭ信号をＰＷＭ信号へ変換するものである。パワースイッチング部４は、ＰＷＭ信号をもとにＭＯＳＦＥＴをスイッチング動作させ直流電源をスイッチングすることで、負荷に電流を供給するものである。ＬＰＦ５は、所定の低域通過周波数特性によりパルス信号からアナログ音声信号を生成し出力する。スピーカ６は、電気信号を音声に変換するものである。電源電圧制御回路７は音量調整信号をもとに出力が可変するＤＣ／ＤＣ変換器を有し、音量調整信号をもとにパワースイッチング部４の電源電圧Ｖｃｃを可変する機能を実現するものである。中点電位発生回路８は、電源電圧Ｖｃｃの中点電位であるＶｃｃ／２の電位を発生させ、シャーシ９へシャーシ電圧として印加する。この中点電位は無信号時にスピーカ端子に現れる無信号時スピーカ端子電圧である。シャーシ９は外部から見たＧＮＤ電位となっており、このディジタルアンプでは中点電位発生回路８の出力、すなわち電源電圧Ｖｃｃの中点電位であるシャーシ電圧がシャーシ９に印加され、シャーシ９はＶｃｃ／２の電位となっている。
【００１１】
次に動作について説明する。
入力されたディジタル信号は、ＤＩＲ１によりディジタルアンプ内で処理しやすい信号形式に変換されＤＳＰ２へ出力される。ＤＳＰ２では、ＤＩＲ１から入力された信号に対しデコード処理や、必要に応じた加工処理を行いＰＣＭ／ＰＷＭ変換部３へ出力する。ＰＣＭ／ＰＷＭ変換部３では、ＤＳＰ２から入力された信号を、その振幅瞬時値に対応した幅のパルスに変換するＰＷＭ処理を行い、このＰＷＭ処理の結果得られたパルス信号をパワースイッチング部４へ出力する。パワースイッチング部４では、ＰＣＭ／ＰＷＭ変換部３から入力されたパルス信号により直流電源（電源電圧Ｖｃｃ）をスイッチングし、その出力をＬＰＦ５へ供給する。ＬＰＦ５では、パワースイッチング部４から供給されたパルス信号をアナログ信号へ変換しスピーカ６に供給する。
【００１２】
このとき電源電圧制御回路７は、ＤＣ／ＤＣ変換器により音量調節のボリュームと連動して電源電圧Ｖｃｃを可変しパワースイッチング部４へ供給しており、このＤＣ／ＤＣ変換器のグランド電位である基準電位と前記電源電圧Ｖｃｃを中点電位発生回路８へ供給する。中点電位発生回路８では、前記基準電位と前記電源電圧Ｖｃｃとの中間の電位、Ｖｃｃ／２をシャーシ９へ印加されるシャーシ電位として発生させており、シャーシの電位である外部から見たときのグランド電位がＶｃｃ／２になるようにしている。
この結果、無信号時のスピーカ端子の電位とシャーシ９の電位とは同電位となり、シャーシ９とスピーカ端子とが電気的に不用意に接続されたときの短絡電流によるスピーカの破損が回避される。
【００１３】
以上のように、この実施の形態によれば、無信号時にスピーカ端子とシャーシとの間が電気的に不用意に接触しても、前記スピーカ端子と前記シャーシとの間に短絡電流が流れることはなく、スピーカの破損を回避できるディジタルアンプを提供できる効果がある。
【００１４】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。
図２は、この実施の形態のディジタルアンプの構成を示すブロック図である。前記実施の形態では２チャネルのスピーカ駆動の場合を例に説明したが、この実施の形態では、フロントスピーカとリアスピーカとを同時に駆動するマルチチャネルの場合を例に説明する。
このようなフロントスピーカとリアスピーカとを同時に駆動する場合、一般的にはリアスピーカはフロントスピーカより小型で能率が低いなど、フロントスピーカとリアスピーカは能率が異なっていることが多く、１つの電源でフロントスピーカとリアスピーカの音量調整を行う場合には、能率の高い方のスピーカへ供給する信号をディジタル処理で調節することになるため音質の劣化を招くことになる。これを回避するためにフロント用のパワースイッチング部１４とリア用のパワースイッチング部２４にそれぞれ電源電圧を用意し、同じ音圧が発生するように前記各電源電圧を調整することで、マルチチャネルでも高音質を保つことが可能になる。
【００１５】
このディジタルアンプは、ディジタルオーディオインタフェースレシーバ（以下、ＤＩＲという）１１およびディジタルシグナルプロセッサ（以下、ＤＳＰという）１２と、フロント用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部１３、パワースイッチング部１４、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）１５、フロントスピーカ１６およびフロント用の電源電圧制御回路３１と、リア用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部２３、パワースイッチング部２４、ＬＰＦ２５、リアスピーカ２６およびリア用の電源電圧制御回路３２と、中点電位発生回路（シャーシ電位調整回路）３３とを備えている。なお、符号４１は、ＤＩＲ１１、ＤＳＰ１２、フロント用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部１３、リア用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部２３、パワースイッチング部１４，２４、ＬＰＦ１５，２５、フロント用の電源電圧制御回路３１、リア用の電源電圧制御回路３２、および中点電位発生回路３３などを内装するシャーシである。
【００１６】
ＤＩＲ１１は、ディジタル入力信号を受信し、このディジタルアンプにより処理しやすい信号へ変換するためのものである。ＤＳＰ１２は、ＤＩＲ１１が受信したディジタル入力信号を復調し、ＰＣＭ信号として出力する。フロント用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部１３は、フロント用のＰＣＭ信号をＰＷＭ信号へ変換するものである。パワースイッチング部１４は、フロント用のＰＷＭ信号をもとにＭＯＳＦＥＴをスイッチング動作させ直流電源をスイッチングすることで負荷（フロントスピーカ１６）に電流を供給するものである。ＬＰＦ１５は、所定の低域通過周波数特性によりパルス信号からアナログ音声信号を生成し出力する。フロントスピーカ１６は、フロント用のアナログ音声信号を音声に変換してフロント用の音源を発生するものである。フロント用の電源電圧制御回路３１はフロント用の音量調整信号をもとに出力が可変するＤＣ／ＤＣ変換器を有し、フロント用の音量調整信号をもとにパワースイッチング部１４のフロント用電源電圧Ｖｃｃ１を可変する機能を実現するものである。
【００１７】
リア用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部２３は、リア用のＰＣＭ信号をＰＷＭ信号へ変換するものである。パワースイッチング部２４は、リア用のＰＷＭ信号をもとにＭＯＳＦＥＴをスイッチング動作させ直流電源をスイッチングすることで負荷（リアスピーカ２６）に電流を供給するものである。ＬＰＦ２５は、所定の低域通過周波数特性によりパルス信号からアナログ音声信号を生成し出力する。リアスピーカ２６は、リア用のアナログ音声信号を音声に変換してリア用の音源を発生するものである。リア用の電源電圧制御回路３２は、リア用の音量調整信号をもとに出力が可変するＤＣ／ＤＣ変換器を有し、リア用の音量調整信号をもとにパワースイッチング部２４のリア用電源電圧Ｖｃｃ２を可変する機能を実現するものである。
【００１８】
中点電位発生回路３３は、フロント用電源電圧Ｖｃｃ１の中点電位（Ｖｃｃ１／２）と、リア用電源電圧Ｖｃｃ２の中点電位（Ｖｃｃ２／２）とに対応した、シャーシ４１に印加されるシャーシ電圧を発生させる機能を備えており、フロント用電源電圧Ｖｃｃ１の中点電位（Ｖｃｃ１／２）と、リア用電源電圧Ｖｃｃ２の中点電位（Ｖｃｃ２／２）の平均値となる電位（Ｖｃｃ１＋Ｖｃｃ２）／４を、シャーシ４１へ印加するシャーシ電圧として発生する。すなわち、フロント用電源電圧Ｖｃｃ１、リア用電源電圧Ｖｃｃ２、さらにそれらフロント用電源電圧Ｖｃｃ１およびリア用電源電圧Ｖｃｃ２を発生させる前記各ＤＣ／ＤＣ変換器のグランド電位から、フロント用電源電圧Ｖｃｃ１と前記グランド電位との中間のフロント中点電位（Ｖｃｃ１／２）を求めるとともに、リア用電源電圧Ｖｃｃ２と前記グランド電位との中間のリア中点電位（Ｖｃｃ２／２）を求め、さらに前記フロント中点電位と前記リア中点電位との中間の電位（Ｖｃｃ１＋Ｖｃｃ２）／４をシャーシ電圧として発生させる機能を備えている。シャーシ４１は外部からみたＧＮＤ電位となっており、このディジタルアンプでは中点電位発生回路３３により発生させた前記シャーシ電圧がシャーシ４１へ印加されるように構成されている。
【００１９】
次に動作について説明する。
このディジタルアンプにおいても、入力されたディジタル信号は、ＤＩＲ１１によりディジタルアンプ内で処理しやすい信号形式に変換されＤＳＰ１２へ出力される。ＤＳＰ１２では、ＤＩＲ１１から入力された信号に対しデコード処理や、必要に応じた加工処理を行い、フロント用およびリア用のＰＣＭ信号を生成し、それぞれフロント用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部１３、リア用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部２３へ出力する。
【００２０】
フロント用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部１３では、ＤＳＰ１２から入力されたフロント用のＰＣＭ信号を、その振幅瞬時値に対応した幅のパルスに変換するＰＷＭ処理を行い、このＰＷＭ処理の結果得られたパルス信号をパワースイッチング部１４へ出力する。パワースイッチング部１４では、フロント用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部１３から入力されたパルス信号により直流電源（フロント用電源電圧Ｖｃｃ１）をスイッチングし、その出力をＬＰＦ１５へ供給する。ＬＰＦ１５では、パワースイッチング部１４から供給されたパルス信号をアナログ信号へ変換しフロントスピーカ１６に供給する。
【００２１】
一方また、リア用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部２３では、ＤＳＰ１２から入力されたリア用のＰＣＭ信号を、その振幅瞬時値に対応した幅のパルスに変換するＰＷＭ処理を行い、このＰＷＭ処理の結果得られたパルス信号をパワースイッチング部２４へ出力する。パワースイッチング部２４では、リア用のＰＣＭ／ＰＷＭ変換部２３から入力されたパルス信号により直流電源（リア用電源電圧Ｖｃｃ２）をスイッチングし、その出力をＬＰＦ２５へ供給する。ＬＰＦ２５では、パワースイッチング部２４から供給されたパルス信号をアナログ信号へ変換しリアスピーカ２６に供給する。
【００２２】
このときフロント用の電源電圧制御回路３１は、ＤＣ／ＤＣ変換器によりフロント用の音量調節のボリュームと連動してフロント用電源電圧Ｖｃｃ１を可変しパワースイッチング部１４へ供給しており、このＤＣ／ＤＣ変換器のグランド電位である基準電位と前記フロント用電源電圧Ｖｃｃ１を中点電位発生回路３３へ供給する。
一方、リア用の電源電圧制御回路３２は、ＤＣ／ＤＣ変換器によりリア用の音量調節のボリュームと連動してリア用電源電圧Ｖｃｃ２を可変しパワースイッチング部２４へ供給しており、このＤＣ／ＤＣ変換器のグランド電位である基準電位と前記リア用電源電圧Ｖｃｃ２を中点電位発生回路３３へ供給する。
【００２３】
中点電位発生回路３３では、前記基準電位と前記フロント用電源電圧Ｖｃｃ１と前記リア用電源電圧Ｖｃｃ２とをもとに、フロント中点電位（Ｖｃｃ１／２）とリア中点電位（Ｖｃｃ２／２）を求め、さらに前記フロント中点電位と前記リア中点電位との中間の電位、つまりフロント中点電位（Ｖｃｃ１／２）とリア中点電位（Ｖｃｃ２／２）の平均値であるシャーシ４１へ印加するシャーシ電圧（Ｖｃｃ１＋Ｖｃｃ２）／４を発生させ、外部から見たときのグランド電位、すなわちシャーシ４１の電位が（Ｖｃｃ１＋Ｖｃｃ２）／４になるようにして、フロント用スピーカ端子とシャーシ４１間の電位差、リア用スピーカ端子とシャーシ４１間の電位差が極力小さくなるようにする。
【００２４】
このようにフロントスピーカとリアスピーカを同時に駆動するようなディジタルアンプでは、フロント用のパワースイッチング部１４とリア用のパワースイッチング部２４とで電源電圧が異なるため、無信号時においてはフロント用スピーカ端子とシャーシ４１との間、リア用スピーカ端子とシャーシ４１との間で電位差が生じることになる。しかしながら、フロントスピーカとリアスピーカの能率の差は６ｄＢ程度であることから、音量を最大にしたときの前記フロント用電源電圧Ｖｃｃ１が４０Ｖ、前記リア用電源電圧Ｖｃｃ２が８０Ｖであった場合、無信号時においてはフロント用スピーカ端子の電位は２０Ｖ、リア用スピーカ端子の電位は４０Ｖであり、このときシャーシ４１の電位は３０Ｖであることから、シャーシ４１とフロント用スピーカ端子、リア用スピーカ端子との電位差はそれぞれ１０Ｖとなり、スピーカ端子とシャーシとの間が電気的に不用意に接続されるようなことが生じても、前記スピーカ端子と前記シャーシとの間に流れる短絡電流によりスピーカが破損するという危険性は低くなる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態によれば、マルチチャネルシステムにおいても無信号時のシャーシ４１とフロント用スピーカ端子、リア用スピーカ端子との電位差を小さく抑えることが出来、また、フロント用スピーカとリア用スピーカとの間の音量調整をデータを絞ることなく実現でき、さらに無信号時にスピーカ端子とシャーシとの間が電気的に不用意に接続されても、スピーカが破損する危険性のないディジタルアンプを提供できる効果がある。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、無信号時のスピーカ端子に現れる無信号時スピーカ端子電圧であるパワースイッチング部の直流電源電圧値の中点電位とシャーシ電位との差を無くし、あるいは小さくすることが可能であることから、前記無信号時のスピーカ端子と前記シャーシとの間が不用意に接触し電気的に接続されてもスピーカの破損を回避できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のディジタルアンプの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の実施の形態のディジタルアンプの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４，１４，２４……パワースイッチング部、６……スピーカ、７……電源電圧制御回路、８，３３……中点電位発生回路（シャーシ電位調整回路）、９，４１……シャーシ、１６……フロントスピーカ、２６……リアスピーカ、３１……フロント用の電源電圧制御回路、３２……リア用の電源電圧制御回路。

Claims (5)

1. 入力信号をパルス信号へ変換し、前記パルス信号をもとにパワースイッチング部において直流電源をスイッチング素子により断続し、スピーカに供給する出力信号を生成するディジタルアンプにおいて、
   音量調整信号をもとに前記直流電源の電圧値を制御する電源電圧制御回路と、
   前記音量調整信号をもとに制御された前記直流電源の電圧値の中点電位に対応した、シャーシへ印加されるシャーシ電圧を生成するシャーシ電位調整回路と、
   を備えたことを特徴とするディジタルアンプ。
2. 前記シャーシ電位調整回路は、前記電源電圧制御回路により制御された前記直流電源の電圧値をもとに、前記直流電源の電圧値の中点電位と等しいシャーシ電圧を生成する中点電位発生回路を備えたことを特徴とする請求項１記載のディジタルアンプ。
3. 前記電源電圧制御回路および前記パワースイッチング部は、同時に駆動される能率の異なるスピーカごとに設けられており、前記シャーシ電位調整回路は、前記能率の異なるスピーカごとの音量調整信号をもとに前記各電源電圧制御回路により制御された、前記各パワースイッチング部の直流電源の電圧値の中点電位に対応したシャーシ電圧を生成することを特徴とする請求項１記載のディジタルアンプ。
4. 前記シャーシ電圧は、前記各パワースイッチング部の直流電源の電圧値の中点電位の平均値に対応することを特徴とする請求項３記載のディジタルアンプ。
5. 能率の異なるスピーカは、フロントスピーカおよびリアスピーカを含むことを特徴とする請求項３または４記載のディジタルアンプ。

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